一种反渗透膜浓缩硝酸铵废水的浓缩装置及浓缩方法与流程

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种反渗透膜浓缩硝酸铵废水的浓缩装置及浓缩方法。

背景技术：

目前处理硝酸铵废水主要有以下几种：生化法、吹脱法、离子交换法和电渗析法等。生化法是将废水收集至生化池中， 用细菌将铵盐分解， 最后形成氮气。在生化反应过程中， 需要加入碳源和菌种，并且当水中铵盐浓度稍高，即氨氮达到 500mg/L时，菌种就会死亡，无法进行生化反应，同时使得硝酸铵白白损失掉了。吹脱法则需要加化学药剂调节pH值，且吹脱后废水中铵盐残留量过高，达不到排放标准，吹脱出来的气体对大气的造成二次污染。离子交换法是用离子交换树脂吸附硝酸铵，但再生操作频繁，还要处理再生清洗水，工艺繁琐。电渗析法能将废水中的大部分硝酸铵回收，但是电渗析技术处理废水时，在多级串联的电渗析器末段，由于水中的大部分硝酸铵，即导电离子已经被脱除，水中导电离子很少，就极易发生极化反应。这样使得水中的硝酸铵脱除不完全，不能达到国家环保要求，水中残留的氨氮浓度还太高，不能达到2011年颁布国家环保要求的水中氨氮10mg/L和总氮≤ 30mg/L 的指标。既不能排放也无法回用，给生产企业造成了很大的困扰。

电渗析工艺的缺陷：

（1）易发生透膜扩散现象和串水现象

在浓水室循环增浓的浓水，与其淡水相比，两者浓度相差很大，产生了很高的渗透压，易于发生跨膜迁移，使得淡水的水质变坏，浓水的浓度降低。电渗析器的浓淡水密封是依靠离子交换膜的弹性来密封，当电渗析器拆洗后，再次重装，发生离子交换膜的错位，使密封不严，易导致浓水和淡水串流，影响最终出水水质。

（2）电渗析器的脱盐率不高

以制备纯水用的电渗析器为例，一般电渗析器的脱盐率约为70％左右，近年来发明的无极水全自控电渗析器，其脱盐率为95％以上，即电导率小于1 000 μS/cm 的进水，出水电导率在50μS/cm 左右。

（3）发生浓差极化反应，无法进行深度处理

在电渗析工艺处理的水中导电离子很少的情况下，会在电渗析器内发生浓差极化现象，水解离成H+和OH-，来补充导电离子，这一来浪费了大量的电，二来使得水质不能得到提高。

（4）电渗析工艺排水无法得到充分利用

目前电渗析工艺的排水中氨氮的质量浓度在20 mg/L 左右，不能直接排放，设计中大都将处理后的废水排入循环冷却水。GB 50335—2002《污水再生利用工程设计规范》规定，在再生水用作冷却水时排水的水质指标为水中ρ（氨氮）≤10 mg/L，并特别规定当循环冷却系统为铜材换热器时，循环冷却系统水中ρ（氨氮）＜ 1 mg/L，而目前电渗析器出水一般都达不到这一要求，如将不达标的电渗析器出水直接排入冷却水系统，很容易发生冷却系统的腐蚀现象。尤其到2013 年执行总氮排放标准时，总氮含量较高的废水处理将成为新的环保难题。

据了解，由于电渗析工艺本身存在一些不足之处，国家又提高水污染物排放标准后，仅用现有的电渗析工艺达到水污染物排放标准有一定的难度，到2016年国家还将进一步提高排放标准。

中国专利申请号201310298728.2公开了一种用集成膜技术处理硝酸铵废水的方法，其方法如下：在硝酸铵废水原液经酸碱中和调pH值工艺和冷却工艺处理后，依次再经由超滤膜工艺、反渗透膜工艺、脱气膜工艺和电去离子膜工艺组成的集成膜技术处理，分别得到接近10%的硝酸铵浓缩液，经蒸发结晶，回收硝酸铵固体产品；同时得到水中氨氮质量浓度≤1mg/L的脱盐水，可作为工艺用纯水或锅炉补给水回收。本发明使硝酸铵废水全部得到资源化利用。本发明集成膜技术，工艺先进；节约能源；治理废水工程经济效益好，但设备多，投资大。

中国专利申请号201210099642.2公开了一种用集成膜全部回收无机铵盐废水的方法及装置，以无机铵盐废水为原水，依次经由预处理工艺、电渗析工艺和电去离子工艺组成的集成膜系统处理。可以达到出水中氨氮≤10mg/L，总氮≤30mg/L的环保标准要求。经该系统处理后的浓水，其氨氮质量浓度达10％以上，可以送至工厂生产系统，进一步蒸发浓缩，结晶出铵盐，使废水中的铵盐全部回收；淡水的电导率接近于零，可作为纯水或锅炉补给水回用。这样，整个系统无废物排放，浓、淡水都得到资源化利用。但是电渗析除了存在上述弊端，电能消耗较高。

反渗透是近几十年内发展起来的膜分离技术，已在海水和苦咸水淡化、 大型锅炉补给水处理方面得到广泛应用， 也用于乳品和果汁及生物和生化制剂的分离和浓缩方面，以及饮用水和高纯水的制备方面。近年来反渗透技术也在废水处理领域内得到应用， 但有人尝试将反渗透技术应用于硝酸铵废水处理时，发现反渗透膜对硝酸铵的透过率很高。据文献介绍， 反渗透膜对 NH⁴⁺离子的去除率为70～90%，对NO^3—离子的去除率为50～75%。也就是说反渗透膜对NH⁴⁺离子的透过率10～30%，对NO^3—离子的透过率为25～50%。这与反渗透膜对NaCl的去除率为99%相比，这给要实现全部脱除硝酸铵的废水处理的工程带来很大的困难， 使得我国至今没有反渗透应用于处理硝酸铵废水的先例。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种反渗透膜浓缩硝酸铵废水的浓缩装置及浓缩方法，解决现有技术中处理高浓度硝酸铵废水的浓缩效果不好，过滤精度低等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种反渗透膜浓缩硝酸铵废水的浓缩装置，包括依次连通的低压泵、一级低压反渗透膜组、高压泵、二级高压浓水反渗透膜组和蒸发浓缩装置；所述一级低压反渗透膜组包括第一膜管、设置在第一膜管内的第一高截留率膜芯；所述二级高压浓水反渗透膜组包括第二膜管、设置在第二膜管内的第二高截留率膜芯，所述二级高压浓水反渗透膜组上设有回流管，所述回流管分别与一级低压反渗透膜组、二级高压浓水反渗透膜组连通；所述低压泵与一级低压反渗透膜组之间的管道上设有第一阀门，所述高压泵与二级高压浓水反渗透膜组之间的管道上设有第二阀门；所述浓缩装置还包括水回收装置和控制单元，所述水回收装置与一级低压反渗透膜组连通，所述控制单元分别与第一阀门、第二阀门连接。

进一步地，所述控制单元为PLC控制单元。

进一步地，其还包括清洗系统，用于清洗一级低压反渗透膜组、二级高压浓水反渗透膜组。

进一步地，所述清洗系统为CIP清洗系统。

进一步地，所述第一膜管上还设有第一压力测量装置、第一温度测量装置；所述第二膜管上还设有第二压力测量装置、第二温度测量装置，所述第一压力测量装置、第一温度测量装置、第二压力测量装置、第二温度测量装置分别与控制单元连接。

上述反渗透膜浓缩硝酸铵废水的浓缩装置的浓缩方法，包括以下步骤：

S1.将硝酸铵废水引入一级低压反渗透模组，分别得到一级透过液和一级浓液，将一级透过液引入水回收装置，一级浓液引入二级高压浓水反渗透膜组；

S2. 一级浓液经二级高压浓水反渗透膜组处理，分别得到二级透过液和二级浓液，将二级透过液经回流管引入一级低压反渗透膜组再处理，二级浓液引入蒸馏浓缩装置，蒸发结晶，得到硝酸铵晶体。

进一步地，所述一级浓液的硝酸铵质量浓度为5-7%。

进一步地，所述二级浓液的硝酸铵质量浓度为12-18%。

进一步地，所述一级透过液中硝酸铵浓度不大于5mg/L。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用反渗透膜组可使硝酸铵废水的系统出水（即一级透过液）中的氨氮质量浓度≤ 5mg/L， 接近纯水的质量水平，可全部回用，节约了水资源，实现真正意义上的零排放， 环保效益好。

（2）本发明反渗透膜组的工艺过程都在常温下进行， 无相变， 因此与产生相变的蒸馏浓缩法相比， 大幅度的降低能耗，采用反渗透膜工艺处理硝酸铵废水与采用电渗析技术相比能耗也有所降低。

（3）本发明运行费用低， 治理硝酸铵废水工程有经济收益，相比于用电渗析法或离子交换法治理硝酸铵废水的全部水处理装置的运行费用约为4.5元/吨水， 本发明处理硝酸铵废水的全部水处理装置的运行费用节相较省50%。

（4）操作弹性大，当进料中硝酸铵含量在0.1%—1.5%范围内变化时，离子交换树脂已无法正常操作，而本发明可以正常运转。

（5）本发明投资少，操作简单，全部自动控制，改善了生产劳动环境， 实现清洁文明生产；同时将废水中硝酸铵提取出来增加经济效益，节约水资源， 无排废，环保效益好。

附图说明

图1为本发明浓缩装置的结构框图；

图2为本发明浓缩装置处理硝酸铵废水的工艺流程图；

图中，1为低压泵，2为一级低压反渗透膜组，3为高压泵，4为二级高压浓水反渗透膜组， 5为蒸发浓缩装置，6为回流管，7为水回收装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。本发明中一级低压反渗透膜组、二级高压浓水反渗透膜组为中国专利公开号CN103041708 A中所述膜组。

如图1和图2所示，一种反渗透膜浓缩硝酸铵废水的浓缩装置，包括依次连通的低压泵、一级低压反渗透膜组、高压泵、二级高压浓水反渗透膜组和蒸发浓缩装置；所述一级低压反渗透膜组包括第一膜管、设置在第一膜管内的第一高截留率膜芯；所述二级高压浓水反渗透膜组包括第二膜管、设置在第二膜管内的第二高截留率膜芯，所述二级高压浓水反渗透膜组上设有回流管，所述回流管分别与一级低压反渗透膜组、二级高压浓水反渗透膜组连通；所述低压泵与一级低压反渗透膜组之间的管道上设有第一阀门，所述高压泵与二级高压浓水反渗透膜组之间的管道上设有第二阀门；所述浓缩装置还包括水回收装置和控制单元，所述水回收装置与一级低压反渗透膜组连通，所述控制单元分别与第一阀门、第二阀门连接。

具体地，所述控制单元为PLC控制单元。

具体地，其还包括清洗系统，用于清洗一级低压反渗透膜组、二级高压浓水反渗透膜组。

具体地，所述清洗系统为CIP清洗系统。

具体地，所述第一膜管上还设有第一压力测量装置、第一温度测量装置；所述第二膜管上还设有第二压力测量装置、第二温度测量装置，所述第一压力测量装置、第一温度测量装置、第二压力测量装置、第二温度测量装置分别与控制单元连接。

实施例1

上述反渗透膜浓缩硝酸铵废水的浓缩装置的浓缩方法，包括以下步骤：

S1.将硝酸铵质量浓度为0.3%的硝酸铵废水引入一级低压反渗透模组，分别得到硝酸铵浓度为4.8mg/L的一级透过液和硝酸铵质量浓度为6%的一级浓液，将一级透过液引入水回收装置，一级浓液引入二级高压浓水反渗透膜组；

S2. 一级浓液经二级高压浓水反渗透膜组处理，分别得到二级透过液和硝酸铵质量浓度为18%的二级浓液，将二级透过液经回流管引入一级低压反渗透膜组再处理，二级浓液引入蒸馏浓缩装置，蒸发结晶，得到硝酸铵晶体。

实施例2

上述反渗透膜浓缩硝酸铵废水的浓缩装置的浓缩方法，包括以下步骤：

S1.将硝酸铵质量浓度为0.5%的硝酸铵废水引入一级低压反渗透模组，分别得到硝酸铵浓度为4.9mg/L的一级透过液和硝酸铵质量浓度为5%的一级浓液，将一级透过液引入水回收装置，一级浓液引入二级高压浓水反渗透膜组；

S2. 一级浓液经二级高压浓水反渗透膜组处理，分别得到二级透过液和硝酸铵质量浓度为12%的二级浓液，将二级透过液经回流管引入一级低压反渗透膜组再处理，二级浓液引入蒸馏浓缩装置，蒸发结晶，得到硝酸铵晶体。

实施例3

上述反渗透膜浓缩硝酸铵废水的浓缩装置的浓缩方法，包括以下步骤：

S1.将硝酸铵质量浓度为0.4%的硝酸铵废水引入一级低压反渗透模组，分别得到硝酸铵浓度为5mg/L的一级透过液和硝酸铵质量浓度为7%一级浓液，将一级透过液引入水回收装置，一级浓液引入二级高压浓水反渗透膜组；

S2. 一级浓液经二级高压浓水反渗透膜组处理，分别得到二级透过液和硝酸铵质量浓度为16%二级浓液，将二级透过液经回流管引入一级低压反渗透膜组再处理，二级浓液引入蒸馏浓缩装置，蒸发结晶，得到硝酸铵晶体。

实施例4

上述反渗透膜浓缩硝酸铵废水的浓缩装置的浓缩方法，包括以下步骤：

S1.将硝酸铵质量浓度为0.3%的硝酸铵废水引入一级低压反渗透模组，分别得到硝酸铵浓度为4.7mg/L的一级透过液和硝酸铵质量浓度为6%一级浓液，将一级透过液引入水回收装置，一级浓液引入二级高压浓水反渗透膜组；

S2. 一级浓液经二级高压浓水反渗透膜组处理，分别得到二级透过液和硝酸铵质量浓度为18%二级浓液，将二级透过液经回流管引入一级低压反渗透膜组再处理，二级浓液引入蒸馏浓缩装置，蒸发结晶，得到硝酸铵晶体。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。