专利名称：一种海水除氨装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水处理装置，尤其是涉及一种用于去除海水中氨氮的处理装置。
背景技术：
随着经济的迅速发展，产业规模的扩大和人类活动的加剧，生活污水和工业废水的排放量迅速增加，氨氮作为水体富营养化的重要成分之一，目前已成为废水处理达标排放的的主要指标([l]《污水综合排放标准》GB 8978-1996.国家环境保护总局.1996)。
对于养殖业，近年来，随着水产精养水平的不断提高，单位水体中污染物负荷的迅速上升，由此而引起养殖水体出现溶解氧低下，氨氮等有害物大量积累等问题，致使水产养殖生物正常的生存环境遭受破坏。尤其在对虾养殖中，氨氮含量已成为养虾能否成功的关键。在1989年，我国在水产养殖废水的氨氮控制方面已经发布了相关的排放标准([2]《渔业水质标准》GB11607-1989.国家环境保护总局1989)。目前，在水产养殖中的氨氮污染控制的方法有(l)大量换注新水稀释来降低氨氮浓度；(2)采用曝气吹脱水中的氨氮；(3)使用余氯消毒去除氨氮以及采用光合细菌来调节改善水质等([3]张仁志，褚华宁，韩恩山等.氨氮废水处理技术的发展[J].中国环境管理干部学院学报，2005.9:91-94)。这些办法存在着能耗高和化学药剂使用量问题，而且对氨氮的去除效果并不理想。
天然沸石是含水的架状碱金属或碱土金属铝硅酸盐矿物，一般可以化学式
AmXpOZp. nH20表示，式中X为Si，Al ;A为Na. ，K.....。其结构由硅氧四面体(Si04)和铝氧
四面体(A104)单元通过氧桥相互连接而成。沸石的这种三维网状结构非常疏松，具有许多孔穴。由于天然沸石晶体由硅(铝)氧四面体形成很多的空腔和孔道，其中占据着阳离子和水分子，当经过红烧使它们部分或全部脱水，其结晶骨架并未破坏，从而形成一个个内表面很大的孔穴，可吸附并储存大量分子。因为沸石结晶骨架中的阳离子与骨架的联系比较弱，所以当沸石与某种金属盐的水溶液相接触时，溶液中的金属阳离子可以进入沸石中，而沸石中的阳离子可被交换下来进入溶液中。其交换过程可以表示如下X+Z—+NH4+— NH4+Z—+X+，Z—表示铝硅酸盐的阴离子格架，X+表示交换离子。沸石对氨氮的吸附具有吸附量大，高选择性，高效吸附特点([4]郭守国，何斌.非金属矿产开发利用[M].武汉中国地质大学出版社，1992 ;[5]张曦，吴为中，温东辉等.氨氮在天然沸石上的吸附及解吸[J].环境化学，2003,22(2) :167-171 ;[6]袁俊生.沸石法工业污水氨氮治理技术研究[J].环境污染治理技术与设备，2002，12(3) :60-63 ;[7]李健，袁有宪.天然沸石用于水产养殖研究[J].海洋水产研究，1987，8 :55-60)。 在天然沸石的离子交换性能研究报道中发现，天然的及经物理化学法改性的沸石对氨氮显示出良好的离子交换性和再生性([8]Kithome M. Kinethics of ammoniumadsorption anddesorption by natural zeolite clinoptilolite[J]. Soil Sci.Soc AmJ，1998，62(3) :622-629; [9]杨胜科，王文科，李翔等.沸石去除地下水中氨氮的影响因素分析及作用机理探讨[J].西安工程学院学报，2000，22(3) :69-72 ; [10]李晔等.沸石去除水源中低浓度氨氮的实验研究[J].武汉理工大学学报，2003，2 :25-28 ;[ll]Jorgensen T
3C，Weatherley L R. Ammonia removal from wastewaterby ion exchange in the presenceof organic contaminants[J]. Wat. Res. ，2003，37 :1723-1728 ; [12]Kataoka， Katsushi.Method for removal of ammonium nitrogen from organic wastewater bybiologicalnitration and denitrification with zeolite regeneration. Japan, CLASS :ICM :C02F003-34. Jpn， Kokai Tokkyo Koho JP 09314186 A29 Dec 1997)，特别是通过改性处理的天然沸石，对氨氮的去除效果更佳([13]王德华，费维扬.钠改型天然斜发沸石的铵离子交换平衡[J].离子交换与吸附，2002，18(4) :343-348 ;[14]赵丹，王曙光等.改性斜发沸石吸附水中氨氮的研究[J].环境化学2001， 1(22) :12-16)。最近的研究结果表明，在对海水进行离子交换处理时，改性天然沸石可使海水中的氨氮得到去除。对海水水质要求较高的海产养殖工艺，使用沸石海水净化处理装置非常必要([15]高红梅.沸石去除养殖水体中氨氮的作用研究[J].华中农业大学学报，2005. 1 :9-11 ;[16]熊小京，叶均磊，王新红等.天然沸石处理低浓度含氨废水的实验研究[J].厦门大学学报(自然科学版)，2006，45(6) :828-831 ;[17]刘远金，张新明等.天然沸石对鱼塘水及生活污水的氮磷去除效应[J].农业环境保护，2002，4 :331-333)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海水除氨装置。 本发明设有沸石交换处理塔、附属固定架台、原水储水箱、出水储水箱和酸洗管。 沸石交换处理塔内的底部设有支撑板，在支撑板上设有交换层，交换层从上至下
依次设有改性沸石层、沙砾层和鹅卵石层，支撑板上设有透水孔，透水孔上设有滤头滤帽，
在沸石交换处理塔底部设有排水管，用于排出含悬浮物和沉积固体的反冲洗水，沸石交换
处理塔的顶部设有海水进水口，阀门与沸石交换处理塔经计量泵与酸洗管连接。
附属固定架台设上层固定架台和下层固定架台，出水储水箱设在上层固定架台
上，原水储水箱设在下层固定架台上，出水储水箱位于原水储水箱上方，原水储水箱和出水
储水箱内均设有液位控制器，原水储水箱的顶部设有海水进水阀，原水储水箱的底部设有
排水阀，出水储水箱的底部设有出水阀，出水储水箱的海水出水口经阀门接设于沸石交换
处理塔底部的排水管。 所述改性沸石层可采用天然斜发沸石，粒径为0. 5 1. 5mm，改性沸石层的高度可为50 90cm，所述沙砾层的沙砾直径可为2 5mm，沙砾层的高度可为10 30cm，所述鹅卵石层的卵石直径可为1 3cm，鹅卵石层的高度可为10 30cm。 沸石交换处理塔、原水储水箱和出水储水箱的进出水由水泵控制；酸洗管与计量泵连接，酸洗所需盐酸溶液由计量泵控制。 本发明采用改性天然沸石作为脱除海水中氨氮的交换处理介质，利用沸石对氨氮良好的离子选择性，以盐酸溶液作为再生剂，沸石交换处理塔是本发明的核心装置，其具备交换处理、交换层反冲洗以及沸石再生等操作功能，可达到脱除海水中氨氮的目的，能够满足海产养殖用水的要求。
图1为本发明实施例的结构组成原理图。
图2为本发明实施例的沸石交换处理塔的结构示意图。 图3为本发明实施例的沸石交换处理塔内的支撑板的结构示意图。 图4为本发明实施例的原水储水箱和出水储水箱的结构示意图。 图5为本发明实施例的沸石用量对氨氮去除效果的影响图。在图5中，横坐标为
沸石用量(g)，纵坐标为出水氨氮浓度(mg/L)。 图6为本发明实施例的氨氮浓度与氨氮去除效果的关系图。在图6中，横坐标为 初始氨氮浓度(mg/L)，纵坐标去除率(％ )。 图7为本发明实施例的pH值对氨氮去除效果的影响图。在图7中，横坐标为pH 值，纵坐标为出水氨氮浓度(mg/L)。 图8为本发明实施例的盐酸浓度对氨氮洗脱效果的影响图。在图8中，横坐标为 盐酸浓度(mol/L)，纵坐标为洗脱率(％ )。 图9为本发明实施例的连续运行过程中氨氮的处理效果图。在图9中，横坐标为 天数，纵坐标为出水氨氮浓度(mg/L)。
具体实施例方式
参见图1 4，本发明实施例设有沸石交换处理塔1、附属固定架台18、原水储水箱 14、出水储水箱17和酸洗管20。 沸石交换处理塔1内的底部设有支撑板22，在支撑板22上设有交换层，交换层从 上至下依次设有改性沸石层2、沙砾层3和鹅卵石层4，支撑板22上设有透水孔221，透水孔 221上设有滤头滤帽，在沸石交换处理塔1底部设有排水管6，用于排出含悬浮物和沉积固 体的反冲洗水，沸石交换处理塔1的顶部设有海水进水口，阀门与沸石交换处理塔1经计量 泵21与酸洗管20连接。 附属固定架台18设上层固定架台和下层固定架台，出水储水箱17设在上层固定
架台上，原水储水箱14设在下层固定架台上，出水储水箱17位于原水储水箱14上方，原水
储水箱14和出水储水箱17内均设有液位控制器19，原水储水箱14的顶部设有海水进水阀
15，原水储水箱14的底部设有排水阀13，出水储水箱17的底部设有出水阀16，出水储水箱
17的海水出水口经阀门10接设于沸石交换处理塔1底部的排水管6。 所述改性沸石层2可采用天然斜发沸石，粒径为0. 5 1. 5mm，改性沸石层2的高
度可为50 90cm，所述沙砾层3的沙砾直径可为2 5mm，沙砾层3的高度可为10 30cm，
所述鹅卵石层4的卵石直径可为1 3cm，鹅卵石层4的高度可为10 30cm。 沸石交换处理塔1、原水储水箱14和出水储水箱17的进出水由水泵11控制；酸
洗管20与计量泵21连接，酸洗所需盐酸溶液由计量泵21控制。 本发明的沸石交换处理塔1的高度为300cm，直径为120cm，底座高50cm ;上下方 封口直径分别为54cm和28cm。塔体制作材料为碳钢或塑料(注碳钢塔体使用前必须用 环氧树脂涂层进行内壁的防腐处理)。沸石交换处理塔1内滤层中鹅卵石层4(卵石直径为 1 3cm)与沙砾层3 (沙砾直径为2 5mm)的层高为20cm，改性沸石层2 (沸石种类为天 然斜发沸石，粒径规格为0. 5 1. 5mm)的层高70cm。支撑板22的直径为120cm，板面开设 数个孔径为3cm的透水孔221，孔间距为10cm，每个孔径上安有一个塑料滤头滤帽(参见图 2)。附属固定架台18有两层，上层固定架台和下层固定架台分别放置体积相同的原水储水箱14和出水储水箱17 (高92cm，直径85cm，罐口直径为50cm，有效容积为3m3 ;参见图3)。
图5给出了本发明在处理氨氮浓度为20mg/L的200mL海水时改性沸石投加量分 别为0， 1， 2， 3， 4和5g时改性沸石的氨氮去除特性。可以看出，当沸石投加量为2g时即已达 到最好的氨氮去除效果。由图6可知，随着氨氮初浓度的增大，沸石的脱氨率也随之上升， 在氨氮初浓度为20mg/L时沸石的脱氨率达到最大的28. 2%。提高水中氨氮浓度使铵根离 子浓度处于较高水平，有利于沸石交换铵根离子；但当氨氮初浓度高于一定值时，由于沸石 存在着饱和交换量，此时继续增大氨氮浓度反而会使去除率降低。 由图7可知，当pH为6左右时沸石的脱氨率最大。NH4+在水中的离解平衡式可表 示为NH4+-NH3+H+，随着pH值减小H+浓度的增加，平衡向左移，表现为NH4+浓度增加。由于沸 石表面的极性基团对NH/比朋3有更大的亲和力，使其能够吸附较多的朋4+。但当pH值太 低时会出现H+与NH4+竞争，使沸石对氨氮的交换性能下降。图8给出了在不同浓度盐酸对 饱和沸石的洗脱再生效果。可以看出，盐酸浓度越高，洗脱再生效果越好且变化趋势明显。 但当盐酸浓度超过O. 12mol/L继续增大时，再生效果变化不明显。考虑到再生剂盐酸的成 本及其对设备的腐蚀作用，选择O. 12mol/L盐酸浓度为较为合理。连续运行过程中氨氮的 处理效果如图9所示，可以看出，装填新鲜沸石的装置在运行到第3天时交换处理已到达饱 和，此时用含盐酸的海水对交换层中的沸石进行浸泡再生(先反冲洗lh，再通入再生液，浸 泡24h)，其再生率可以达到90%以上。再生操作完成后进入第二轮的交换处理运行，在运 行到第2.5天时交换处理再次到达饱和，此时再进行第二轮的再生处理，再生操作完成后 进入第三轮的交换处理运行，交换处理再次到达饱和时，再进行第三轮的再生处理。沸石经 多次再生处理，其逐渐降低，当再生率低于50%，必须更换新的沸石，以保证装置对氨氮的 处理效果到达稳定。 当进行交换处理操作时，将阀门8和阀门10开启，其它所有的阀门均关闭，启动水 泵11将原水储水箱14中的海水送入沸石交换处理塔1的顶部，依次通过改性沸石层2、沙 砾层3和鹅卵石层4，对海水中的氨氮进行交换处理，之后均匀的流过支撑板22(板上装有 数组用于布水的滤头滤帽，参见图3)，依靠水泵11的动力压及交换塔内液位静压，处理水 经由阀门10控制的管线送入出水储水箱17。出水储水箱17和原水储水箱14内均留有溢 流并安装了液位控制器19，当原水储水箱的液位低于最低液位或出水储水箱的液位高于最 高液位时，启动或关闭水泵11，以避免水泵因空运行损坏水泵或出水储水箱因充水过满而 流失。原水储水箱的顶部与底部分设有海水进水阀15和排水阀13，进水阀15的开闭通过 液面浮球控制器控制，排水阀13用于清洗水箱时排出残留水。出水储水箱的底部设有出水 阀16，需要用水时开启，将处理的海水送至养殖车间。 当进行反冲洗操作时，将阀门7和阀门IO开启，其它所有的阀门均关闭，开动水泵 ll，将原水储水箱17的海水经阀门10开通的管线从沸石交换处理塔底部送入，由下向上方 向均匀的流过支撑板22 (板上装有数组用于布水的滤头滤帽，参见图3)，依次流过鹅卵石 层4，沙砾层3和改性沸石层2，对各充填层中截留下来的悬浮物进行冲洗，冲洗水于塔顶部 流出，经阀门7开通的管线进入排水管6放入下水沟。 当进行再生操作时，首先将打开阀门5和放空阀门12，其它所有的阀门均关闭，此 时塔内的残留海水因重力作用，经交换塔底部的排水管6排沟；当确认塔内的水完全被排 出时，只关闭阀门5，放空阀门12继续开启，打开阀门IO，出水储水箱中的海水因与塔内的存在的液位差的而产生的虹吸作用，经阀门10开通的管线，从塔底送入塔内，同时开动计 量泵21将酸洗罐20中的浓盐酸溶液送入同一管线与处理海水混合进入塔内。利用盐酸对 交换饱和的沸石进行浸泡再生，浸泡时间为24h。再生操作完成时，先关闭阀门IO再打开阀 门5，经排水管6将塔内的再生液体放入下水沟。
权利要求
一种海水除氨装置，其特征在于设有沸石交换处理塔、附属固定架台、原水储水箱、出水储水箱和酸洗管；沸石交换处理塔内的底部设有支撑板，在支撑板上设有交换层，交换层从上至下依次设有改性沸石层、沙砾层和鹅卵石层，支撑板上设有透水孔，透水孔上设有滤头滤帽，在沸石交换处理塔底部设有排水管，用于排出含悬浮物和沉积固体的反冲洗水，沸石交换处理塔的顶部设有海水进水口，阀门与沸石交换处理塔经计量泵与酸洗管连接；附属固定架台设上层固定架台和下层固定架台，出水储水箱设在上层固定架台上，原水储水箱设在下层固定架台上，出水储水箱位于原水储水箱上方，原水储水箱和出水储水箱内均设有液位控制器，原水储水箱的顶部设有海水进水阀，原水储水箱的底部设有排水阀，出水储水箱的底部设有出水阀，出水储水箱的海水出水口经阀门接设于沸石交换处理塔底部的排水管。
2. 如权利要求1所述的一种海水除氨装置，其特征在于所述改性沸石层采用天然斜发沸石，粒径为0. 5 1. 5mm，改性沸石层的高度为50 90cm。
3. 如权利要求1所述的一种海水除氨装置，其特征在于所述沙砾层的沙砾直径为2 5mm，沙砾层的高度为10 30cm。
4. 如权利要求1所述的一种海水除氨装置，其特征在于所述鹅卵石层的卵石直径为1 3cm，鹅卵石层的高度为10 30cm。
5. 如权利要求1所述的一种海水除氨装置，其特征在于沸石交换处理塔、原水储水箱和出水储水箱的进出水由水泵控制。
6. 如权利要求1所述的一种海水除氨装置，其特征在于酸洗管与计量泵连接，酸洗所需盐酸溶液由计量泵控制。
全文摘要
一种海水除氨装置，涉及一种水处理装置。设有沸石交换处理塔、附属固定架台、原水储水箱、出水储水箱和酸洗管。沸石交换处理塔内底部设有支撑板，在支撑板上设有交换层，交换层从上至下设有改性沸石层、沙砾层和鹅卵石层，在处理塔底部设有排水管，处理塔的顶部设有海水进水口，阀门与处理塔经计量泵与酸洗管连接。附属固定架台设上层固定架台和下层固定架台，出水储水箱和原水储水箱分别设在上、下层固定架台上，出水储水箱位于原水储水箱上方，两储水箱内均设有液位控制器，原水储水箱顶部设有海水进水阀，原水储水箱底部设有排水阀，出水储水箱底部设有出水阀，出水储水箱海水出水口接设于处理塔底部的排水管。
文档编号C02F101/16GK101786695SQ20101012082
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月5日 优先权日2010年3月5日
发明者严贵, 熊小京, 王新红 申请人:厦门大学