CN101306896A

CN101306896A - 高氨氮废水处理方法及***

Info

Publication number: CN101306896A
Application number: CNA2008101166333A
Authority: CN
Inventors: 何绪文; 王建兵; 王春荣; 黄静华; 杨晓松; 候少沛; 何咏; 张珊珊
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2028-07-14
Also published as: CN101306896B

Abstract

本发明公开了一种高氨氮废水处理方法及***，首先在金属离子除去装置中通过向废水中投加碱石灰并通入空气，去除废水中的金属离子；然后在钙离子除去装置中通过向废水中加入Na₂CO₃，去除废水中的钙离子；之后在电化学氧化一体化装置中去除废水中的氨氮；最后在中和装置中通过向废水中加入硫酸，将废水中和至中性，达到排放标准。氨氮除去效率高、投资省、结构简单、无二次污染，主要适用于金属冶炼行业，也可以用于农药、化工等众多行业。

Description

高氨氮废水处理方法及***

技术领域

本发明涉及一种废水处理技术，尤其涉及一种高氨氮废水处理方法及***。

背景技术

近年来，随着金属冶炼、农药和石油化工等行业的迅速发展壮大，由此而产生了大量的高氨氮废水。氨氮排入水体，将导致水体富营养化，降低水体观赏价值，并且被氧化生成的硝酸盐和亚硝酸盐还会影响水生生物甚至人类的健康。据报道，2001年我国海域发生赤潮高达77次，氨氮废水，尤其是高氨氮废水是污染的重要原因之一。我国金属冶炼、农药和化工等行业目前普遍存在且危害严重的高氨氮废水污染问题，高氨氮废水已成为诸多行业发展制约因素之一，因此，这种废水的处理受到人们的广泛关注。

现有技术中，主要的脱氮方法有生物硝化反硝化、折点加氯、气提吹脱和离子交换法等。

上述现有技术至少存在以下缺点：

投资大、结构复杂、无二次污染严重，尤其当废水中氨氮浓度达到500mg/L以上，生物处理方法会由于高浓度的游离氨氮对生物的抑制作用而失效，常规的物理化学处理效果差、运行费用高。

发明内容

本发明的目的是提供一种除去效率高、投资省、结构简单和无二次污染的高氨氮废水处理方法及***。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的高氨氮废水处理方法，包括步骤：

首先，向需处理的废水中投加碱石灰并通入空气，使用沉淀法除去所述废水中的金属离子；

然后，向所述废水中加入Na₂CO₃，使用沉淀法除去所述废水中的钙离子；

之后，通过电化学氧化除去所述废水中的氨氮；

最后，向所述废水中加入酸，将所述废水中和至中性。

本发明的高氨氮废水处理***，包括依次连接的金属离子除去装置、钙离子除去装置、防垢装置、电化学氧化一体化装置、中和装置。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的高氨氮废水处理方法及***，首先在金属离子除去装置中通过向需处理的废水中投加碱石灰并通入空气，使用沉淀法除去废水中的金属离子；然后在钙离子除去装置中通过向废水中加入Na₂CO₃，使用沉淀法除去废水中的钙离子；之后通过电化学氧化一体化装置除去废水中的氨氮；最后在中和装置中通过向废水中加入酸，将废水中和至中性，达到排放标准。氨氮除去效率高、投资省、结构简单、无二次污染。

附图说明

图1为本发明的高氨氮废水处理***的结构原理图；

图2为本发明中混合池的平面结构示意图；

图3为图2的I-I剖面图；

图4为本发明中石灰投配装置的平面图；

图5为本发明中迷宫斜板沉淀池的结构示意图一；

图6为本发明中迷宫斜板沉淀池的结构示意图二；

图7为本发明中电化学氧化一体化装置底部的逆向流斜板沉淀池的结构示意图；

图8为本发明中电化学氧化一体化装置中部的电化学氧化装置的侧视结构示意图；

图9为本发明中电化学氧化一体化装置中部的电化学氧化装置的俯视结构示意图；

图10为图9的A-A剖面图；

图11为本发明中电化学氧化一体化装置中部的电化学氧化装置的正视结构示意图；

图12为本发明中电化学氧化一体化装置中部的电化学氧化装置的极板装配示意图。

具体实施方式

本发明的高氨氮废水处理方法，其较佳的具体实施方式是，包括步骤：

首先，向需处理的废水中投加碱石灰并通入空气，使用沉淀法除去废水中的金属离子；然后，向废水中加入Na₂CO₃，使用沉淀法除去废水中的钙离子。

之后，通过电化学氧化除去废水中的氨氮等。实际应用中，电化学氧化的操作电压和时间可以根据实际需要进行选择。

最后，向废水中加入酸，将废水中和至中性，达到排放标准。所加的酸可以为硫酸或其它的酸等。

本发明的高氨氮废水处理***，其较佳的具体实施方式如图1所示，包括依次连接的金属离子除去装置(3、6)、钙离子除去装置(7、9)、防垢装置10、电化学氧化一体化装置11、中和装置15等。其中，

金属离子除去装置包括混合池3、第一沉淀池6，混合池3连接有石灰投加装置4和输气管5。

钙离子除去装置包括管状混合器7，管状混合器7的入口连接有Na₂CO₃添加装置的加药管8，管状混合器7的出口连接有第二沉淀池9。

沉淀池6、9可以为迷宫斜板沉淀池，迷宫斜板沉淀池可以包括斜板，斜板的一侧设有多个翼片，斜板与翼片的下方设有污泥区，污泥区设有排泥管。

防垢装置10可以为全自动电子阻垢仪。

电化学氧化一体化装置11包括电化学氧化装置13，电化学氧化装置13的入口设有逆向流斜板沉淀池12，电化学氧化装置的出口设有二次反应池14。

逆向流斜板沉淀池12的中部设有多块逆向流斜板，逆向流斜板的上方为清水区，逆向流斜板的下方设有污泥区，污泥区设有排泥管，逆向流斜板沉淀池的一侧设有配水池，配水池通过穿孔板与逆向流斜板的下方空间相通。

本发明的整个***可以通过PLC控制装置实现自动控制。

本发明的高氨氮废水处理方法及***，针对金属冶炼行业废水中含有浓度较高的重金属离子，开发了金属沉淀除去的预处理装置；对于高浓度氨氮废水，尤其是含氨氮浓度大于500mg/L的废水，开发了一体化的电化学氧化脱氮装置。主要用在金属冶炼行业，除去效率高、投资省、操作简单、无二次污染，也可以针对不同行业的废水特征进行简单改进，从而实现有效运行，如用于农药和化工等众多行业，与应用在金属冶炼废水领域一样能够取得好的效果。

本发明主要的工艺过程及原理是：

金属冶炼行业产生的高氨氮废水经过调节后，在提升泵的作用下，依次经过金属沉淀除去装置、钙离子除去装置、防垢装置、电化学氧化一体化装置、中和装置，经过这些流程的处理，最终达到达标排放。

废水首先进入调节池，调节池的作用是调节废水的水质和水量，调节池出水进入提升泵，将废水提升到一定的高度，提升泵中出来的废水通过重力流进入后续的处理构筑物。首先进入金属沉淀除去装置，金属沉淀除去装置包括混合池和沉淀池，使用石灰投加装置向混合池中投加碱石灰，废水和石灰在混合池中充分混合，废水的pH升至碱性，此时溶液中OH-与金属离子发生式(1-1)所示的反应：

Mⁿ⁺+OH^-→M(OH)_n↓(1-1)

产生的颗粒沉淀随水流进入沉淀池，在沉淀池中发生重力沉降而被除去。沉淀池可以采用迷宫斜板沉淀池，斜板可以用无毒聚氯乙烯材料制成，斜板带有翼片，翼片的加入使横向水流进入沉淀池后形成三个区域，即主流区、涡流区、环流区。三个区域水流状态各不相同，其流速也不同。较大的颗粒在主流区被沉降，不易沉淀的颗粒被强制带入涡流区沉降。如含有更不易沉降的颗粒在涡流区未沉降，则进入环流区，由于环流区流速极慢，所以颗粒接近在层流状态下被除去，这也是本发明的斜板沉淀池具有良好分离效果的主要原因。这种方法除去金属离子具有操作简单、除去效率高的优点。沉淀的颗粒进入沉淀池下方的污泥区，通过穿孔的集泥管收集，最后采用静水压力排泥，排泥时间通过池底的泥位计进行自动控制排泥，当泥位达到设计高度时，控制***开启电磁阀门进行排泥。

沉淀池的出水流向钙离子除去装置、由于投加了碱石灰，溶液中的钙离子浓度会增加，从而使后续处理过程中结垢的可能性增大。为了减小处理***中结垢的可能性，本发明增加了钙离子除去装置，钙离子除去装置包括管状混合器和迷宫斜板沉淀池。向管状混合器中投加Na₂CO₃，充分混合，所发生的反应如式(1-2)所示：

CO₃ ²⁺+Ca²⁺→CaCO₃↓(1-2)

生成的碳酸钙沉淀随水流入迷宫斜板沉淀池，这个斜板沉淀池与前一个斜板沉淀池具有相同的结构，碳酸钙沉淀因为重力沉降而被除去。

为了进一步的防止钙离子结垢，本发明增加了防垢装置，迷宫斜板沉淀池出水进入防垢装置。防垢装置采用的是全自动电子阻垢仪，它设计原理就是通过控制“硬度垢和污垢”两个方面综合起来解决复合水垢问题。射频发生器产生的高效电能通过射频转换器、换能器，转换为被处理水分子的内能，水的活性大大提高，渗透力、携带力增强，来达到防垢和除垢的目的。

防垢装置的出水进入电化学氧化一体化装置。首先经过电化学氧化一体化装置下部的逆向流斜板沉淀池，颗粒因重力而被除去。沉淀的颗粒进入沉淀池下方的污泥区，通过穿孔的集泥管收集，采用静水压力排泥，排泥时间通过池底的泥位计进行自动控制排泥，当泥位达到设计高度时，控制***开启电磁阀门进行定期排泥。

污水则上升进入中部的电化学氧化装置，废水中高浓度的氨氮被氧化除去。电化学氧化装置的主体是电极组，电极组连接体上有接线柱，可连接箱外电源，电极采用高浓度、高氧化活性物质的涂层电极。当电源接通后，氨氮能够通过直接氧化和间接氧化两种形式除去。

直接氧化是在阴极发生的反应如式(1-3)：

2NH₃→N₂+6e+6H⁺(1-3)

阴极还能够因为电化学氧化产生高氧化活性物质如OH·：

H₂O →OH·+H⁺+e (1-4)

OH·可以将氨氮直接氧化成氮气：

2NH₃+6OH·→N₂+6H₂O (1-5)

OH·还能够非常有效的将有机物氧化成二氧化碳和水。

间接氧化是当溶液中有氯离子存在时，发生如(1-6)，(1-7)和(1-8)的反应，将氨氮氧化成氮气：

2Cl^--2e→Cl₂ (1-6)

Cl₂+H₂O→HClO+HCl (1-7)

NH₄ ⁺+1.5HClO→0.5N₂+1.5H₂O+2.5H⁺+1.5Cl^- (1-8)

通过上述这些反应，电化学氧化装置能够将废水中的氨氮有效的除去。

在电化学氧化一体化装置的上部设置穿孔管，穿孔管连接出水管，出水管连接箱体外部的二次反应池，二次反应池为安装在电化学氧化一体化装置侧面的立方水池，可以设三个立方水池，除电化学氧化一体化装置的开口侧外，其他每个方向安装一个，相互之间联通。经过电化学氧化装置处理后的出水，进入穿孔管流到出水管，然后进入二次反应池，在二次反应池中，氨氮被电化学氧化产生的活性物质进一步除去，二次反应池能够极大的提高废水中氨氮的除去率。

电化学氧化一体化装置的顶部留有放气管，放气管上安装有放气阀，电化学氧化产生的气体从放气阀中排出。

二次反应池的出水偏碱性，在中和装置中进行pH值回调至中性后排放。

本发明的高氨氮废水处理的整个***通过优化工艺参数后，在最优的工艺参数下运行能够实现废水的达标排放。

本发明还设有自动控制***，该***采用PLC可控制编程元件，配有液位控制器，各种接触器、断路器、指示灯，控制设备都设有手动和自动单独控制开关，转化开关等部件。采用全自动控制***，可以实现处理设备启停控制、设备运行工况监控和设备之间运行连锁逻辑控制、声光报警等功能。同时，也设有手动配电盘以备***自动出现故障时能人为来操作各部分的工作。采用全自动控制***，操作简单、管理方便、易于维修，整个自动控制***操作简单、易行。

本发明中，沉淀池采用横向流带翼斜板沉淀池，与普通斜板沉淀池相比，具有更高的沉淀分离效果，且占地面积较小。沉淀池的排泥装置采用泥位计自动控制排泥，并利用穿孔管静压排泥，结构简单、管理方便；全自动电子除垢装置使水吸收光的能力提高30％，使水中的有害细菌的死亡率达70％以上，使水中的镁离子和钙离子提前结晶，达到95％以上防垢除垢的目的。

本发明中使用的电化学氧化装置的运行成本仅为0.08～0.10元/吨水。

本发明整个***占地少，其中的电化学氧化装置可实现一体化设计，特别是反应时间短，污水在其中只要停留10分钟，大大缩短了传统工艺设备需长时间运作的缺点，极大的减小了处理装置的占地面积。

本发明脱氮效果好、出水水质好、运行稳定、结构简单，是一种高氨氮废水处理的理想的专业设备。

具体实施例：

如图1所示，废水首先进入调节池1，经过调节水量和水质后，进入提升泵2，从提升泵中2出来的水通过进水管进入混合池3，与从石灰投加装置4输送来的石灰及从输气管5输送来的空气在混合池3中进行充分的混合，当废水的pH值升至碱性，此时溶液中OH^-与金属离子发生沉淀，沉淀随水流进入第一迷宫斜板沉淀池6，沉淀因重力沉降而被除去。

如图2、图3所示，混合池3被隔板3b隔成4个小室(3c，3d，3e和3f)，池内用压缩空气进行搅拌，池底铺设压缩空气管3g鼓气。从提升泵中2出来的水通过进水管3a进入混合池3。

如图4所示，在石灰投加装置中，石灰先在消解槽4a中溶解，然后进入溶液槽4b中稀释，稀释的石灰溶液通过耐碱水泵4c进入投配器4d，由投配器4d根据pH计测量的混合器3中废水pH值向混合池3中投加稀释的石灰溶液。

再参见图1，第一迷宫斜板沉淀池6的出水流进管状混合器7，与从加药管8中输送来的Na₂CO₃在管状混合器7中进行混合，碳酸根离子与钙离子发生反应生产碳酸钙沉淀，沉淀随废水一起流进第二迷宫沉淀池9，碳酸钙沉淀因为发生重力沉降而被除去。

如图5、图6所示，第一迷宫斜板沉淀池6与第二迷宫斜板沉淀池9的结构相同，沉淀池中斜板9b带有翼片9c。较大的颗粒在主流区9d被沉降，不易沉淀的颗粒被强制带入涡流区9e沉降。更不易沉降的颗粒进入环流区9f在接近层流的状态下被除去，沉淀的颗粒进入斜板沉淀池下方的污泥区9g，最后在静水压力作用下由排泥管9j定期排出。

再参见图1，第二迷宫沉淀池9出水则流入全自动电子阻垢仪10。从全自动电子阻垢仪10流出的废水进入电化学氧化一体化装置11。具体首先进入电化学氧化一体化装置11下部的逆向流斜板沉淀池12，逆向流斜板沉淀池12的出水流经电化学氧化装置13进入二次反应池14。

如图7所示，逆向流斜板沉淀池12包括配水池12a、穿孔板12b、斜板12c、清水区12d、污泥区12e、排泥管12f。

如图8、图9、图10、图11所示，电化学氧化一体化装置11中部的电化学氧化装置13包括进水管13a、托架13b、接线柱13c、电极组的极板13d、穿孔管13e、出水管13f、放气管13g、汽水分离器13h、刮渣板13i、刮渣横梁13j、排渣渠13k。

从全自动电子阻垢仪10流出的废水首先经过电化学氧化一体化装置11底部的进水管13a进入逆向斜板沉淀池12的配水池12a，通过穿孔板12b向池内配水，污水沿着斜板12c上升，进入清水区12d，并经过清水区12d上升到电化学氧化装置13。沉淀的颗粒进入逆向斜板沉淀池12下方的污泥区12e，由穿孔的排泥管12f在静水压力作用下定期排出。

逆向流斜板沉淀池12的出水流经电化学氧化装置13，首先经过的是搁在托架13b上的电极组。当接线柱13c与外电源接通后，电极组的每两块极板13d之间就有电流，废水中的氨氮在极板13d之间被氧化成氮气除去，经过电极反应处理后的气水通过汽水分离器13h分离，分离后水通过穿孔管13e溢流进入出水管13f，由出水管13f流出至二次反应池14。气体则从设备顶部的放气管13g排出。过程中产生的气泡或者是少量浮渣由刮渣板13i收集到排渣渠13k中，刮渣板13i悬挂在刮渣横梁13j上，由电动装置传动。极板13d通过连接体连接在一起，并可从电化学氧化装置13的侧面取出，进行设备和电极的维护。

在二次反应池14中，氨氮被电化学氧化产生的活性物质进一步除去，然后，废水通过出水管14a排出，并经过二次反应池14的出水管14a进入中和装置15。

再参见图1，二次反应池14的出水进入中和装置15后，与加药管15a中输送来的H₂SO₄，在搅拌器15b的作用下进行充分混合，pH值升至中性后，通过排水管15c进行达标排放。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种高氨氮废水处理方法，其特征在于，包括步骤：

之后，通过电化学氧化除去所述废水中的氨氮；

最后，向所述废水中加入酸，将所述废水中和至中性。

2、根据权利要求1所述的高氨氮废水处理方法，其特征在于，所述的酸为硫酸。

3、一种实现权利要求1或2所述的高氨氮废水处理方法的***，其特征在于，包括依次连接的金属离子除去装置、钙离子除去装置、防垢装置、电化学氧化一体化装置、中和装置。

4、根据权利要求3所述的高氨氮废水处理***，其特征在于，所述的金属离子除去装置包括混合池、沉淀池，所述混合池连接有石灰投加装置和输气管。

5、根据权利要求3所述的高氨氮废水处理***，其特征在于，所述的钙离子除去装置包括管状混合器，所述管状混合器的入口连接有Na₂CO₃添加装置，所述管状混合器的出口连接有沉淀池。

6、根据权利要求4或5所述的高氨氮废水处理***，其特征在于，所述的沉淀池为迷宫斜板沉淀池，所述迷宫斜板沉淀池包括斜板，所述斜板的一侧设有多个翼片，所述斜板与翼片的下方设有污泥区，所述污泥区设有排泥管。

7、根据权利要3所述的高氨氮废水处理***，其特征在于，所述的电化学氧化一体化装置入口设有逆向流斜板沉淀池，出口设有二次反应池。

8、根据权利要7所述的高氨氮废水处理***，其特征在于，所述的逆向流斜板沉淀池的中部设有多块逆向流斜板，所述逆向流斜板的上方为清水区，所述逆向流斜板的下方设有污泥区，所述污泥区设有排泥管，所述逆向流斜板沉淀池的一侧设有配水池，所述配水池通过穿孔板与所述逆向流斜板的下方空间相通。

9、根据权利要求3所述的高氨氮废水处理***，其特征在于，该***设有PLC控制装置。

10、根据权利要求3所述的高氨氮废水处理***，其特征在于，所述的防垢装置为全自动电子阻垢仪。