电驱动膜分离器实现硝酸铵废水资源化

电驱动膜分离器实现硝酸铵废水零排放谭渊清 氨氮排入水体将导致水体富营养化，被氧化生成的硝酸盐和亚硝酸盐影响水生生物甚至人类的健康。因此，废水脱氮处理受到人们的广泛关注。目前，主要的脱氮方法有生物硝化反硝化、折点加氯、气提吹脱和膜分离技术等。电驱动膜分离技术是利用膜的选择透过性对高浓度氨氮进行脱除的一种方法。这种方法操作方便，氨氮回收率高，无二次污染。电渗析法处理200020000 mg/L的氨氮废水，去除率可在99以上，同时可获得浓度12的浓水。此法工艺流程简单、不消耗药剂、运行过程中消耗的电量与废水中氨氮浓度成正比。硝酸铵产品的生产过程是用50%的稀硝酸与氨进行中和反应，制成硝酸铵溶液。反应过程放出大量的热，且反应热量与硝酸浓度有关。反应过程中水分吸热汽化，最终得到70-75%的硝酸铵溶液。硝酸铵溶液经过进一步的蒸发浓缩结晶，得到硝酸铵产品。由于在汽化和结晶过程中水蒸汽夹带部分硝酸铵和游离氨，蒸汽在冷凝后，水中含有少量的硝酸铵和游离氨，如直接排放会造成很大的环境污染和硝酸铵的浪费。硝酸铵废水来源简单，基本上没有杂质污染，完全可以用当代先进的膜技术来处理。据悉，在国际上德国、日本等发达国家都已采用膜技术来处理硝酸铵厂的废水。经多年运行，用膜技术处理氨氮废水效果很好，既能保护环境，又能给带来相当的经济效益。因此，主导工艺选用膜技术。并根据其进水水质、水温、出水水质的要求决定所采用的预处理及后处理的技术方案。本治理硝酸铵废水方案由预处理部分、电驱动膜分离器浓缩脱盐部分组成。预处理部分多种膜分离工艺先将废水中含有的颗粒物等杂质去除，再通过对废水溶液的调整（加稀硝酸中和游离氨，或者采用脱气装置将水体中的游离氨吹脱出来），将水体中的氨全部转化为硝酸铵，以便用特种电驱动膜分离设备浓缩硝酸铵。1.进水要求硝酸铵废水经过滤、冷却、和中和等预处理，其水质符合电驱动膜分离器系统的进水：温度70；压力0.5MPa；pH=24； 其中硝酸含量：150300mg/L；硝铵含量12001500mg/L（设计参数）。实际运行最高10g/L。SS：5mg/L；进水总含铁量0.3mg/L；进水总含锰量0.1mg/L；不含浮油；pH：213；温度：530 ；SDI5。电驱动膜分离器工艺由多级多段的电驱动膜分离器装置先串联再并联而成，废水经多级多段电驱动膜分离器工艺处理后，分为浓水和淡水两股，浓水中的硝酸铵百分质量浓度可达10%左右，可以进入硝酸铵生产系统蒸浓，得到硝酸铵产品；淡水浓度达到氨氮10mg/L。2.工艺技术方案2.1中和及冷却由于冷凝液废水中含有游离氨和硝酸铵，游离氨在水中的含量与pH值密切相关。根据实测结果，pH值在11左右，需要加酸中和，中和剂选用稀硝酸；同时，废水经中和后，会使游离氨大多以铵盐的形式存在于废水中，便于处理，保护膜，使膜的使用寿命延长。由于本工程规模较小，水质水量变化大，设置2套中和反应罐，交替使用。在工厂收集的废水，经测定温度达到80，存在热污染，膜组件易老化，不利于后续处理工艺的正常运行，需要冷却降温，使废水的温度降低到35以下。冷却分为敞开式冷却系统（冷却塔、喷水池、冷却池等）和密闭式冷却换热系统（换热器等）。本工程选用列管式换热器，优点节约占地面积、操作管理方便、节省工程投资，缺点是需要冷却水源。2.1.1 中和搅拌罐中和搅拌罐主要用于废水中和，同时起到对原水水质的匀质作用，中和搅拌罐设置2个系列，交替运行。内置pH计1套，液位计1套，当罐内水位达到设计水位时，自动投加稀硝酸。 主要设备 1) 中和搅拌罐 2) 立式搅拌机2.1.2 换热器换热器主要用于废水降温，将冷凝液降温至35以下，换热器前配置集水罐及提升泵。 主要设备 1) 集水罐 2) 废水提升泵 3) 列管式换热器2.1.3 收集罐2.1.4 过滤器系统（1）初滤（线绕）：聚丙烯线绕滤芯（特点是滤芯内密外疏、具有良好的深层过滤效果和容污能力强、性价比高）；（2）微滤：聚丙烯溶喷滤芯（特点是滤芯孔径致密、均匀、过滤效率高，适用于化工原料有机溶剂等过滤）。2.2硝酸铵回收系统 废水经中和调节后，主要成分为硝酸铵。采用电驱动膜分离器工艺进行处理。电驱动膜分离器工艺是基于电驱动膜的膜分离工艺，和反渗透等压力驱动膜不同，无需压力设备，保证了现场操作安全。并且溶液的浓缩分离倍数高，浓溶液可以浓缩至质量浓度10%左右，稀溶液可以分离至10mg/L以下，达到回用或用于锅炉用水，实现零排放。2.2.1 电驱动膜分离器原理:电驱动膜分离器是在外加直流电场的作用下，利用离子交换膜的选择透过性，使离子从一部分水中迁移到另一部分水中的物理化学过程。倒极电驱动膜分离器就是利用多层隔室中的电驱动膜分离器过程达到使水除盐的目的。倒极电驱动膜分离器由隔板、离子交换膜、电极、夹紧装置等主要部件组成。离子交换膜对不同电荷的离子具有选择透过性。阳膜只允许通过阳离子，阻止阴离子通过；阴膜只允许通过阴离子，阻止阳离子通过。在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移。由于倒极电驱动膜分离器是由多层隔室组成，故淡室（2、4、6室）中阴阳离子迁移到相邻的浓室（1、3、5室）中去，从而使含盐水淡化。 浓淡极水水水 - 阴极 极室 阳膜 Na+淡室 cl- 阴膜 Na+浓室 cl- 阳膜 Na+淡室 cl- 阴膜 Na+浓室 cl- 阳膜 Na+淡室 cl- 阴膜 Na+浓室 cl- 阳膜 极室+阳极 原料 电驱动膜分离器原理图2.3 最终处理要求如下：1）. 浓水中硝酸铵含量10%-12%；2） 终端的淡水氨氮10mg/L，达到作为循环水补充水标准；3） 脱盐率99%以上；4） PH值 6-9；3. 总结利用电驱动膜分离器处理硝铵废水，将10%以上