一種處理含氨氮廢水的方法及系統與流程

2023-04-29 22:28:11 1

技術領域

本發明涉及環境汙染綜合治理技術領域，尤其涉及一種處理含氨氮廢水的方法及系統。

背景技術：

氨氮是我國水體中主要的汙染物之一，能夠造成水體富營養化，促進藻類繁殖，大量消耗水體中的溶解氧，導致水中生物死亡、水體變臭等。含氨氮的廢水主要來源於有色冶金、化工、生物發酵等行業，氨氮廢水中氨氮汙染物主要以銨根、游離態分子形式存在於水中。

在現有技術中，通常會採用單一的工藝對含氨氮廢水進行處理，目前常見的技術有蒸發濃縮結晶法、蒸餾精餾法、吹脫髮、化學沉澱法，但是單一的處理工藝除了成本較高外，還會產生更多含有一定濃度氨氮的廢水。

公開號為CN102060406A的中國專利申請公開了一種吹脫法處理氨氮廢水的方法，通過填料塔將廢水中的氨氮吹脫並吸收回收。公開號為CN1958471A的中國專利申請公開了一種氨氮廢水的處理方法，該方法首先要在廢水中加入大量鹼來調節pH值，經固液分離去除廢水中的懸浮物和溶解的矽鋁離子及其化合物；加入鈣離子生成硫酸鈣沉澱，經固液分離減少廢水中的酸性物質；加入碳酸根離子生成碳酸鈣沉澱，經固液分離去除廢水中的鈣離子；最後再用鹼調節pH值在9.5～13之間，進行汽提脫氨和生化處理，是廢水達到國家排放標準。

上述方法，都需要使用鹼將氨氮廢水調節到合適的pH，但是當氨氮濃度較高，pH不高的情況下，調節pH會消耗大量鹼，從而對水體造成二次汙染。因此，亟需研究開發一種能夠處理廢水中高濃度的氨氮，同時不會對水體造成二次汙染，並且成本較低，易於產業化推廣的方法及系統。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明第一方面提供了一種處理含氨氮廢水的方法，所述的含氨氮廢水來源於由碳酸銨或碳酸氫銨原料製備金屬碳酸鹽的過程中產生的廢水，其中將氨氮濃度大於20g/L的廢水直接進行結晶，得到銨鹽晶體；

將氨氮濃度介於10g/L～20g/L之間的廢水，作為溶解所述碳酸銨或碳酸氫銨原料的溶解劑；或作為使有機相中的金屬離子發生轉移的反萃劑的溶解劑；或一部分作為溶解所述碳酸銨或碳酸氫銨原料的溶解劑，剩餘部分作為使有機相中的金屬離子發生轉移的反萃劑的溶解劑；

將氨氮濃度小於10g/L的廢水作為所述金屬碳酸鹽的洗滌液。

其中，所述的結晶的溫度為35～55℃，時間為1～4h。

其中，所述的金屬離子為鈷離子、鎳離子、錳離子、鎂離子或其它可生成碳酸鹽的金屬離子。

其中，所述含氨氮廢水中，10g/L≤氨氮濃度≤13g/L之間的廢水作為溶解所述碳酸銨或碳酸氫銨原料的溶解劑。

其中，所述含氨氮廢水中，13g/L＜氨氮濃度＜18g/L時，30%～80%的廢水作為溶解所述碳酸銨或碳酸氫銨原料的溶解劑，剩餘部分作為使有機相中的金屬離子發生轉移的反萃劑的溶解劑。

優選地，所述含氨氮廢水中，13g/L＜氨氮濃度＜18g/L時，45%～70%的廢水作為溶解所述碳酸銨或碳酸氫銨原料的溶解劑，剩餘部分作為使有機相中的金屬離子發生轉移的反萃劑的溶解劑。

其中，所述含氨氮廢水中，18g/L≤氨氮濃度≤20g/L之間的廢水作為使有機相中的金屬離子發生轉移的反萃劑的溶解劑。

本發明第二方面提供了一種處理含氨氮廢水的系統，包括反應裝置、洗滌裝置、結晶裝置和反萃取裝置，所述反應裝置中連接有第一管路，所述反應裝置和所述結晶裝置之間連接有第二管路，所述洗滌裝置和所述反應裝置之間連接有第三管路，所述洗滌裝置和所述反萃取裝置之間連接有第四管路，所述反萃取裝置和所述反應裝置之間連接有第五管路。

其中，所述的第一管路、第二管路、第三管路、第四管路和第五管路上分別設置有泵。

其中，所述的第一管路、第二管路、第三管路、第四管路和第五管路上分別設置有閥門。

本發明的有益效果：

通過本發明提供的處理含氨氮廢水的系統，能夠對金屬碳酸鹽生產工藝中不同環節產生的廢水分別進行處理，當廢水中的氨氮濃度大於等於20g/L時，可通過第二管路直接進入結晶裝置，生成銨鹽晶體。

當廢水中的氨氮濃度在10g/L～20g/L之間，可通過第三管路進入反應裝置用於繼續溶解碳酸銨或碳酸氫銨，從而不僅可以減少去離子水的使用量，還可以將廢水中多餘的碳酸根離子進一步生成金屬碳酸鹽沉澱，同時還能進一步使廢水中的氨氮濃度提高，從而通過第二管路進入結晶裝置生成銨鹽晶體；或先通過第四管路進入到反萃取裝置，使有機相中的金屬離子進入到廢水中，再通過第五管路進入到反應裝置中，不僅可以使廢水中的金屬離子能夠重新作為生成金屬碳酸鹽的原料，避免直接排放造成水體汙染，同時也能使廢水中的氨氮在反應裝置中進一步提高，從而通過第二管路進入結晶裝置生成銨鹽晶體。

當廢水中的氨氮濃度小於等於10g/L時，可直接留在洗滌裝置中對金屬碳酸鹽沉澱進行清洗，一方面減少了廢水直接排放造成水體汙染，另外一方面也節約了金屬碳酸鹽生產過程中去離子水的使用量。

通過本發明提供的系統，能夠分別處理金屬碳酸鹽生產過程中產生的不同氨氮濃度的廢水，不僅避免了高濃度的氨氮廢水直接排放對水體造成汙染，同時還能有效利用廢水中的碳酸根離子和金屬離子，使其重新作為生產金屬碳酸鹽的原料。該系統結構簡單，易於操作，便於產業化推廣。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將對實施方式中需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施方式，對應本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明提供的處理含氨氮廢水系統的示意圖；

圖中： 1-反應裝置，2-洗滌裝置，3-結晶裝置，4-反萃取裝置，5-第一管路， 6-第二管路，7-第三管路，8-第四管路，9-第五管路。

具體實施方式

以下是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。

本發明第一方面提供了一種處理含氨氮廢水的方法，所述的含氨氮廢水來源於由碳酸銨或碳酸氫銨原料製備金屬碳酸鹽的過程中產生的廢水，將氨氮濃度大於20g/L的廢水直接進行結晶，得到銨鹽晶體；

將氨氮濃度介於10g/L～20g/L之間的廢水，作為溶解所述碳酸銨或碳酸氫銨原料的溶解劑；或作為使有機相中的金屬離子發生轉移的反萃劑的溶解劑；或一部分作為溶解所述碳酸銨或碳酸氫銨原料的溶解劑，剩餘部分作為使有機相中的金屬離子發生轉移的反萃劑的溶解劑；

將氨氮濃度小於10g/L的廢水作為所述金屬碳酸鹽的洗滌液。

在本發明實施方式中，所述的結晶的溫度為35～55℃，時間為1～4h。

優選地，所述的結晶的溫度為35～45℃，時間為1.5～3h。

在本發明實施方式中，所述的金屬離子為鈷離子、鎳離子、錳離子、鎂離子或其它可生成碳酸鹽的金屬離子。

在本發明實施方式中，所述含氨氮廢水中，10g/L≤氨氮濃度≤13g/L之間的廢水作為溶解所述碳酸銨或碳酸氫銨原料的溶解劑。

在本發明實施方式中，所述含氨氮廢水中，13g/L＜氨氮濃度＜18g/L時，30%～80%的廢水作為溶解所述碳酸銨或碳酸氫銨原料的溶解劑，剩餘部分作為使有機相中的金屬離子發生轉移的反萃劑的溶解劑。

優選地，所述含氨氮廢水中，13g/L＜氨氮濃度＜18g/L時，45%～70%的廢水作為溶解所述碳酸銨或碳酸氫銨原料的溶解劑，剩餘部分作為使有機相中的金屬離子發生轉移的反萃劑的溶解劑。

在本發明實施方式中，所述含氨氮廢水中，18g/L≤氨氮濃度≤20g/L之間的廢水作為使有機相中的金屬離子發生轉移的反萃劑的溶解劑。

本發明第二方面提供了一種處理含氨氮廢水的系統，包括反應裝置1、洗滌裝置2、結晶裝置3和反萃取裝置4，所述反應裝置1中連接有第一管路5，所述反應裝置1和所述結晶3裝置之間連接有第二管路6，所述洗滌裝置2和所述反應裝置1之間連接有第三管路7，所述洗滌裝置2和所述反萃取裝置4之間連接有第四管路8，所述反萃取裝置4和所述反應裝置1之間連接有第五管路9。

在本發明實施方式中，所述的第一管路5、第二管路6、第三管路7、第四管路8和第五管路9上分別設置有泵。

在本發明實施方式中，所述的第一管路5、第二管路6、第三管路7、第四管路8和第五管路9上分別設置有閥門。

本發明處理的含氨氮廢水主要是採用碳酸銨或碳酸氫銨生產金屬碳酸鹽的過程中產生的，製備金屬碳酸鹽的具體工藝為：先將碳酸銨或碳酸氫銨用去離子水溶解，配置成一定濃度的沉澱劑，再加入一定濃度的金屬離子溶液，反應製備得到相應的金屬碳酸鹽沉澱，最後將金屬碳酸鹽沉澱進行多次洗滌，過濾，烘乾即可得到金屬碳酸鹽產品。

實施例1

先將碳酸氫銨用去離子水溶解，配置成一定濃度的沉澱劑，再加入氯化鈷溶液進行沉澱反應，生成碳酸鈷沉澱，通過檢測，沉澱後母液中氨氮濃度為21.3g/L。

（1）將上述沉澱後的母液通過第二管路6進入結晶裝置3，進行蒸發濃縮，冷卻結晶，得到氯化銨晶體和結晶母液，結晶母液繼續蒸發濃縮。

（2）將上述碳酸鈷沉澱用去離子水進行洗滌，對一次洗滌後的廢水進行檢測，氨氮濃度為11.1g/L，對該洗滌過程中產生的廢水通過第三管路7進入反應裝置1，代替去離子水用於溶解碳酸氫銨，再加入氯化鈷進行溶液進行沉澱反應，生成碳酸鈷沉澱，通過檢測，沉澱後母液中氨氮濃度為26.5g/L，繼續重複步驟（1）。

（3）對上述一次洗滌後的碳酸鈷沉澱進行二次、三次洗滌，對二次、三次洗滌後的廢水進行檢測，氨氮濃度分別為5.4g/L和1.8g/L，該部分廢水可繼續用於清洗碳酸鈷沉澱，當濃度高於10 g/L時，可繼續重複上述步驟（2），通過該方法可以減少60%的去離子水用量，最終生成更高氨氮濃度的母液，經檢測氨氮濃度為28 g/L。

實施例2

先將碳酸氫銨用氨氮濃度為12.6g/L的一次洗滌水溶解，配置成一定濃度的沉澱劑，再加入硫酸鈷溶液進行沉澱反應，生成碳酸鈷沉澱，通過檢測，沉澱後母液中氨氮濃度為28.8g/L。

（1）將上述沉澱後的母液通過第二管路6進入結晶裝置3，進行蒸發濃縮，冷卻結晶，得到硫酸銨晶體和結晶母液，結晶母液繼續蒸發濃縮。

（2）將上述碳酸鈷沉澱用去離子水進行洗滌，對一次洗滌後的廢水進行檢測，氨氮濃度為13.1g/L，對該洗滌過程中產生的廢水55%通過第三管路7進入反應裝置1，代替去離子水用於溶解碳酸氫銨；45%通過第四管路8進入反萃取裝置4，將有機相中的鈷反萃到廢水中，再通過第五管路9進入反應裝置1，生成碳酸鈷沉澱，通過檢測，沉澱後母液中氨氮濃度為29.5g/L，繼續重複步驟（1）。

（3）對上述一次洗滌後的碳酸鈷沉澱進行二次、三次洗滌，對二次、三次洗滌後的廢水進行檢測，氨氮濃度分別為6.8g/L和2.7g/L，該部分廢水可繼續用於清洗碳酸鈷沉澱，當濃度高於10 g/L時，可繼續重複上述步驟（2）通過該方法可以減少58%的去離子水用量，最終生成更高氨氮濃度的母液，經檢測氨氮濃度為30 g/L。

實施例3

先將碳酸銨用50%的去離子水和50%氨氮濃度為14.8g/L的一次洗滌水溶解，配置成一定濃度的沉澱劑，再加入氯化鈷溶液進行沉澱反應，生成碳酸鈷沉澱，通過檢測，沉澱後母液中氨氮濃度為29.3g/L。

（1）將上述沉澱後的母液通過第二管路6進入結晶裝置，進行蒸發濃縮，冷卻結晶，得到氯化銨晶體和結晶母液，結晶母液繼續蒸發濃縮。

（2）將上述碳酸鈷沉澱用去離子水進行洗滌，對一次洗滌後的廢水進行檢測，氨氮濃度為13.6g/L，對該洗滌過程中產生的廢水50%通過第三管路7進入反應裝置1，代替去離子水用於溶解碳酸氫銨；50%通過第四管路8進入反萃取裝置4，將有機相中的鈷反萃到廢水中，再通過第五管路9進入反應裝置1，生成碳酸鈷沉澱，通過檢測，沉澱後母液中氨氮濃度為31.2g/L，繼續重複步驟（1）。

（3）對上述一次洗滌後的碳酸鈷沉澱進行二次、三次洗滌，對二次、三次洗滌後的廢水進行檢測，氨氮濃度分別為7.0g/L和2.7g/L，該部分廢水可繼續用於清洗碳酸鈷沉澱，當濃度高於10 g/L時，可繼續重複上述步驟（2），通過該方法可以減少58%的去離子水用量，最終生成更高氨氮濃度的母液，經檢測氨氮濃度為32 g/L。

實施例4

先將碳酸銨用氨氮濃度為15.1g/L的一次洗滌水溶解，配置成一定濃度的沉澱劑，再加入硫酸鈷溶液進行沉澱反應，生成碳酸鈷沉澱，通過檢測，沉澱後母液中氨氮濃度為35.2g/L。

（1）將上述沉澱後的母液通過第二管路6進入結晶裝置3，進行蒸發濃縮，冷卻結晶，得到硫酸銨晶體和結晶母液，結晶母液繼續蒸發濃縮。

（2）將上述碳酸鈷沉澱用去離子水進行洗滌，對一次洗滌後的廢水進行檢測，氨氮濃度為15.6g/L，對該洗滌過程中產生的廢水56%通過第三管路7進入反應裝置1，代替去離子水用於溶解碳酸氫銨；44%通過第四管路8進入反萃取裝置4，將有機相中的鈷反萃到廢水中，再通過第五管路9進入反應裝置1，生成碳酸鈷沉澱，通過檢測，沉澱後母液中氨氮濃度為36.6g/L，繼續重複步驟（1）。

（3）對上述一次洗滌後的碳酸鈷沉澱進行二次、三次洗滌，對二次、三次洗滌後的廢水進行檢測，氨氮濃度分別為8.4g/L和3.2g/L，該部分廢水可繼續用於清洗碳酸鈷沉澱，當濃度高於10 g/L時，可繼續重複上述步驟（2），通過該方法可以減少55%的去離子水用量，最終生成更高氨氮濃度的母液，經檢測氨氮濃度為37.5 g/L。

實施例5

先將碳酸銨用氨氮濃度為16.2g/L的一次洗滌水溶解，配置成一定濃度的沉澱劑，再加入硫酸鈷溶液進行沉澱反應，生成碳酸鈷沉澱，通過檢測，沉澱後母液中氨氮濃度為36.8g/L。

（1）將上述沉澱後的母液通過第二管路6進入結晶裝置3，進行蒸發濃縮，冷卻結晶，得到硫酸銨晶體和結晶母液，結晶母液繼續蒸發濃縮。

（2）將上述碳酸鈷沉澱用去離子水進行洗滌，對一次洗滌後的廢水進行檢測，氨氮濃度為18.2g/L，對該洗滌過程中產生的廢水通過第四管路8進入反萃取裝置4，將有機相中的鈷反萃到廢水中，再通過第五管路9進入反應裝置1，生成碳酸鈷沉澱，通過檢測，沉澱後母液中氨氮濃度為37.4g/L，繼續重複步驟（1）。

（3）對上述一次洗滌後的碳酸鈷沉澱進行二次、三次洗滌，對二次、三次洗滌後的廢水進行檢測，氨氮濃度分別為8.6g/L和4.2g/L，該部分廢水可繼續用於清洗碳酸鈷沉澱，當濃度高於10 g/L時，可繼續重複上述步驟（2），通過該方法可以減少50%的去離子水用量，最終生成更高氨氮濃度的母液，經檢測氨氮濃度為38.8 g/L。

本發明提供的處理含氨氮廢水的系統，各個管路上分別設有泵，用於根據需要在各個裝置之間輸送廢水，同時還設置有閥門，用於分別控制各個管路廢水的輸送。由於泵和閥門屬於管路中的常規設置，因此在本發明附圖和附圖說明部分沒有進行相關描述和說明。

以上實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都是屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。