专利名称：一种处理高浓度含氨废水的除氨方法
技术领域：
本发明是一种处理高浓度含氨废水的方法，可高效率地去除废水中的氨氮，并将其最终催化转化为氮气。适用于处理如垃圾渗滤液、焦化废水、味精废水等高浓度的含氨废水。
背景技术：
废水中的氨氮去除方法主要包括物化法和生物法两种处理方法，生物方法适合于处理低浓度含氨废水，而物化法处理高浓度的含氨废水具有相当的优势。因此，在处理高浓度含氨废水上宜采用物化方法。传统上，采用比较多的物化处理工艺是空气吹脱法，其运行、操作管理简单，操作费用相对较低，但是该方法耗存在碱量大、低温下处理效率低等缺点，而且氨气的排放又形成了二次污染。
自1939年在消化液输送管线中发现鸟粪石(MgNH4PO4.6H2O；磷酸氨镁；MAP)以来，有关鸟粪石的形成机制及其应用得到了广泛的关注。鸟粪石法，即MAP法，去除氨氮工艺的原理是废水中的氨氮与投加的磷酸根和镁离子反应形成鸟粪石(MgNH4PO4.6H2O；MAP)晶体而被除去。该方法具有工艺简单、稳定可靠的特点，在垃圾渗滤液、养殖场废水、屠宰场废水等含高氨氮的废水处理中受到重视。但是昂贵的药剂费用是该方法推广应用的一个很大的障碍。为了降低化学沉淀法中购买药剂的高额费用，有人尝试着将化学沉淀法产成的沉淀物——磷酸铵镁作为肥料加以回收利用，或通过热解释放氨氮后对热解产物磷酸氢铵进行循环利用。
鸟粪石法工艺所产生的鸟粪石沉淀中含有丰富的N、P，与工业上由磷矿石生产的磷肥相比具有较低含量的重金属，具有较高的农用价值，但是将磷酸氨镁加工为肥料的销售收益远不足以支付去除废水中的氨氮所需的化学药剂费用，而且受不同地区的市场影响很大。同时，由于某些地区对肥料的特殊要求，需要在沉淀物中添加钾元素，这样也增加了将磷酸氨镁加工成肥料的成本。因此，将磷酸氨镁加工成肥料具有一定的局限性。
磷酸氨镁受热易分解，在一定温度下(一般大于130℃)，磷酸氨镁被热解为磷酸氢镁、氨气和水蒸气，磷酸氢镁可以回收并循环使用，因此，磷酸铵镁的循环使用大大地节约了购买药剂的费用。但是热解后的尾气直接排放回造成空气的二次污染，因此需要进一步的处理。处理该尾气可以采用氨气吸收法。氨气吸收法可以回收尾气中的氨气，但是氨水、铵盐的市场售价低，回收后的收益非常小，同时该吸收系统比较复杂，对耐腐蚀性要求高，投资、运行维护费用较高。有研究表明，氨气在催化剂作用下可以被氧选择性地氧化为氮气。含Cu催化剂对氨气催化选择性好，当氧化铝为载体、铜负载率为10％时，在操作温度为250℃条件下，96％以上的氨气被催化氧化为氮气，但是，该催化剂对操作温度要求高，只有当温度为350℃时，氨气氧化率才达到100％，当操作温度低于250℃时，氨气转化率迅速降低到10％左右。另一方面，银催化剂对操作温度要求较低，当氧化铝为载体，银负载率为10％时，含Ag催化剂能够在160℃下将氨气全部催化氧化。但是，银催化剂的选择性较低。
发明内容
本发明是一种处理高浓度含氨废水的新方法，将废水中的氨氮通过形成磷酸铵镁沉淀与水进行分离，然后将磷酸铵镁热解并回收热解产物——磷酸氢镁用于氨氮的去除，对热解尾气中的氨气选择性催化氧化为无污染的氮气。针对高浓度含氨废水的特点，本专利方法可以采用流化床工艺，采用空气曝气器作为流化床内部流体流化和混合的驱动力，新生成的磷酸铵镁作为沉淀废水中氨氮的晶种与载体。在pH为7～10的条件下，通过空气的搅拌作用，PO43-、Mg2+与NH4+发生反应形成磷酸铵镁的晶体，流化床的出水混合液由输出管道排入重力分离器，磷酸铵镁晶体与水在其中进行分离。固液分离后，一部分晶体返回到流化床，另一部分晶体在脱水干燥后进入热解装置。热解温度为150-300℃，最佳温度为200-250℃。生成的热解产物磷酸氢镁再次用于废水中氨氮的处理，热解尾气中的氨气则通过装设在烟道中的选择性催化剂系统被氧化为氮气，氧化剂为按一定比率加入的空气或氧气。一般来说，氧气与氨气的体积比为10～200。具有以上特征的高浓度含氨废水的处理方法为权利要求的第一项。
权利要求第二项规定，高浓度含氨氮废水为垃圾填埋场渗滤液、屠宰废水、味精废水等高浓度含氨废水。本方法用来处理高浓度含氨废水，可以用于各种工业废水氨氮的去除。本方法如果与其它去除有机污染物的工艺结合，能够彻底地解决废水的达标排放问题。
权利要求第三项规定，对热解尾气中的氨气进行氧化分解的低温氧化催化剂可由0.5-30％(金属元素重量换算值)的金属组分负载在多孔性无机物载体上构成，金属组分可以是铁、铜、钛、锆、钡、银中至少一种。催化剂的多孔性无机物载体可以是三氧化二铝、二氧化硅、沸石、海泡石、二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、氧化镁、二氧化锡其中的一种或一种以上氧化物的混合物或其复合氧化物、多孔性碳材料。前述的多孔性无机物载体应有10平方米/克或更大的比表面积，优选为30平方米/克或更大的比表面积。本专利采用的低温氧化催化剂能够在300℃以下将氨气催化氧化，因此热解后的尾气不必经过再一次加热就可以进行催化分解，同时确保了氨气转化氮气的高选择性。前述的催化剂，优选以涂层的形式涂覆在陶瓷或金属制成的蜂窝结构的流通通道的壁表面上，这种一体型催化剂有许多尾气平行流通的通道，气阻很小，可应用于处理各种排放尾气。优选蜂窝结构的孔密度为100-400/平方英寸。催化剂以30-300克/每升载体结构的浓度涂覆在这些载体结构上。根据不同的需要，其他结构，如金属筛网或开孔泡沫体也可以用作催化剂的结构性载体。由于热解温度较低，装设在烟囱中的催化剂床层直接连接在热解炉上部，并且在热解炉至催化剂床层段的外部装设良好的保温材料。烟气温度、组成由在线烟气测定仪监测，催化氧化的工作参数有智能控制和专家系统调控。
在实验室内，采用负载在氧化铝上的铜、银复合催化剂催化氧化人工配制的氨气，其组成为NH3，1％；O2，10％；He，89％。氨气流量为100Nml/min，催化剂用量为0.2g。处理效果见下表催化剂 温度 ℃ NH3去除率％N2选择性％160 60 80Ag5wt.％-Cu5wt.％200 77 97250 81 98280 96 9
本专利简单示意图。
本方法的工艺流程可以简单划分为加药系统、反应系统、磷酸氢镁回收系统以及氨气催化系统。废水、含P、Mg药剂、氢氧化钠药剂分别由污水泵和加药泵进入流化床，加药系统均由智能控制与专家系统进行控制，能够灵活地适应不同水质、不同工况的废水处理，并且有效地保证出水要求。反应设备由流化床构成，设计合理的空气曝气器及气水分布板保证了混合液充分反应及良好的结晶。磷酸氢镁回收系统主要由干燥器和热解炉组成。流化床的出水混合液经过重力分级器分离后，再经离心机脱水，脱水后的晶体进入干燥器烘干去除残余吸附水、毛细水，之后，由热解炉加热分解，残留物质即为磷酸氢镁。所采用的重力分级器为沉淀池或者水力分级器；干燥器为适合晶体干燥的箱式干燥器或流化干燥器；热解炉为机械炉、平炉或流化床焚烧炉。氨气催化系统由装设了低温氧化催化剂床层的烟囱构成，在氨气催化系统前可以设置除尘器，消除粉尘对催化剂的负面影响。催化系统中的智能控制系统包括温度控制和空气或氧气流量控制系统，通过在线烟气测定仪监测烟气组成，根据已知的设计参数和尾气中组分变化来有效地控制最佳的氨气与氧气比、气体流速，以保证稳定的氨气氧化效果。
权利要求
1.一种用于处理高浓度含氨废水的方法，其特征是(1)添加含Mg、P药剂将废水中的氨氮转变为磷酸铵镁的晶体；(2)对磷酸铵镁晶体回收后进行加热分解；(3)对热解尾气中的氨氮通过低温氧化催化剂在氧气的作用下氧化为氮气，将热解产物磷酸氢镁回收后重新用于废水的氨氮去除。
2.如权利1要求所述，高浓度含氨氮废水为垃圾填埋场渗滤液、焦化废水、屠宰废水、味精废水等高浓度含氨废水。
3.如权利1要求所述，对热解尾气中的氨气进行氧化分解的低温氧化催化剂可由0.5-30％(金属元素重量换算值)的金属组分负载在多孔性无机物载体上构成，金属组分可以是铁、铜、钛、锆、钡、银中至少一种。
全文摘要
本方法采用化学沉淀的方法处理高浓度含氨废水，通过在废水中添加含镁、磷药剂将废水中的氨氮转变成MgNH
文档编号B01D53/54GK1623924SQ20031011715
公开日2005年6月8日 申请日期2003年12月4日 优先权日2003年12月4日
发明者杨敏, 吴成强, 贺宏, 张长斌, 张昱 申请人:中国科学院生态环境研究中心