一種用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置製造方法
2023-05-04 18:20:56 3
一種用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置，其裝置如下：在硝酸銨廢水原液經酸鹼中和調pH值和冷卻處理後，依次再經由超濾膜組件、反滲透膜組件、脫氣膜組件和電去離子膜組件組成的集成膜裝置處理，分別得到接近10%的硝酸銨濃縮液，經蒸髮結晶，回收得到硝酸銨固體產品；同時得到水中氨氮質量濃度≤1mg/L的脫鹽水，可作為工藝用純水或鍋爐補給水回收。本實用新型使硝酸銨廢水全部得到資源化利用。本實用新型集成膜裝置，工藝先進；節約能源；治理廢水工程經濟效益好，廢水回收系統運行費用低；操作簡單，實現了清潔生產。
【專利說明】一種用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於廢水處理設備領域，具體涉及一種用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置。 【背景技術】
[0002]目前處理硝酸銨廢水主要有以下幾種:吹脫法、生化法、離子交換法和電滲析法等。吹脫法則需要加化學藥劑調節PH值，且吹脫後廢水中銨鹽殘留量過高，還有對大氣的二次汙染等問題。生化法是將廢水收集至生化池中，用細菌將銨鹽分解，最後形成氮氣。在生化反應過程中，需要加入碳源和菌種，並且當水中銨鹽濃度稍高，即氨氮達到500mg/L時，菌種就會死亡，無法進行生化反應。離子交換法是用離子交換樹脂吸附硝酸銨，但再生操作頻繁，還要處理清洗水，不太方便。電滲析法能將廢水中的大部分硝酸銨回收，但是處理後，水中殘留的氨氮濃度還太高，不能達到2011年頒布國家環保要求的水中氨氮10mg/L和總氮≤30mg/L的指標。既不能排放也無法回用，給生產企業造成了很大的困擾。
[0003]電滲析是在脫鹽領域使用了幾十年的老技術，不少研究者發現電滲析器在水中離子少的情況下，會在離子交換膜間發生水解離反應，水解離成H+和O『離子，用來補充水中的離子，它們成為電荷的載體，這種反應稱之為極化反應。電滲析器極化反應發生後，會消耗大量的電能，導致電滲析器的工作效率降低，出水水質下降，耗能增加，因此一般電滲析器製得純水的電導率不高，因此現在脫鹽領域內電滲析技術已逐步被反滲透技術所取代。但在處理硝酸銨廢水的領域內，電滲析技術與其他方法相比仍然佔絕對優勢。
[0004]電滲析技術處理廢水時，在多級串聯的電滲析器末段，由於水中的大部分硝酸銨，即導電離子已經被脫除，水中導電離子很少，就極易發生極化反應。這樣使得水中的硝酸銨脫除不完全，不能達到國家環保要求，另外電滲析器膜的密封手段較簡單，主要靠膜與膜之間的彈性密封，工作一段時間後，不同膜收縮膨脹不均勻，導致電滲析器膜堆變形，膜間串水,濃水室溶液串流到淡水室溶液,使出水水質變差,這些都是其難以克服的缺點。
[0005]反滲透是近幾十年內發展起來的膜分離技術，已在海水和苦鹹水淡化、大型鍋爐補給水處理方面得到廣泛應用，也用於乳品和果汁及生物和生化製劑的分離和濃縮方面，以及飲用水和高純水的製備方面。近年來反滲透技術也在廢水處理領域內得到應用，但有人嘗試將反滲透技術應用於硝酸銨廢水處理時，發現反滲透膜對硝酸銨的透過率很高。據文獻介紹，反滲透膜對NH4+離子的去除率為70~90%，對NO3一離子的去除率為50~75%。也就是說反滲透膜對NH4+離子的透過率10~30%，對NO3一離子的透過率為25~50%。這與反滲透膜對NaCl的去除率為99%相比，這給要實現全部脫除硝酸銨的廢水處理的工程帶來很大的困難，使得我國至今沒有反滲透應用於處理硝酸銨廢水的先例。
[0006]我國發明專利ZL200910177557.1公開了一種回收氨氮廢水用的電去離子方法及裝置，回收硝酸銨廢水的工程實例表明，電去離子裝置更適應於較低濃度的硝酸銨廢水處理，而在高濃度硝酸銨廢水濃縮方面，從濃縮效果看，反滲透技術較適合。
[0007]另外目前電滲析技術處理硝酸銨廢水時，其預處理工藝中過濾採用纖維棒過濾，可除去大於5 μ m的顆粒物，其過濾精度有待於進一步提高。在治理硝酸銨廢水領域內尚未使用過超濾膜工藝處理。
[0008]預處理中採用酸鹼中和調節溶液pH值到6.5?7左右。酸鹼中和也有調節操作複雜和增大廢水中硝酸銨濃度的缺陷。
【發明內容】
[0009]為了解決現有技術高濃度硝酸銨廢水處理時的濃縮效果不好，過濾精度低等問題，本實用新型提出了一種用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置，該裝置由超濾膜組件、反滲透膜組件、脫氣膜組件和電去離子膜組件所組成；超濾膜組件由連續操作的中空纖維膜超濾器或管式膜超濾器而成；反滲透膜組件由低壓總括反滲透器、低壓淡水反滲透器和高壓濃水反滲透器而成；脫氣膜組件由脫氣膜部分、稀硝酸吸收部分和硝酸銨飽和液回送部分而成；電去離子膜組件由I級或多級串聯的電去離子器而成；從而實現硝酸銨廢水的脫鹽處理，將廢水變為脫鹽水，供鍋爐或生產工藝使用，回收濃水回送至硝酸銨母液，再經蒸髮結晶，得到硝酸銨固體產品。
[0010]所述的電去離子器的電極水由電去離子器下部進入，上部流出，構成獨立的極水
管路；
[0011]所述的電去離子器是由離子交換膜隔開的，呈相應交替排列的濃、淡水室組成；
[0012]所述的電去離子器的濃水室內不填離子交換樹脂，靠獨立的管道與水泵和濃水罐相連，硝酸銨濃水循環流動，並得到增濃；
[0013]所述的電去離子器的淡水室內填充離子交換樹脂；
[0014]所述的電去離子器的淡水室內填充離子交換樹脂水流方向自下而上，與濃水室內水流方向相反，呈逆流布置；
[0015]所述的電去離子器內部填充有陰、陽離子交換樹脂，陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂填充的比例的範圍為2:1到2:6 ;
[0016]所述的電去離子器內部填充的陰、陽離子交換樹脂的均一係數不大於1.25。
[0017]本實用新型回收硝酸銨廢水原液的質量濃度在3%以下。
[0018]本實用新型的積極效果是:
[0019]( I)本實用新型集成膜技術先進，變廢水為純水，節約水資源，無排廢，環保效益好。本實用新型採用電去離子膜組件可使處理硝酸銨廢水的系統出水中的氨氮質量濃度(lmg/L，接近純水的質量水平，可全部回用，節約了水資源。實現真正意義上的零排放，硝酸銨廢水不再排放汙染環境，環保效益好。
[0020](2)節約能源。本集成膜技術的工藝過程都在常溫下進行，無相變，因此與產生相變的蒸餾濃縮法相比，大幅度的降低能耗。採用反滲透膜工藝處理硝酸銨廢水與採用電滲析技術相比能耗也有所降低。以海水淡化為例，採用反滲透膜工藝的能耗僅為採用電滲析工藝的10%。
[0021](3)運行費用低，治理硝酸銨廢水工程有經濟收益。據介紹用電滲析法或離子交換法治理硝酸銨廢水的全部水處理裝置的運行費用約為4.5元/噸水，預計本實用新型集成膜法治理硝酸銨廢水的全部水處理裝置的運行費用約節省20%。由於硝酸銨廢水中所含硝酸銨以固體產品全部回收,且廢水變為純水全部回收。[0022](4)操作簡單，改善了生產勞動環境，實現清潔文明生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1本實用新型裝置的示意圖。
[0024]其中I一超濾器；2—低壓總括反滲透器；3—高壓濃水反滲透器；4一低壓淡水反滲透器；5—膜脫氣器；6 —電去離子器。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖詳細闡明原理、裝置結構及實例。
[0026]實施例1
[0027]如圖1所示，利用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置，該裝置由超濾膜組件、反滲透膜組件、脫氣膜組件和電去離子膜組件所組成；超濾膜組件由連續操作的中空纖維膜超濾器I或管式膜超濾器而成；反滲透膜組件由低壓總括反滲透器2、低壓淡水反滲透器4和高壓濃水反滲透器3而成；脫氣膜組件由脫氣膜部分、稀硝酸吸收部分和硝酸銨飽和液回送部分而成；
[0028]電去離子膜組件由I級或多級串聯的電去離子器6而成；從而實現硝酸銨廢水的脫鹽處理，將廢水變為脫鹽水，供鍋爐或生產工藝使用，回收濃水回送至硝酸銨母液，再經蒸髮結晶，得到硝酸銨固體產品。電去離子器的電極水由電去離子器下部進入，上部流出，構成獨立的極水管路，其由離子交換膜隔開的，呈相應交替排列的濃、淡水室組成，濃水室內不填離子交換樹脂，靠獨立的管道與水泵和濃水罐相連，硝酸銨濃水循環流動，並得到增濃，淡水室內填充離子交換樹脂水流方向自下而上,與濃水室內水流方向相反,呈逆流布置淡水室內部填充有陰、陽離子交換樹脂，陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂填充的比例為2:1，陰、陽離子交換樹脂的均一係數為1.2。
[0029]以某廠硝酸銨廢水為例。水中硝酸銨的質量濃度為0.1%，該廢水是硝酸銨生產過程中的冷凝液，水質單純，除含一定量的硝酸銨外，基本不含其它鹽類。該廢水原液經酸鹼中和調PH值和冷卻處理後，依次進行構成本實施方案的如下各項膜組件處理:
[0030](I)超濾膜組件:該廢水原液經酸鹼中和調PH值和冷卻處理後，其pH值為6.5?7，溫度< 35°C，先經纖維棒保安濾器除去較大的顆粒物，再進入超濾器I過濾，去除廢水原液中大於0.1 μ m的膠體和顆粒物，達到汙染指數SDI ( 3，超濾器I是連續操作的管式膜組件所組成；
[0031](2)反滲透膜組件:經超濾膜處理的硝酸銨廢水，先進入I級2段低壓總括反滲透器2進行濃縮分離，得到濃水和淡水。濃水再進入I級2段的高壓濃水反滲透器3進行進一步濃縮，得到硝酸銨質量濃度接近10%濃縮液。將其回送入硝酸銨生產母液中，同時經高壓濃水反滲透器3得到的淡水回送至超濾器前再進行處理。而經低壓總括反滲透器2得到的淡水，又經I級低壓淡水反滲透器4進行脫鹽分離。此時得到的濃水回送至超濾器I前進行處理，而得到的淡水進入膜脫氣器5 ;
[0032](3)脫氣膜組件:在膜脫氣器5中，穿過反滲透膜的NH4+離子和氨氣，在壓縮空氣抽氣減壓的帶動下，從淡水穿過脫氣膜，而被0.1%稀硝酸吸收，在稀硝酸吸收NH4+離子和氨氣飽和後，將生成的硝酸銨溶液，定期返回超濾膜工藝前端，從而使經反滲透處理過的淡水不含游離氨；
[0033](4)電去離子膜組件:採用I級電去離子器6實現深度脫鹽，對經膜脫氣器5處理過的淡水進行深度脫鹽，經電去離子器6深度脫鹽後，出水的氨氮質量濃度小於lmg/L，回收所得到的脫鹽水，電去離子器6產生的濃水，經多次循環濃縮達到一定濃度後，返回低壓淡水反滲透器4前端回收。
[0034]實施例2
[0035]利用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置，該裝置由超濾膜組件、反滲透膜組件、脫氣膜組件和電去離子膜組件所組成；超濾膜組件由連續操作的中空纖維膜超濾器I或管式膜超濾器而成；反滲透膜組件由低壓總括反滲透器2、低壓淡水反滲透器4和高壓濃水反滲透器3而成；脫氣膜組件由脫氣膜部分、稀硝酸吸收部分和硝酸銨飽和液回送部分而成；
[0036]電去離子膜組件由I級或多級串聯的電去離子器6而成；從而實現硝酸銨廢水的脫鹽處理，將廢水變為脫鹽水，供鍋爐或生產工藝使用，回收濃水回送至硝酸銨母液，再經蒸髮結晶，得到硝酸銨固體產品。電去離子器的電極水由電去離子器下部進入，上部流出，構成獨立的極水管路，其由離子交換膜隔開的，呈相應交替排列的濃、淡水室組成，濃水室內不填離子交換樹脂，靠獨立的管道與水泵和濃水罐相連，硝酸銨濃水循環流動，並得到增濃，淡水室內填充離子交換樹脂水流方向自下而上,與濃水室內水流方向相反,呈逆流布置淡水室內部填充有陰、陽離子交換樹脂，陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂填充的比例為2:4，陰、陽離子交換樹脂的均一係數為1.1。
[0037]以某廠硝酸銨廢水為例。水中硝酸銨的質量濃度為0.5%，該廢水是硝酸銨生產過程中的冷凝液，水質單純，除含一定量的硝酸銨外，基本不含其它鹽類。該廢水原液經酸鹼中和調PH值和冷卻處理後，依次進行構成本實施方案的如下各項膜組件處理:
[0038](I)超濾膜組件:該廢水原液經酸鹼中和調PH值和冷卻處理後，其pH值為6.5?7，溫度< 35°C，先經纖維棒保安濾器除去較大的顆粒物，再進入超濾器I過濾，去除廢水原液中大於0.1 μ m的膠體和顆粒物，達到汙染指數SDI ( 3，超濾器I是連續操作的管式膜組件所組成；
[0039](2)反滲透膜組件:經超濾膜處理的硝酸銨廢水，先進入I級2段低壓總括反滲透器2進行濃縮分離，得到濃水和淡水。濃水再進入I級2段的高壓濃水反滲透器3進行進一步濃縮，得到硝酸銨質量濃度接近10%濃縮液。將其回送入硝酸銨生產母液中，同時經高壓濃水反滲透器3得到的淡水回送至超濾器前再進行處理。而經低壓總括反滲透器2得到的淡水，又經I級低壓淡水反滲透器4進行脫鹽分離。此時得到的濃水回送至超濾器I前進行處理，而得到的淡水進入膜脫氣器5 ;
[0040](3)脫氣膜組件:在膜脫氣器5中，穿過反滲透膜的NH4+離子和氨氣，在壓縮空氣抽氣減壓的帶動下，從淡水穿過脫氣膜，而被2%稀硝酸吸收，在稀硝酸吸收NH4+離子和氨氣飽和後，將生成的硝酸銨溶液，定期返回超濾膜工藝前端，從而使經反滲透處理過的淡水不含游離氨；
[0041](4)電去離子膜組件:採用I級電去離子器6實現深度脫鹽，對經膜脫氣器5處理過的淡水進行深度脫鹽，經電去離子器6深度脫鹽後，出水的氨氮質量濃度小於lmg/L，回收所得到的脫鹽水，電去離子器6產生的濃水，經多次循環濃縮達到一定濃度後，返回低壓淡水反滲透器4前端回收。[0042]實施例3
[0043]利用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置，該裝置由超濾膜組件、反滲透膜組件、脫氣膜組件和電去離子膜組件所組成；超濾膜組件由連續操作的中空纖維膜超濾器I或管式膜超濾器而成；反滲透膜組件由低壓總括反滲透器2、低壓淡水反滲透器4和高壓濃水反滲透器3而成；脫氣膜組件由脫氣膜部分、稀硝酸吸收部分和硝酸銨飽和液回送部分而成；
[0044]電去離子膜組件由I級或多級串聯的電去離子器6而成；從而實現硝酸銨廢水的脫鹽處理，將廢水變為脫鹽水，供鍋爐或生產工藝使用，回收濃水回送至硝酸銨母液，再經蒸髮結晶，得到硝酸銨固體產品。電去離子器的電極水由電去離子器下部進入，上部流出，構成獨立的極水管路，其由離子交換膜隔開的，呈相應交替排列的濃、淡水室組成，濃水室內不填離子交換樹脂，靠獨立的管道與水泵和濃水罐相連，硝酸銨濃水循環流動，並得到增濃，淡水室內填充離子交換樹脂水流方向自下而上,與濃水室內水流方向相反,呈逆流布置淡水室內部填充有陰、陽離子交換樹脂，陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂填充的比例為2:6，陰、陽離子交換樹脂的均一係數為1.25。
[0045]以某廠硝酸銨廢水為例。水中硝酸銨的質量濃度為2%，該廢水是硝酸銨生產過程中的冷凝液，水質單純，除含一定量的硝酸銨外，基本不含其它鹽類。該廢水原液經酸鹼中和調PH值和冷卻處理後，依次進行構成本實施方案的如下各項膜組件處理:
[0046](I)超濾膜組件:該廢水原液經酸鹼中和調PH值和冷卻處理後，其pH值為6.5?7，溫度< 35°C，先經纖維棒保安濾器除去較大的顆粒物，再進入超濾器I過濾，去除廢水原液中大於0.1 μ m的膠體和顆粒物，達到汙染指數SDI ( 3，超濾器I是連續操作的管式膜組件所組成；
[0047](2)反滲透膜組件:經超濾膜處理的硝酸銨廢水，先進入I級2段低壓總括反滲透器2進行濃縮分離，得到濃水和淡水。濃水再進入I級2段的高壓濃水反滲透器3進行進一步濃縮，得到硝酸銨質量濃度接近10%濃縮液。將其回送入硝酸銨生產母液中，同時經高壓濃水反滲透器3得到的淡水回送至超濾器前再進行處理。而經低壓總括反滲透器2得到的淡水，又經I級低壓淡水反滲透器4進行脫鹽分離。此時得到的濃水回送至超濾器I前進行處理，而得到的淡水進入膜脫氣器5 ;
[0048](3)脫氣膜組件:在膜脫氣器5中，穿過反滲透膜的NH4+離子和氨氣，在壓縮空氣抽氣減壓的帶動下，從淡水穿過脫氣膜，而被5%稀硝酸吸收，在稀硝酸吸收NH4+離子和氨氣飽和後，將生成的硝酸銨溶液，定期返回超濾膜工藝前端，從而使經反滲透處理過的淡水不含游離氨；
[0049](4)電去離子膜組件:採用I級電去離子器6實現深度脫鹽，對經膜脫氣器5處理過的淡水進行深度脫鹽，經電去離子器6深度脫鹽後，出水的氨氮質量濃度小於lmg/L，回收所得到的脫鹽水，電去離子器6產生的濃水，經多次循環濃縮達到一定濃度後，返回低壓淡水反滲透器4前端回收。
[0050]應用和推廣用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置，可實現硝酸銨廢水回收系統的零排放，即解決了硝酸銨廢水排放造成的環境汙染問題，又回收了硝酸銨固體產品和脫鹽水，取得了經濟和環保的雙豐收。本實用新型集成膜裝置，技術先進；節約能源；治理廢水經濟收益好，廢水回收系統運行費用低；操作簡單，實現清潔文明生產。
【權利要求】
1.一種用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置，其特徵在於:該裝置由超濾膜組件、反滲透膜組件、脫氣膜組件和電去離子膜組件所組成；超濾膜組件由連續操作的中空纖維膜超濾器或管式膜超濾器而成；反滲透膜組件由低壓總括反滲透器、低壓淡水反滲透器和高壓濃水反滲透器而成；脫氣膜組件由脫氣膜部分、稀硝酸吸收部分和硝酸銨飽和液回送部分而成；電去離子膜組件由I級或多級串聯的電去離子器而成；從而實現硝酸銨廢水的脫鹽處理，將廢水變為脫鹽水，供鍋爐或生產工藝使用。
2.根據權利要求1所述的用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置，其特徵在於:所述的電去離子器的電極水由電去離子器下部進入，上部流出，構成獨立的極水管路。
3.根據權利要求1所述的用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置，其特徵在於:所述的電去離子器是由離子交換膜隔開的，呈相應交替排列的濃、淡水室組成。
4.根據權利要求1所述的用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置，其特徵在於:所述的電去離子器的濃水室內不填離子交換樹脂，靠獨立的管道與水泵和濃水罐相連，硝酸銨濃水循環流動，並得到增濃。
5.根據權利要求1所述的用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置，其特徵在於:所述的電去尚子器的淡水室內填充尚子交換樹脂。
6.根據權利要求1所述的用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置，其特徵在於所述的電去離子器內部所填充的陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂的體積比的範圍為2:1到2:6。
7.根據權利要求1所述的用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置，其特徵在於所述的電去離子器內部填充的陰、陽離子交換樹脂的均一係數不大於1.25。
8.根據權利要求1所述的用集成膜技術處理硝酸銨廢水的裝置，其特徵在於:所述的電去離子器的淡水室內，水流方向自下而上,與濃水室內水流方向相反,呈逆流布置。
【文檔編號】C02F9/06GK203461910SQ201320423250
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年7月17日 優先權日:2013年7月17日
【發明者】王方, 王明亞, 王明太 申請人:蘇州華清水處理技術有限公司