一种高氨氮废水处理装置的制作方法

本实用新型涉及废水处理技术领域，具体来说，涉及一种高氨氮废水处理装置。

背景技术：

随着水质富营养化问题的日益严重以及人们对氮危害水环境质量认识的深入，废水处理中对氮的处理标准也日益严格。氮在溶液中以分子态氮、有机态氮、氨态氮、硝态氮、亚硝态氮及硫氰化物和氰化物等多种形式存在，而氨氮是最主要的存在形式之一。国内外氨氮废水处理方法主要有吹脱法、膜分离法、MAP沉淀法、生物脱氨法等。

吹脱法是在碱性条件下，利用氨氮的气相浓度和液相浓度之间的气液平衡关系进行分离的一种方法，一般认为吹脱与温度、PH、气液比有关。

沸石脱氨法是利用沸石中的阳离子与废水中的NH4+进行交换以达到脱氮的目的。应用沸石脱氨法必须考虑沸石的再生问题，通常有再生液法和焚烧法。采用焚烧法时，产生的氨气必须进行处理，此法适合于低浓度的氨氮废水处理，氨氮的含量应在10～20mg/L。

化学沉淀法(MAP法)是在含有NH⁴⁺的废水中，投加Mg²⁺和PO4^3-，使之与NH⁴⁺生成难溶复盐磷酸氨镁MgNH4PO4·6H2O(简称MAP)结晶，通过沉淀，使MAP从废水中分离出来。化学沉淀法尤其适用于处理高浓度氨氮废水，且90％以上的脱氮效率，在废水中无有毒有害物质时，磷酸氨镁是一种农作物所需的良好缓释复合肥料；化学沉淀法处理高浓度氨氮废水工艺简单、效率高。但是，废水中的氨氮残留浓度还是较高；另外，药剂的投加量、沉淀物的出路及药剂投加引入的氯离子及磷造成的污染是需要注意的问题。

化学氧化法是利用强氧化剂将氨氮直接氧化成氮气进行脱除的一种方法，折点加氯是利用在水中的氨与氯反应生成氨气脱氨，这种方法还可以起到杀菌作用，但是产生的余氯会对鱼类有影响，故必须附设除余氯设施。

膜分离技术是利用膜的选择透过性进行氨氮脱除的一种方法，这种方法操作方便，氨氮回收率高，无二次污染。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中的缺陷，提供一种高氨氮废水处理装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种高氨氮废水处理装置，按废水处理方向依次包括pH调节系统、预处理系统、热交换器、脱氨膜系统；

氨氮在水中存在着离解平衡，随着pH升高，氨在水中NH3形态比例升高，在一定温度和压力下，NH3的气态和液态两项达到平衡。根据化学平衡移动的原理即吕·查德里(A.L.LE Chatelier)原理。在自然界中一切平衡都是相对的和暂时的。化学平衡只是在一定条件下才能保持“假若改变平衡系统的条件之一，如浓度、压力或温度，平衡就向能减弱这个改变的方向移动。”遵从这一原理进行了如下设计理念在膜的一侧是高浓度氨氮废水，另一侧是酸性水溶液或水。当左侧温度T1>20℃,pH1>9,P1>P2保持一定的压力差，那么废水中的游离氨NH⁴⁺,就变为氨分子NH3,并经原料液侧介面扩散至膜表面，在膜表面分压差的作用下，穿越膜孔，进入吸收液，迅速与酸性溶液中的H⁺反应生成铵盐。

本实用新型氨氮废水经调节池调节pH后再经预处理去除杂质，再经热交换加热进入脱氨膜系统进行脱氨处理。经脱氨膜系统处理后，产水氨氮达标排放或回用，另一侧采用硫酸吸收的吸收液形成高纯度硫酸铵溶液。

所述pH调节系统包括酸调节装置、反应池、pH检测计、PLC控制器；所述酸调节装置包括第一药箱、第一送药管路、第一加药泵；所述第一送药管路连接第一药箱与反应池，第一送药管路上设置有控制阀，所述第一加药泵设置在第一药箱与反应池之间；所述pH检测计设置在反应池内部，所述第一加药泵、pH检测计与PLC控制器连接；当pH检测计14检测到反应池的pH大于11时，将信号发送至PLC控制器，PLC控制器控制第一加药泵加入酸进行调节。

所述脱氨膜系统包括脱氨膜反应器、加酸槽、硫酸铵循环池和出水收集槽，脱氨膜反应器包括多个依次串联的脱氨膜组件，所述加酸槽输入至脱氨膜反应器加入硫酸，确保循环溶液在酸性范围内；所述硫酸铵循环池用于收集脱氨膜反应器脱氨氮过程中产生的硫酸铵溶液；出水收集槽连接经过脱氨膜反应器的脱氨膜组件的出水口。

氨氮在水中存在以下离解平衡:

如图2所示，NHa++OH-<一>NHs T+H20，废水中pH提高或者温度上升时，上述平衡将会向右移动，氨根离子NH⁴⁺变成游离的气NH3。此时气态NH3可以透过中空纤维表面的微孔从壳程中的废水相进入管程的酸吸收液相，被酸液吸收立刻又变成离子态的NH⁴⁺。

优选地，所述预处理系统包括超滤膜系统，所述超滤膜过滤系统包括依次连接的废水原水罐、超滤膜过滤装置和超滤膜装置淡水罐；

本实用新型超滤膜处理的效率和杂质的去处率都要比传统的板框压滤技术要高，过程不需要加入任何化学混凝药剂，这就不会损耗或者改变废水中可回收的资源的含量和性质，为资源回收利用提供有利的基础。经过该系统的分离后，产水中悬浮杂质、SS等已经达到95％以上的去除。最终的少量污泥浓液经后续处理。

优选地，超滤膜过滤装置含有超滤膜、膜壳和膜架，超滤膜设置于膜壳内，膜壳设置于膜架上。

优选地，所述超滤膜过滤系统还包括用于将液体由废水原水罐输向超滤膜过滤装置的提升泵，提升泵设置于所述的废水原水罐和超滤膜过滤装置之间。

优选地，所述超滤膜系统还包括多组废水监测系统，废水监测系统由压力表、流量计、电导率在线监测仪和pH计。

优选地，所述预处理系统还包括压滤机，所述经过超滤膜过滤装置后的少量污泥通过污泥输送泵输送至压滤机过滤，所述压滤机包括第一桶体、第二桶体、离心机、滤板、压紧机构、真空泵；所述第二桶体设置在第一桶体内部，所述第二桶体的底端与离心机相连，所述第二桶体的侧壁设置为滤板，所述滤板上设有若干个滤孔，所述第二桶体内设置压紧机构，所述真空泵设置在第一桶体的顶端。

本实用新型的压滤机不仅通过挤压尽可能地液体从固体中分离出来，而且在离心力的作用下通过滤板使液体与悬浮物完全分离，并把液体通过管道储存起来。该压滤机具有分离速度快、分离效果好、结构简单、易于制造、环保节能、实用高效的优点。

优选地，所述脱氨膜组件包括外壳，所述外壳内安装脱氨膜以形成壳层和管层，所述脱氨膜为疏水性的中空纤维微孔膜。

优选地，所述脱氨膜的孔径为0.2～0.5mm。

优选地，所述酸调节装置设置有两套，两套系统中至少有一套系统能够进行工作。当一套系统发生故障时，另一套加药系统迅速切换投入运行，保证设备稳定运行。

优选地，所述超滤膜系统的连接管道为硬聚氯乙烯管。

有益效果

1、本实用新型高氨氮废水处理装置的使用一方面可以大大的提升废水中氨氮的去除率，另一方面可以降低废水处理系统的运营总成本。

2、脱氨膜净化处理技术，设备占地面积更小，安装更方便，使用范围广。工艺流程简单，操作维护方便，处理效果稳定，运行费用比传统法低廉。具有良好的环境效益；不产生二次污染，用水量和用气量大大减少，处理后的废水氨氮可达到排放指标，产生的铵盐可以作为一种附属产品，增加效益。

3、采用脱氨膜，整个处理过程只需调整酸碱度，利用硫酸作为吸收液，无需投加其它化学药剂进行反应，大大节省了废水处理加药成本。

附图说明

图1为本实用新型高氨氮废水处理的流程方框图；

图2为pH调节系统结构示意图；

图3为超滤膜系统结构示意图；

图4为超滤膜过滤装置结构示意图；

图5为压滤机的结构示意图；

图6为脱氨膜系统的示意图；

图7为脱氨膜系统的原理图；

图8为氨氮废水原水进膜pH曲线图；

图9为氨氮废水原水进膜氨氮曲线图；

图10为脱氨膜系统运行酸吸收液pH曲线图；

图11为脱氨膜系统运行废水进膜流量曲线图；

图12为系统运行废水原水及产水氨氮含量曲线图；

图13为系统运行氨氮去除率曲线图；

图14为系统运行压力曲线图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步地详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，本具体实施的方向以图1方向为标准。

本实用新型公开了一种高氨氮废水处理装置，按废水处理方向依次包括pH调节系统1、预处理系统2、热交换器3、脱氨膜系统4；

pH调节系统1用于对氨氮废水进行调节pH值，使pH调节为10～11，pH调节系统1包括酸调节装置11、反应池12、pH检测计13、PLC控制器14。

酸调节装置11包括第一药箱111、第一送药管路112、第一加药泵113；第一药箱111包括酸药箱，如盐酸药箱、硫酸药箱，当然不限于此两种药箱；第一送药管路112连接第一药箱111与反应池13，第一送药管路112上设置有控制阀，第一加药泵113设置在第一药箱111与反应池13之间；

pH检测计13设置在反应池12内部，用于检测反应池的pH，使得pH控制在10～11之间，其中，第一加药泵、pH检测计13与PLC控制器14连接，当pH检测计14检测到反应池的pH大于11时，将信号发送至PLC控制器，PLC控制器控制第一加药泵加入酸进行调节。

此外，酸调节装置11设置有两套，两套系统中至少有一套系统能够进行工作。当一套系统发生故障时，另一套加药系统迅速切换投入运行，保证设备稳定运行。

预处理系统2用于去除水中悬浮物及杂质，包括超滤膜过滤系统21、压滤机22；

超滤膜过滤系统21包括依次连接的废水原水罐211、超滤膜过滤装置212和超滤膜装置淡水罐213；超滤膜过滤系统21的主要功能是去除浓液中的悬浮杂质和颗粒物，废水原水罐21储存废水原水，废水原水通过超滤膜过滤装置212进行错流过滤，得到淡水A和浓水A，浓水A可回流至废水原水罐211进行循环浓缩，少量污泥通过污泥输送泵进入压滤机22进行过滤分离，过滤后的滤液再进入至废水原水罐211循环浓缩，淡水A则进入热交换器3进行加热；

超滤膜过滤装置212含有超滤膜2121、膜壳2122和膜架，超滤膜2121设置于膜壳2122内，膜壳2122设置于膜架上；超滤膜型号为ME-C250-04。

超滤膜过滤系统21还包括用于将液体由废水原水罐输向超滤膜过滤装置的提升泵214，提升泵214设置于所述的废水原水罐21和超滤膜过滤装置212之间；该提升泵214为单组高压提升泵；

超滤膜过滤系统21还包括多组废水监测系统，废水监测系统由压力表23、流量计24、电导率(EC)在线监测仪25和pH计26中的一个或几个串联组成；本实施例的废水原水罐211与超滤膜过滤装置212之间、提升泵214与超滤膜过滤装置212以及超滤膜过滤装置212和超滤膜装置淡水罐213之间分别设有一组废水监测系统，其为串联连接压力表23、流量计24、电导率(EC)在线监测仪25和pH计26。

连接管道优选为硬聚氯乙烯(U-PVC)管；

本实用新型的淡水是指经过滤处理得到的水；所述浓水是指经过滤处理后余下的浓液；预处理系统2是一个全流程过滤分离系统；上述的错流过滤是指被过滤废水流向与出水(过滤后的水)流向成直角；

压滤机22包括第一桶体221、第二桶体222、离心机223、滤板224、压紧机构225、真空泵226；其中，第二桶体222设置在第一桶体221内部，第二桶体222的底端与离心机223相连，通过离心机223的转动带动第二桶体222的转动，第二桶体222的侧壁设置为滤板224，滤板224上设有若干个滤孔2241，第二桶体222内设置压紧机构225，压紧机构225包括设置在第二桶体222内的竖直轨道2251、滑动设置在竖直轨道2251上的压块2252、以及固定设置在第二桶体222顶部的伸缩气缸2253，压块2252与伸缩气缸2253的伸缩杆固定连接，通过伸缩气缸2253带动压块2252沿着竖直轨道2251上下运动挤压物料；第一桶体222的顶端设置真空泵226，真空泵226与第一桶体221通过油室227进行密封，第一桶体222的下方连有输出管228，输出管228与第一桶体221之间通过橡胶套筒229进行密封。由于第二桶体222和第一桶体221内需要抽真空，所以第一桶体221就需要很好的密封性。本实用新型通过设置在真空泵226与第一桶体221之间的油室227和设置在输出管228与第一桶体221之间的橡胶套筒229来进行密封。此设计能够很好地保证第一桶体221密封性，防止第一桶体221内的气体跑进跑出，对控制第一桶体221内的真空度有良好的效果。

该压滤机使用原理：操作时先在第二桶体222内放入浓水B，再向第二桶体222和第一桶体221抽真空，是真空度达到10-3MPa，当真空度达到标准时利用压紧装置把物料中的水分通过压力从固体中挤压出来；通过设置在第二桶体32顶部的伸缩气缸2253驱动下压块2252沿着竖直轨道2251上下来回运动挤压物料，把物料中的水分通过压力完全挤压出来，打开设置在第二桶体222下发的离心机223，控制第二桶体222旋转，从而把第二桶体222内挤压出来的水分通过离心力在滤板224的过滤下从滤孔2241中分离出来，流入第一桶体221内，最后从第一桶体221的下方设有的输出管228流出。本实施例通过压力把固体内的水分挤压出来，在利用离心力把固体和液体通过滤板224上的滤孔2241分离，通过对第二桶体222和第一桶体221抽真空，防止液体再次渗入固体中。此设计不仅通过压力更好地把水分从固体中挤出，提高了固液分离的效率，而且还通过离心力把固体和液体分离开来，大大加快了分离的速度。

再经热交换系统进行加热，加热后控制的温度为20～30度，升温后氨氮废水进入脱氨膜系统4进行处理；脱氨膜系统4包括脱氨膜反应器41、加酸槽42、硫酸铵循环池43和出水收集槽44，脱氨膜反应器41包括多个依次串联的脱氨膜组件411，本实用新型以两个为例，脱氨膜组件包括外壳，所述外壳内安装脱氨膜以形成壳层和管层，所述脱氨膜为疏水性的中空纤维微孔膜。脱氨膜的材料为PP或者PTEE；脱氨膜的孔径为0.2～0.5mm；使得对氨氮分子吸收效果好，并且能够防止废水中的其他物质透过脱氨膜，加酸槽42输入至脱氨膜反应器41中的最后一个脱氨膜组件入口加入硫酸(H2SO4)，确保循环溶液在酸性范围内。

硫酸铵循环池43用于收集脱氨膜反应器41脱氨氮过程中产生的硫酸铵溶液；硫酸铵循环池43与第一个脱氨膜组件的壳层出料口连接；出水收集槽44与脱氨膜反应器41的脱氨膜组件411的出水口连接。经处理后产水氨氮达标，直接排放或回用。

将废水清液通入至多个脱氨膜组件的管层中，再向脱氨膜组件的壳层中通过加酸槽42通入硫酸溶液，并且保证废水清液和硫酸的流向相反，这样使得废水清液中的氨氮分子通过脱氨膜进入到盐酸吸收液中被吸收得到硫酸铵溶液，脱氨膜中的疏水微孔能提供一层很薄的气膜结构，废水中的游离NH3通过浓度边界层扩散至气膜表面后，在膜两侧NH3分压差的推动下，扩散进入吸收液侧与酸性吸收液发生快速的不可逆的反应。该过程是仅依靠膜两侧NH3分压差来提供动力，能促使废水中的NH3在能持续不断地进入膜孔进而被吸收，从而达到氨氮脱除的目的。

本实用新型对经过脱氨膜系统处理后的水质进行检测，结果如表1所示：

表1：水质检测数据表

从表1以及图8～14中可知，进水氨氮含量波动较大，进水氨氮在200-500mg/l，产水氨氮波动较小，合格率高，氨氮去除率较稳定，产水氨氮在30-60mg/l；氨氮在500mg/l以上时，产水氨氮波动较大，产水氨氮明显升高，部分时间段产水氨氮超过100mg/l，原因是由于酸吸收液氨含量过高，酸吸收液更换处理不及时，导致氨吸收效果不好，产水不合格，产水氨氮在40-100mg/l。酸吸收液PH呈波动性变化，初始酸吸收液PH＝0.2，吸收氨气后，PH上升，运行时需保证PH<1,由运行曲线看出，酸吸收液PH最高时为0.91，瞒足运行工艺条件。氨氮去除率有波动，平均氨氮去除率为84.4％，最高氨氮去除率92.08％，最低氨氮去除率75.99％。废水进膜通量随运行时间增加，通量逐渐减小。盐酸药洗过后，通量恢复。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。