CN106186492A - 一种膜法高浓度氨氮废水的氨氮脱除与铵盐富集方法 - Google Patents

一种膜法高浓度氨氮废水的氨氮脱除与铵盐富集方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种膜法高浓度氨氮废水的氨氮脱除与铵盐富集方法，步骤包括：首先沉降除杂得到净化的高浓度氨氮废水；然后加碱调节废水的pH至10‑11，使氨氮以易挥发的NH3形式存在；最后采用气态膜过程脱除废水中的氨氮，严格控制操作条件，有效抑制气态膜过程伴生的与氨传质同向的水的渗透蒸馏过程，避免吸收液被稀释，得到高浓度的铵盐溶液，省去吸收液被稀释后的浓缩步骤。该方法可实现高氨氮废水的高效、低耗脱氨，而且无二次污染，环境友好。

Description

一种膜法高浓度氨氮废水的氨氮脱除与铵盐富集方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术，特别是涉及一种膜法高浓度氨氮废水处理技术。
背景技术
随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，含氮化合物的排放量急剧增加，已成为环境的主要污染源而引起各界的关注。氨氮废水来源甚广且排放量大,如化肥、石化、冶金、制药、食品、垃圾填埋场等均产生大量高浓度氨氮废水。氨氮浓度较高时易造成水体富营养化，严重时导致水中溶解氧急剧下降，大量鱼类死亡，水体平衡失稳，生态环境遭受破坏。此外，氨氮的存在给水处理带来了困难，在用氯消毒时，氨氮会与氯气作用生成氯胺，明显降低氯的消毒效率，大大增加了氯的需求量。在硝化细菌作用下，氨氮会被氧化为硝酸盐和亚硝酸盐，硝酸盐通过饮用水可导致婴儿患高铁血红蛋白症，亚硝酸盐水解产物亚硝胺具有强烈的致癌性，直接威胁着人类的健康。因此，经济有效地控制高浓度氨氮废水污染已经成为当今环境工作者所面临的重大课题。
目前，气态膜过程用于处理高浓度氨氮废水已有报道。气态膜过程为高氨氮废水(氨氮主要以NH3分子形式存在)和酸性吸收液分别流经疏水膜两侧，挥发性的NH3从再生液主体扩散至料液-微孔膜界面，从水相气化逸出并以扩散形式通过膜壁上的微孔通道至微孔膜-酸性吸收液界面处溶入吸收液，然后游离氨分子与酸吸收液中的氢离子发生快速不可逆反应生成不挥发性的铵根离子，其快速的化学反应使界面氨分压差增大明显，实现较高的脱氨效率。但是在气态膜脱氨过程中，不仅仅氨分子透过膜壁进入吸收液，水分子也透过膜壁上的微孔进入吸收液，导致吸收液体积迅速膨胀，吸收液浓度降低，吸收能力下降，操作不能顺利进行，严重阻碍该方法的工业化应用进程。目前解决方法为，当氨氮的脱除率大幅度降低或当吸收液的体积膨胀一半时即停止操作对吸收液进行浓缩，存在工艺复杂，处理费用高等缺陷。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明提供一种高浓度氨氮废水的氨氮的高效脱除并副产高浓度铵盐溶液的方法，该方法采用气态膜技术脱除废水中的氨氮，通过严格控制操作条件，有效抑制气态膜过程伴生的与氨传质同向的水的渗透蒸馏过程，避免吸收液被稀释，省去吸收液浓缩富集步骤。操作简单、能耗小、成本低，而且无二次污染，经济环保。
本发明涉及一种膜法高浓度氨氮废水中氨氮的高效脱除并副产高浓度铵盐溶液的方法，其步骤如下：
S1.沉降除杂
将高浓度氨氮废水置于沉降器中沉降，除去大颗粒和水不溶性杂质，过滤上层清夜，得到净化的高浓度氨氮废水。
S2.pH值调节
加碱调节高浓度氨氮废水的pH至10-11，使氨氮以易挥发的NH3形式存在。
所述pH值调节采用氢氧化钠或碳酸钠溶液。
S3.气态膜脱氨
首先，分别开启连接废水和吸收液的高低温循环浴槽，将废水和吸收液(酸溶液)加热到预设温度。所述废水与吸收液的温度差为10-20℃。然后，开启膜组件管程进出口阀门，壳程进出口阀门，开启废水泵和吸收液泵，接着分别调节流量计以设置膜吸收组件管程废水、壳程吸收液循环流量。废水和吸收液通过循环泵进入膜组件内，在膜组件内膜的两侧逆向流动，废水中的游离态氨，以气态分子形式扩散进入疏水膜微孔，通过膜微孔扩散到膜下游侧被吸收液吸收。在温差和废水中的电解质存在下，水蒸气的渗透蒸馏与直接接触膜蒸馏过程相抵消，保证吸收液的体积不膨胀，吸收效率不降低，实现了氨氮的脱除并副产高浓度铵盐溶液。
所述的气态膜过程是基于直接接触膜蒸馏原理的一种膜吸收过程。
所述的吸收液为酸性吸收液，采用硫酸、盐酸或硝酸溶液。
所述的膜组件为聚四氟乙烯中空纤维疏水膜。
所述的铵盐溶液为硫酸铵、氯化铵或硝酸铵，副产品铵盐可以应用到其它领域。
本发明严格控制实验条件抑制吸收液体积膨胀的原理为：当膜两侧的浓度差和温度差都存在时，水蒸气的跨膜传质是渗透蒸馏和直接接触式膜蒸馏共同作用的结果，其净通量决定于两个分通量的失量和。当浓度差引起的蒸汽分压差大于反向温度差引起的蒸汽分压差时，水的渗透蒸馏作用占主导，纯水从原料液测向吸收液侧传质；当浓度差引起的蒸汽分压差小于反向温度差引起的蒸汽分压差时，水的直接接触式膜蒸馏作用占主导，水从吸收液侧向原料液侧传质；当浓度差引起的蒸汽分压差等于反向温度差引起的蒸汽分压差时，水的总跨膜传质为零，这时水的渗透蒸馏完全被抑制。
所述气态膜脱氨控制操作条件采取如下方法：(1)原料液与吸收液间保持10-20℃温差(2)提高废水中氨氮浓度达1000-10000mg/L(3)在废水中加入电解质，这三种方法都会促使吸收液中的水以水蒸气的形式，与氨传质逆向而进入原料液侧，即发生水蒸气的直接接触膜蒸馏。在渗透蒸馏与直接接触膜蒸馏的耦合作用下，水蒸气的跨膜传质被抑制，从而节省水传递所需要的汽化相变热，从而降低过程能耗并大幅提高吸收液的浓度。
本发明优点：
(1)本发明最大特点与优势为严格控制操作条件，气态膜过程伴生的与氨传质同向的水的渗透蒸馏被抑制，吸收液不被稀释，省去吸收液被稀释后的浓缩步骤，工艺流程简单，节约能源，适合工业化推广。
(2)高浓度氨氮废水难以用常规的生化方法处理，气态膜法用于处理高浓度氨氮废水，可以避免常规吸收操作过程中的雾沫夹带、液泛等现象，具有明显的技术优势。
(3)本发明可针对性的选择吸收液得到高浓度的铵盐溶液，进而得到高纯的铵盐产品。
附图说明
图1为本发明的一种膜法高浓度氨氮废水中氨氮脱除与铵盐富集方法工艺流程示意图；
图2为图1中气态膜法脱氨步骤示意图。
图中标记说明：
S1、沉降除杂 S2、pH值调节
S3、气态膜脱氨 1、加热冷却恒温浴槽A
2、废水槽(原料液槽) 3、原料液进口阀门
4、原料液出口阀门 5、原料液泵
6、原料液流量计 7、原料液底部放料阀门
8、膜组件 9、加热冷却恒温浴槽B
10、吸收液槽 11、吸收液进口阀门
12、吸收液出口阀门 13、吸收液泵
14、吸收液流量计 15、吸收液底部放料阀门
具体实施方式
实施例1
某沸石吸附氨氮之后解析产生的高浓度氨氮的再生液氨氮浓度值为1580mg/L，用0.2moL/L的NaOH溶液调节pH值至10.5，经4μm过滤器过滤后作为原料液。向原料液中加入5％NaCl电解质，之后进入聚四氟乙烯中空纤维疏水膜组件进行脱氨。膜组件孔隙率为65％，膜丝外径为1.2mm，内径为0.8mm，孔径为0.2μm，装填密度45％，膜组件有效长度为100mm。采用30％(W/W，即质量浓度)稀硫酸作吸收剂，吸收剂循环泵的流速控制为10L/h，膜吸收循环泵的流速控制为10L/h，循环吸收脱氨时间为3h。控制膜两侧的温度差为18℃，废水氨氮值由1580mg/L降至28.10mg/L，氨氮脱除率为98.91％。
实施例2
某高浓度氨氮工业废水，氨氮浓度值为2170mg/L，过滤后作为废水原料液。用1moL/L的NaOH溶液调节pH值至11，之后进入聚四氟乙烯中空纤维疏水膜组件进行脱氨。膜组件孔隙率为60％，膜丝外径为1.0mm，内径为0.6mm，孔径为0.4μm，装填密度50％，膜组件有效长度为250mm。采用20％稀硝酸作吸收剂，吸收剂循环泵的流速控制为20L/h，膜吸收循环泵的流速控制为20L/h，循环吸收脱氨时间为4h。控制膜两侧的温度差为20℃，废水氨氮值由2170mg/L降至52.80mg/L，氨氮脱除率为97.57％。吸收液体积几乎不膨胀。

Claims (9)

1.一种膜法高浓度氨氮废水的氨氮脱除与铵盐富集方法，其特征在于，技术步骤包括：沉降除杂(S1)、pH值调节(S2)、气态膜脱氨(S3)；
所述的沉降除杂(S1)，将高浓度氨氮废水置于沉降器中沉降，除去大颗粒和水不溶性杂质，过滤上层清夜，得到净化的高浓度氨氮废水；
所述的pH值调节(S2)，加碱调节高浓度氨氮废水的pH至10-11，使氨氮以易挥发的NH3形式存在；
所述的气态膜脱氨(S3)，废水和吸收液通过循环泵进入膜组件内，在膜组件内膜的两侧逆向流动，废水中的游离态氨，以气态分子形式扩散进入疏水膜微孔，通过膜微孔扩散到膜下游侧被吸收液吸收，实现高氨氮脱除率；严格控制操作条件，抑制气态膜过程伴生的与氨传质同向的水的渗透蒸馏过程，避免吸收液被稀释，得到高浓度的铵盐溶液。
2.根据权利要求1所述的一种膜法高浓度氨氮废水的氨氮脱除与铵盐富集方法，其特征在于，所述的高浓度氨氮废水，氨氮值为500-10000mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种膜法高浓度氨氮废水的氨氮脱除与铵盐富集方法，其特征在于，所述pH值调节(S2)步骤中，pH值调节采用氢氧化钠或碳酸钠碱性水溶液。
4.根据权利要求1所述的一种膜法高浓度氨氮废水的氨氮脱除与铵盐富集方法，其特征在于，所述气态膜脱氨(S3)步骤的气态膜过程是基于直接接触膜蒸馏原理的一种膜吸收过程。
5.根据权利要求1所述的一种膜法高浓度氨氮废水的氨氮脱除与铵盐富集方法，其特征在于，所述气态膜脱氨(S3)步骤的吸收液为酸性吸收液，采用硫酸、盐酸或硝酸溶液。
6.根据权利要求1所述的一种膜法高浓度氨氮废水的氨氮脱除与铵盐富集方法，其特征在于，所述气态膜脱氨(S3)步骤的膜组件为聚四氟乙烯中空纤维疏水膜。
7.根据权利要求1所述的一种膜法高浓度氨氮废水的氨氮脱除与铵盐富集方法，其特征在于，所述气态膜脱氨(S3)的严格控制操作条件，采取如下方法：(1)废水与吸收液间保持10-20℃温差；(2)提高废水中氨氮浓度达1000-10000mg/L；(3)在废水中加入电解质。
8.根据权利要求1所述的一种膜法高浓度氨氮废水的氨氮脱除与铵盐富集方法，其特征在于，所述气态膜脱氨(S3)步骤的铵盐溶液为硫酸铵、氯化铵或硝酸铵，副产品铵盐可以应用到其它领域。
9.根据权利要求1所述的一种膜法高浓度氨氮废水的氨氮脱除与铵盐富集方法，其特征在于，所述气态膜脱氨(S3)步骤的高氨氮脱除率为70-99％。
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