一种用于处理高浓度氨氮废水的氨氮脱除剂及处理方法.pdf

本发明涉及一种用于处理高浓度氨氮废水的氨氮脱除剂及处理方法，属污水处理技术领域。氨氮脱除剂为在设定水量的氨氮废水中按Mg2+∶NH4+∶PO43-＝1.4～1.6∶1∶1.4～1.6加入镁盐和磷酸盐反应生成的沉淀物然后在MAP分解室分解，最后分解产物经盐酸溶解，搅拌混匀成稀泥状制备而成。使用氨氮脱除剂的处理方法其特征在于：设定水量的氨氮废水先进入pH预调节沉淀池，然后进入MAP沉淀池，加入氨氮脱除剂搅拌反应后根据上清液氨氮浓度选择是否进入MAP再次沉淀池，废水最后进入除磷池除磷；生成的MAP送至MAP分解室分解，分解产物和除磷池中产生的沉淀物送至分解产物溶解室溶解。本发明方法处理废水成本低，不造成二次污染，不受环境因素干扰，处理后出水中氨氮和余磷浓度达国家废水一级排放标准。

1.  一种用于处理高浓度氨氮废水的氨氮脱除剂，其特征在于其制备方法具有以下操作：设定水量的氨氮废水进入pH预调节沉淀池，加入氢氧化钠调节pH＝8～9，再进入MAP沉淀池中，然后按Mg²⁺∶NH₄⁺∶PO₄^3-＝1.4～1.6∶1∶1.4～1.6加入镁盐和磷酸盐，调节pH＝9，搅拌反应30min，静置沉淀1～1.5h，生成的沉淀物在MAP分解室中按OH^-∶NH₄⁺＝1～1.2∶1的摩尔比加入氢氧化钠，控制分解温度在80℃～120℃，加热分解2～3h，分解产物在分解产物溶解室按盐酸与MAP分解室中加入的氢氧化钠的摩尔比即H⁺∶OH^-为0.8～1.2加入盐酸溶解，搅拌混匀成稀泥状制成氨氮脱除剂。

2.  一种使用权利要求1所述的氨氮脱除剂处理高浓度氨氮废水的处理方法，其特征在于具有以下的处理方法和步骤：
a、设定水量的氨氮废水首先进入pH预调节沉淀池，加入氢氧化钠调节pH＝8～9，预去除废水中部分可沉淀的金属离子，然后通过泵将预处理后废水泵入MAP沉淀池，加入按设定水量配制的氨氮脱除剂的90％～100％，调节废水pH＝8.5～9.5，搅拌反应30min，然后静置沉淀1～1.5h，生成的沉淀物从由反应池底部的沉淀出口排出，经脱水后送至MAP分解室分解。
b、根据MAP沉淀池出水氨氮浓度，若浓度达到废水排放标准，则出水直接进入除磷池，通过加入镁盐去除余磷，处理后废水从废水出口排放，生成的沉淀物由反应池底部的沉淀出口排出，经脱水后送至分解产物溶解室溶解；倘若浓度尚未达到废水排放标准，则进入MAP再次沉淀池，加入剩余氨氮脱除剂，反应条件与1步骤中相同，生成的沉淀物由反应池底部的沉淀出口排出送至MAP分解室分解，经处理后废水再进入除磷池，操作与上述相同。
c、往MAP分解室中按OH^-∶NH₄⁺＝1～1.2∶1的摩尔比加入氢氧化钠，控制分解温度在80℃～120℃，加热分解2～3h，产生的氨气采用氨吸收装置回收成氨水，分解后的固体传送至分解产物溶解室。
d、按盐酸与MAP分解室中加入的氢氧化钠的摩尔比即H⁺∶OH^-为0.8～1.2加入盐酸溶解收集的分解产物和除磷池中的沉淀物，搅拌混匀30min后通过加药泵返回MAP沉淀池和MAP再次沉淀池循环利用。

3.  根据权利要求1所述的处理高浓度氨氮废水的氨氮脱除剂，其特征在于：加入的镁盐为氯化镁或硫酸镁中的一种或两种混合物，磷酸盐为磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的一种或两种及两种以上的混合物。

4.  根据权利要求2所述的使用权利要求1所述的氨氮脱除剂处理高浓度氨氮废水的处理方法和步骤，其特征在于：本发明中的除磷池中加入的镁盐为氯化镁或硫酸镁中的一种或两种混合物，按镁离子与余磷摩尔比即Mg²⁺∶PO₄^3-＝3～6∶1加入镁盐，调节pH＝9～10.5，反应30min，静置30-60min。

一种用于处理高浓度氨氮废水的氨氮脱除剂及处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理高浓度氨氮废水的氨氮脱除剂及处理方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
氨氮主要来自城市生活污水和工业废水，城市生活污水中氨氮浓度较低，通过适当的生化处理可达到废水排放标准；工业废水中氨氮浓度较高，来源广泛，不同类型的工厂排放的废水含氮情况差异较大。产生高浓度氨氮废水的工厂主要可分为两大类：一类是含氮产品生产厂，另一类是含氮产品使用厂或加工厂，如氮肥厂、复合肥厂、炼焦厂、金属冶炼厂、铁合金厂、食品厂、屠宰厂等等。
氨氮是一种能造成水体富营养化的物质，它的存在能不断消耗水中的溶解氧，使得水体发黑，降低水体观赏价值，当pH较高时，氨氮呈游离态形式存在，对水体中鱼及水生物皆有毒害作用，同时水体中氨氮浓度较高会增加水处理成本。近年来随着各类氨氮引起的污染事件大量出现，氨氮污染的严重性日益引起了人们关注，国家亦对废水的处理设置了严格的氨氮排放指标。
针对高浓度氮氮废水(≥500mg/L)的处理方法较多，如蒸发结晶法、反渗透、氨吹脱、催化湿式氧化、离子交换法、化学沉淀法等，蒸发结晶法适用于高氨氮浓度(大于10000mg/L)废水处理，对浓度相对较低的废水处理成本高昂，反渗透与氨吹脱虽能获得较好的处理效果，但难以做到一次性处理到排放标准，且处理后浓水和氨气还需再次处理，催化湿式氧化处理效果好，但其苛刻的处理条件使得目前无法真正工业应用，离子交换法因其高昂的处理和再生成本，在高浓度氨氮废水处理中未见应用报道，化学沉淀法即磷酸铵镁(MAP)沉淀法是近年来研究较多的一种氨氮废水处理方法，对各类废水的处理都能高效的去除氨氮，但由于废水处理药剂成本高，虽能回收磷酸铵镁作为化肥，但该类化肥目前并未实际大规模应用，因此难以抵消废水处理成本，且处理后废水中余磷浓度较高，氨氮虽得到了去除，但却引入了另一种营养元素磷。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种可循环利用处理氨氮废水的氨氮脱除剂。
本发明的另一个目的是为了解决目前磷酸铵镁沉淀法去除氨氮成本高，虽能获得较高的氨氮去除效果，但仍无法处理到废水排放标准，且处理后余磷浓度高的问题，提供一种能大幅降低废水处理成本，并使出水中氨氮和余磷浓度均达到排放标准的方法。
本发明中的氨氮脱除剂是采用以下技术方案予以实现的：设定水量的氨氮废水进入pH预调节沉淀池，加入氢氧化钠调节pH＝8～9后，再进入MAP沉淀池中，然后按Mg²⁺∶NH₄⁺∶PO₄^3-＝1.4～1.6∶1∶1.4～1.6加入镁盐和磷酸盐，调节pH＝9，搅拌反应30min，静置沉淀1～1.5h，生成的沉淀物在MAP分解室中按OH^-∶NH₄⁺＝1～1.2∶1的摩尔比加入氢氧化钠，控制分解温度在80℃～120℃，加热分解2～3h，分解产物在分解产物溶解室按盐酸与MAP分解室中加入的氢氧化钠的摩尔比即H⁺∶OH^-为0.8～1.2加入盐酸溶解，搅拌混匀成稀泥状制成氨氮脱除剂。加入的镁盐为氯化镁或硫酸镁中的一种或两种混合物，磷酸盐为磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的一种或两种及两种以上的混合物。
使用本发明中的氨氮脱除剂处理高浓度氨氮废水的处理方法和步骤如下：
1、设定水量的氨氮废水首先进入pH预调节沉淀池，加入氢氧化钠调节pH＝8～9，预去除废水中部分可沉淀的金属离子，然后通过泵将预处理后废水泵入MAP沉淀池，加入按设定水量配制的氨氮脱除剂的90％～100％，调节废水pH＝8.5～9.5，搅拌反应30min，然后静置沉淀1～1.5h，生成的沉淀物从由反应池底部的沉淀出口排出，经脱水后送至MAP分解室分解。
2、根据MAP沉淀池出水氨氮浓度，若浓度达到废水排放标准，则出水直接进入除磷池，通过加入镁盐去除余磷，处理后废水从废水出口排放，生成的沉淀物由反应池底部的沉淀出口排出，经脱水后送至分解产物溶解室溶解；倘若浓度尚未达到废水排放标准，则进入MAP再次沉淀池，加入剩余氨氮脱除剂，反应条件与1步骤中相同，生成的沉淀物由反应池底部的沉淀出口排出送至MAP分解室分解，经处理后废水再进入除磷池，操作与上述相同。
3、往MAP分解室中按OH^-∶NH₄⁺＝1～1.2∶1的摩尔比加入氢氧化钠，控制分解温度在80℃～120℃，加热分解2～3h，产生的氨气采用氨吸收装置回收成氨水，分解后的固体传送至分解产物溶解室。
4、按盐酸与MAP分解室中加入的氢氧化钠的摩尔比即H⁺∶OH^-为0.8～1.2加入盐酸溶解收集的分解产物和除磷池中的沉淀物，搅拌混匀30min后通过加药泵返回MAP沉淀池和MAP再次沉淀池循环利用。
本发明中的除磷池中加入的镁盐为氯化镁或硫酸镁中的一种或两种混合物，按镁离子与余磷摩尔比即Mg²⁺∶PO₄^3-＝3～6∶1加入镁盐，调节pH＝9～10.5，搅拌反应30min，静置30-60min。
本发明的原理是，通过往废水中加入镁盐和磷酸盐，使其与氨氮反应生成磷酸铵镁而达到去除氨氮目的，反应式如下：
Mg²⁺+NH₄⁺+PO₄^3-+6H₂O＝MgNH₄PO₄·6H₂O↓
生成的磷酸铵镁沉淀通过与氢氧化钠反应生成MgNaPO₄而使得氨氮去除，主要发生的反应：
MgNH₄PO₄+NaOH→MgNaPO₄+NH₃↑+H₂O
在除磷池中余磷与镁盐在较高pH条件下主要发生以下反应而使得磷得以去除：
3Mg²⁺+2PO₄^3-＝Mg₃(PO₄)₂↓
在分解产物溶解室中加入盐酸主要是溶解难溶于水的分解产物及除磷池中产生的磷酸镁，使得其在废水中能快速溶解释放出镁离子和磷酸根离子。
本发明的有益效果：
1、本发明中使用的氨氮脱除剂制备简单，处理废水快速高效，可经多次循环利用。
2、使用本发明中的氨氮脱除剂的处理方法可以处理任意浓度的氨氮废水，但建议处理浓度为500-5000mg/L的氨氮废水，经本方法处理后出水氨氮浓度小于15mg/L，余磷浓度小于1mg/L，达国家废水一级排放标准。
3、使用本发明中的氨氮脱除剂的处理方法可实现价格较高的磷酸盐基本不损失的循环利用，80％～90％的镁盐得到回收利用，并回收了氨水作为产品，变现后可抵消部分处理费用，极大的降低了废水处理成本。
4、使用本发明中的氨氮脱除剂的处理方法其工艺反应迅速，反应条件容易控制，不给环境造成二次污染，不受环境因素干扰，对各种水质条件的废水适应能力强，尤其适合于重金属和有机物含量少的高浓度氨氮废水处理。
附图说明
图1为使用本发明中的氨氮脱除剂处理高浓度氨氮废水的处理方法的简单流程图。
具体实施方式
实施例中的废水取自某稀土冶炼厂排放的碱皂废水和碳铵沉淀洗涤废水，主要水质指标分别为：
碱皂废水：pH＝6.5，[NH₄⁺]＝4050mg/L，[Al³⁺]＝36mg/L，[Mn²⁺]＝21mg/L，[Pb²⁺]＝1.2mg/L，[Zn²⁺]＝16mg/L，[Cu²⁺]＝3.6mg/L，[TOC]＝568mg/L。
碳铵沉淀洗涤废水：pH＝6.7，[NH₄⁺]＝1550mg/L，[Al³⁺]＝0.8mg/L，[Mn²⁺]＝0.6mg/L，[Pb²⁺]＝0.04mg/L，[Zn²⁺]＝1.4mg/L，[Cu²⁺]＝0.4mg/L，[TOC]＝3.4mg/L。
氨氮脱除剂实施例如下：
实施例1：在pH预调节沉淀池中加入2m³碱皂废水，加入氢氧化钠调节pH＝8后，废水进入MAP沉淀池中，然后按Mg²⁺∶NH₄⁺∶PO₄^3-＝1.6∶1∶1.6加入氯化镁和磷酸氢二钠，调节pH＝9，搅拌反应30min，静置沉淀1h，生成的沉淀物在MAP分解室中按OH^-∶NH₄⁺＝1.1∶1的摩尔比加入氢氧化钠，控制分解温度在95℃，加热分解3h，分解产物在分解产物溶解室按盐酸与MAP分解室中加入的氢氧化钠的摩尔比即H⁺∶OH^-为1∶1加入盐酸溶解，搅拌混匀成稀泥状制成氨氮脱除剂。
实施例2：在pH预调节沉淀池中加入2m³碳铵沉淀洗涤废水，加入氢氧化钠调节pH＝8.2，废水进入MAP沉淀池中，然后按Mg²⁺∶NH₄⁺∶PO₄^3-＝1.5∶1∶1.5加入氯化镁和磷酸氢二钠，调节pH＝9，搅拌反应30min，静置沉淀1h，生成的沉淀物在MAP分解室中按OH^-∶NH₄⁺＝1.2∶1的摩尔比加入氢氧化钠，控制分解温度在100℃，加热分解3h，分解产物在分解产物溶解室按盐酸与MAP分解室中加入的氢氧化钠的摩尔比即H⁺∶OH^-为0.8∶1加入盐酸溶解，搅拌混匀成稀泥状制成氨氮脱除剂。
使用本发明中的氨氮脱除剂的处理方法和步骤的实施例如下：
对上述两个应用实施实例制得的氨氮脱除剂编号，依次为1号氨氮脱除剂、2号氨氮脱除剂，对污水进行处理。
实施例3：在pH预调节沉淀池中加入2m³碱皂废水，然后再加入23kg氢氧化钠调节pH等于8.5，静置沉淀后将废水通入MAP沉淀池，加入1号氨氮脱除剂中的95％，调节pH＝9，反应30min后静置1h，取上清液测定氨氮浓度为55mg/L，废水再进入MAP再次沉淀池，加入1号氨氮脱除剂中余下的5％，反应条件与MAP沉淀池中相同，反应后废水残余氨氮浓度为8.7mg/L，废水再进入除磷池，按Mg²⁺∶PO₄^3-＝5∶1加入氯化镁，调节pH＝10，反应30min，静置30min，废水中残余磷浓度为0.7mg/L。
MAP沉淀池和MAP再次沉淀池中产生的沉淀物送至MAP分解室，按OH^-∶NH₄⁺＝1.1∶1加入氢氧化钠，在95℃下分解3h，产生的氨气经氨吸收装置制成质量浓度为15％～20％的氨水，产生的分解产物和除磷池中产生的沉淀物送至分解产物溶解室，按H⁺∶OH^-＝1∶1加入盐酸溶解，然后将溶解产物返回再循环利用5次，各反应条件和方法均与上述相同，期间未添加磷酸盐，仅在除磷池中加入少量氯化镁以去除余磷，5次循环利用后最后出水残余氨氮浓度和余磷浓度分别：第一次为9.8mg/L，0.5mg/L；第二次为8.7mg/L，0.67mg/L；第三次为11.8mg/L，0.61mg/L；第四次为10.3mg/L，0.46mg/L；第五次为9.3mg/L，0.9mg/L。
实施例4：在pH预调节沉淀池中加入2m³碳铵沉淀洗涤废水，然后再加入8.7kg氢氧化钠调节pH等于8，静置沉淀后将废水通入MAP沉淀池，加入全部的2号氨氮脱除剂，调节pH＝9，反应30min后静置1h，取上清液测定氨氮浓度为7.8mg/L，废水不经MAP再次沉淀池，而直接进入除磷池，按Mg²⁺∶PO₄^3-＝6∶1加入氯化镁，调节pH＝10.5，反应30min，静置30min，废水中残余磷浓度为0.32mg/L。
MAP沉淀池中产生的沉淀物送至MAP分解室，按OH^-∶NH₄⁺＝1.2∶1加入氢氧化钠，在100℃下分解3h，产生的氨气经氨吸收装置制成质量浓度为15％～20％的氨水，产生的分解产物和除磷池中产生的沉淀物送至分解产物溶解室，按H⁺∶OH^-＝0.8∶1加入盐酸溶解，然后将溶解产物返回再循环利用5次，其他各反应条件和方法均与上述相同，期间未添加磷酸盐，仅在除磷池中加入少量氯化镁以去除余磷，5次循环利用后最后出水残余氨氮浓度和余磷浓度分别：第一次为12.3mg/L，0.82mg/L；第二次为13.7mg/L，0.61mg/L；第三次为9.8mg/L，0.73mg/L；第四次为10.5mg/L，0.49mg/L；第五次为9.5mg/L，0.56mg/L。