一种离子交换处理含氮废水并回收硝酸铵的工艺

摘要

一种离子交换处理含氮废水并回收硝酸铵的工艺，属于环境保护和废水处理技术领域。其特征在于是采用强酸性阳离子交换器-弱碱性阴离子交换器串联来实现氮肥厂含氮废水的脱氮，该工艺用来处理高浓度氨氮和中浓度硝酸盐氮的氮肥厂含氮废水，交换处理后的强酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂分别采用硝酸和氨水进行再生，再生废液硝酸铵经蒸发浓缩后回收硝酸铵。与传统废水脱氮法相比，该工艺能同时去除废水中的氨氮和硝酸盐氮并且可回收硝酸铵，生产水可回收利用，不产生二次污染，并且将污染物回收产品，具有明显的环境效益和经济效益，是处理含有高浓度氨氮和中浓度硝酸盐氮的氮肥厂含氮废水的新途径。

说明书

技术领域

本发明一种离子交换处理含氮废水并回收硝酸铵的工艺，属于环境保护和废水处理技术领域。具体来讲，是采用强酸性阳离子交换器-弱碱性阴离子交换器串联来实现氮肥厂含氮废水的处理，用强酸性阳离子交换器和弱碱性阴离子交换器分别完成氮肥厂含氮废水中氨氮和硝酸盐氮的去除，交换处理后的强酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂分别采用硝酸和氨水进行再生，再生废液为硝酸铵溶液，经提浓后可以回收硝酸铵。

背景技术

氮肥厂废水来源于氮肥厂生产过程中的冷凝液、洗涤水和系统泄漏水等。废水成份复杂，含有高浓度的氨氮。另外，在以合成氨做原料进行尿素、硝酸铵等化肥的加工制造过程产生的冷凝液中还含有中浓度的硝酸盐氮。饮用水中的硝酸盐还原形成亚硝酸离子，它能使变性血红蛋白分子中的二价铁氧化成三价铁。形成的变性血红蛋白不可逆性地结合氧，不满三个月的婴儿体内缺乏NADH-变性血红蛋白酶系统，因此较易患变性血红蛋白血症，硝酸盐在人体中也会转变成“三致”物质亚硝胺。目前氮肥厂含氮废水脱氮的方法主要有：化学沉淀法、氨吹脱、汽提以及生物脱氮等方法。但前两者只能去除废水中的氨氮，不能去除硝酸盐氮。生物脱氮法包括生物硝化和反硝化，虽然可以去除硝酸盐氮，但不适合处理高浓度氨氮的氮肥厂废水。主要原因是：氮肥厂废水含有高浓度氨氮，抑制硝化菌的生长，在好氧条件下难于将氨氮氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。另外，氮肥厂废水中含碳有机物很少，难以提供生物反硝化过程所需碳源，从而影响生物反硝化菌的效果。因此，生物脱氮法出水氨氮和硝酸盐氮均很难达标。具体来讲：

I、化学沉淀法是指向含有高浓度氨氮的废水中投加磷酸和氧化镁形成磷酸铵镁沉淀(MAP)，该法只能除去废水中的氨氮，不能去除废水中的硝酸盐氮，并且化学沉淀法药剂费用高昂。

II、氨吹脱和汽提法是指向废水中加碱提高pH到9～11后，水中NH₄⁺变成分子态氨，将空气或蒸汽通入水中达到吹脱脱氮目的。该工艺碱的需要量大，空气吹脱时气水比为3500～4000∶1，动力消耗极大。吹脱出的氨气对大气造成二次污染，噪声极大，且不能去除废水中的硝酸盐氮。

III、生物脱氮法包括生物硝化和反硝化。生物硝化是指在好氧条件下，先通过亚硝酸盐菌，将氨氮氧化成亚硝酸盐，随后在硝酸菌的作用下将亚硝酸盐转化为硝酸盐，要达到完全硝化，1.0mg(NH₃-N)/L就需要4.6mg/L的溶解氧，废水充氧曝气电能消耗大，且该过程受温度的影响很大。氮肥厂废水含有高浓度氨氮，抑制生物硝化菌的生长，从而即使在好氧条件下也难于将氨氮氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。

反硝化是指在缺氧条件下，由反硝化菌的作用，将NO₃^-和NO₂^-还原为N₂的过程，该过程的电子供体是各种碳源，氮肥厂废水中含碳有机物很少，因此生物脱氮工艺需要补充足够的碳源，这是非常昂贵的。同时低温硝化效率很低，运行管理复杂，生物脱氮的剩余污泥产生二次污染。

发明内容

本发明一种离子交换处理含氮废水并回收硝酸铵工艺的目的在于，针对化学沉淀法、氨吹脱、汽提以及生物脱氮等工艺处理氮肥厂含氮废水的缺陷，提出有效处理氮肥厂含氮废水的一种强酸性阳离子交换器去除氨氮-弱碱性阴离子交换器去除硝酸盐氮的离子交换处理工艺。使氮肥厂废水处理后的出水氨氮和硝酸盐氮分别达到《合成氨工业水污染物排放标准》(GB 13458-2001)和地下水水质标准中III类饮用水对硝酸盐氮的要求(GB/T14848-93)。从而公开一种处理高浓度氨氮和中浓度硝酸盐氮的氮肥厂含氮废水的强酸性阳离子交换器-弱碱性阴离子交换器的两级离子交换工艺的技术方案，交换处理后的阳、阴离子交换树脂分别采用硝酸和氨水进行再生，再生废液为硝酸铵溶液，经提浓后可以回收硝酸铵。

本发明一种离子交换处理含氮废水并回收硝酸铵的工艺，其特征在于是一种采用强酸性阳离子交换器-弱碱性阴离子交换器串联来实现含氮废水的处理，用强酸性阳离子交换器和弱碱性阴离子交换器分别完成含氮废水中氨氮和硝酸盐氮的去除，交换处理后的强酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂分别采用硝酸和氨水进行再生，再生废液为硝酸铵溶液，经提浓后可以回收硝酸铵的工艺，该工艺流程由强酸性阳离子交换器2和弱碱性阴离子交换器4串联组成，采用絮凝和过滤预处理去除废水中的悬浮固体和藻类，活性炭吸附预处理去除废水中的有机物，经过预处理后的氮肥厂含氮废水1依次进入强酸性阳离子交换器2，强酸性阳离子交换器出水3进入弱碱性阴离子交换器4之后出水，具体步骤为：

I.强酸性阳离子交换器2中的强酸性阳离子交换树脂失效后用硝酸再生，再生废液为硝酸铵；水温15～30℃下运行，进水pH值为6～8；交换流速为4～20m/h，硝酸再生液浓度10～30％，再生流速4～10m/h，正、反洗流速取15～20m/h，正、反洗时间取20～30min；强酸性阳离子交换器2中的强酸性阳离子交换树脂是功能基为磺酸基-SO₃H的国产和进口强酸性阳离子交换树脂，所述的这些离子交换树脂为：D001、D61、001×7、001×4、D72、742、JK008、D631、Amberjet 1200Na、Amberlite 200C Na或Amberlite IR120 Na。

II.弱碱性阴离子交换器4中的弱碱性阴离子交换树脂失效后用氨水再生，再生废液也为硝酸铵；水温15～30℃下运行，进水pH值为6～8；交换流速为4～20m/h，氨水再生液浓度5～20％，再生流速4～10m/h，正、反洗流速取15～20m/h，正、反洗时间取20～30min；弱碱性阴离子交换器4中的弱碱性阴离子交换树脂是功能基分别为伯氨基-CH₂NH₂、仲氨基-CH₂NHCH₃或叔氨基-CH₂N(CH₃)₂的国产和进口弱碱性阴离子交换树脂，所述的这些离子交换树脂为：D370、D301_f、D301、D380、710-A、710-B、301、D306、D113、D336或Amberlite IRA96 RF。

III.经I处理的氮肥厂含氮废水出水氨氮达到《合成氨工业水污染物排放标准》(GB 13458-2001)，经II处理的出水硝酸盐氮达到地下水水质标准中III类饮用水对硝酸盐氮的要求(GB/T14848-93)，再作为氮肥厂的锅炉补充水、冷却塔补充水以及其它生产用水，实现了水的循环利用，同时再生废液经蒸发浓缩后回收的硝酸铵返回生产工艺，实现了废液的再利用。

本发明一种离子交换处理含氮废水并回收硝酸铵的工艺的优点及用途：

本发明采用强酸性阳离子交换器-弱碱性阴离子交换器串联的离子交换工艺处理氮肥厂含氮废水，比生物脱氮工艺流程简单，同时处理效率受温度的影响比生物脱氮受温度的影响小，运行管理灵活，不产生二次污染。处理出水氨氮和硝酸盐氮分别达到《合成氨工业水污染物排放标准》(GB 13458-2001)和地下水水质标准中III类饮用水对硝酸盐氮的要求(GB/T14848-93)，再作为氮肥厂的锅炉补充水、冷却塔补充水以及其它生产用水，达到水的循环利用目的，解决目前用水紧张的突出问题。用强酸性阳离子交换器去除废水中的氨氮，用弱碱性阴离子交换器去除废水中的硝酸盐氮，交换处理后的强酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂分别采用硝酸和氨水进行再生，再生废液均为硝酸铵溶液，经提浓后可以回收硝酸铵，实现了废液的再利用，变废为宝，具有明显的环境效益和经济效益。

附图说明

图1强酸性阳离子交换器-弱碱性阴离子交换器串联工艺流程

图中：1-进水

2-强酸性阳离子交换器(采用强酸性阳离子交换树脂)

3-强酸性阳离子交换器出水

4-弱碱性阴离子交换交换器(采用弱碱性阴离子交换树脂)

5-出水

6-强酸性阳离子交换器硝酸再生液

7-弱碱性阴离子交换交换器氨水再生液

8-再生废液硝酸铵

9-蒸发浓缩回收硝酸铵装置

具体实施方式：

实施方式1：

离子交换树脂采用强酸性阳离子交换树脂D001和弱碱性阴离子交换树脂D370。

强酸性阳离子交换器：水温15℃下运行，进水pH值为6；交换流速为4m/h，硝酸再生液浓度10％，再生流速为4m/h，正、反洗流速取15m/h，正、反洗时间取20min；

弱碱性阴离子交换器：水温15℃下运行，进水pH值为6；交换流速为4m/h，氨水再生液浓度5％，再生流速为4m/h，正、反洗流速取15m/h，正、反洗时间取20min。

实施方式2：

离子交换树脂 采用强酸性阳离子交换树脂D001和弱碱性阴离子交换树脂D370。

强酸性阳离子交换器：水温15℃下运行，进水pH值为7；交换流速为4m/h，硝酸再生液浓度20％，再生流速为4m/h，正、反洗流速取15m/h，正、反洗时间取20min；

弱碱性阴离子交换器：水温15℃下运行，进水pH值为7；交换流速为4m/h，氨水再生液浓度15％，再生流速为4m/h，正、反洗流速取15m/h，正、反洗时间取20min。

实施方式3：

离子交换树脂采用强酸性阳离子交换树脂D001和弱碱性阴离子交换树脂D370。

强酸性阳离子交换器：水温15℃下运行，进水pH值为8；交换流速为6m/h，硝酸再生液浓度30％，再生流速为5m/h，正、反洗流速取15m/h，正、反洗时间取20min；

弱碱性阴离子交换器：水温15℃下运行，进水pH值为8；交换流速为6m/h，氨水再生液浓度20％，再生流速为5m/h，正、反洗流速取15m/h，正、反洗时间取20min。

实施方式4：

离子交换树脂 采用强酸性阳离子交换树脂D61和弱碱性阴离子交换树脂D301_f。

强酸性阳离子交换器：水温25℃下运行，进水pH值为6；交换流速为6m/h，硝酸再生液浓度10％，再生流速为5m/h，正、反洗流速取15m/h，正、反洗时间取25min；

弱碱性阴离子交换器：水温25℃下运行，进水pH值为6；交换流速为6m/h，氨水再生液浓度5％，再生流速为5m/h，正、反洗流速取15m/h，正、反洗时间取25min。

实施方式5：

离子交换树脂采用强酸性阳离子交换树脂D61和弱碱性阴离子交换树脂D301_f。

强酸性阳离子交换器：水温25℃下运行，进水pH值为7；交换流速为8m/h，硝酸再生液浓度20％，再生流速为6m/h，正、反洗流速取15m/h，正、反洗时间取25min；

弱碱性阴离子交换器：水温25℃下运行，进水pH值为7；交换流速为8m/h，氨水再生液浓度15％，再生流速为6m/h，正、反洗流速取15m/h，正、反洗时间取25min。

实施方式6：

离子交换树脂 采用强酸性阳离子交换树脂D61和弱碱性阴离子交换树脂D301_f。

强酸性阳离子交换器：水温25℃下运行，进水pH值为8；交换流速为10m/h，硝酸再生液浓度30％，再生流速为8m/h，正、反洗流速取15m/h，正、反洗时间取25min；

弱碱性阴离子交换器：水温25℃下运行，进水pH值为8；交换流速为10m/h，氨水再生液浓度20％，再生流速为8m/h，正、反洗流速取15m/h，正、反洗时间取25min。

实施方式7：

离子交换树脂采用强酸性阳离子交换树脂001×7和弱碱性阴离子交换树脂D301。

强酸性阳离子交换器：水温30℃下运行，进水pH值为6；交换流速为12m/h，硝酸再生液浓度10％，再生流速为8m/h，正、反洗流速取18m/h，正、反洗时间取30min；

弱碱性阴离子交换器：水温30℃下运行，进水pH值为6；交换流速为12m/h，氨水再生液浓度5％，再生流速为8m/h，正、反洗流速取18m/h，正、反洗时间取30min。

实施方式8：

离子交换树脂采用强酸性阳离子交换树脂001×7和弱碱性阴离子交换树脂D301。

强酸性阳离子交换器：水温30℃下运行，进水pH值为7；交换流速为12m/h，硝酸再生液浓度20％，再生流速为9m/h，正、反洗流速取18m/h，正、反洗时间取30min；

弱碱性阴离子交换器：水温30℃下运行，进水pH值为7；交换流速为12m/h，氨水再生液浓度15％，再生流速为9m/h，正、反洗流速取18m/h，正、反洗时间取30min。

实施方式9：

离子交换树脂 采用强酸性阳离子交换树脂001×7和弱碱性阴离子交换树脂D301。

强酸性阳离子交换器：水温30℃下运行，进水pH值为8；交换流速为14m/h，硝酸再生液浓度30％，再生流速为9m/h，正、反洗流速取18m/h，正、反洗时间取30min；

弱碱性阴离子交换器：水温30℃下运行，进水pH值为8；交换流速为14m/h，氨水再生液浓度20％，再生流速为9m/h，正、反洗流速取18m/h，正、反洗时间取30min。

实施方式10：

离子交换树脂 采用强酸性阳离子交换树脂001×4和弱碱性阴离子交换树脂D380。

强酸性阳离子交换器：水温25℃下运行，进水pH值为6；交换流速为14m/h，硝酸再生液浓度10％，再生流速为10m/h，正、反洗流速取20m/h，正、反洗时间取30min；

弱碱性阴离子交换器：水温25℃下运行，进水pH值为6；交换流速为14m/h，氨水再生液浓度5％，再生流速为10m/h，正、反洗流速取20m/h，正、反洗时间取30min。

实施方式11：

离子交换树脂采用强酸性阳离子交换树脂001×4和弱碱性阴离子交换树脂D380。

强酸性阳离子交换器：水温25℃下运行，进水pH值为7；交换流速为16m/h，硝酸再生液浓度20％，再生流速为10m/h，正、反洗流速取20m/h，正、反洗时间取30min；

弱碱性阴离子交换器：水温25℃下运行，进水pH值为7；交换流速为16m/h，氨水再生液浓度15％，再生流速为10m/h，正、反洗流速取20m/h，正、反洗时间取30min。

实施方式12：

离子交换树脂采用强酸性阳离子交换树脂001×4和弱碱性阴离子交换树脂D380。

强酸性阳离子交换器：水温30℃下运行，进水pH值为8；交换流速为16m/h，硝酸再生液浓度30％，再生流速为10m/h，正、反洗流速取20m/h，正、反洗时间取30min；

弱碱性阴离子交换器：水温30℃下运行，进水pH值为8；交换流速为16m/h，氨水再生液浓度20％，再生流速为10m/h，正、反洗流速取20m/h，正、反洗时间取30min。

实施方式13：

离子交换树脂 采用强酸性阳离子交换树脂D72和弱碱性阴离子交换树脂710-A。

强酸性阳离子交换器：水温15℃下运行，进水pH值为6；交换流速为18m/h，硝酸再生液浓度20％，再生流速为10m/h，正、反洗流速取20m/h，正、反洗时间取30min；

弱碱性阴离子交换器：水温15℃下运行，进水pH值为6；交换流速为18m/h，氨水再生液浓度15％，再生流速为10m/h，正、反洗流速取20m/h，正、反洗时间取30min。

实施方式14：

离子交换树脂 采用强酸性阳离子交换树脂D72和弱碱性阴离子交换树脂710-A。

强酸性阳离子交换器：水温25℃下运行，进水pH值为7；交换流速为18m/h，硝酸再生液浓度30％，再生流速为10m/h，正、反洗流速取20m/h，正、反洗时间取30min；

弱碱性阴离子交换器：水温25℃下运行，进水pH值为7；交换流速为18m/h，氨水再生液浓度20％，再生流速为10m/h，正、反洗流速取20m/h，正、反洗时间取30min。

实施方式15：

离子交换树脂 采用强酸性阳离子交换树脂D72和弱碱性阴离子交换树脂710-A。

强酸性阳离子交换器：水温30℃下运行，进水pH值为8；交换流速为20m/h，硝酸再生液浓度30％，再生流速为10m/h，正、反洗流速取20m/h，正、反洗时间取30min；

弱碱性阴离子交换器：水温30℃下运行，进水pH值为8；交换流速为20m/h，氨水再生液浓度20％，再生流速为10m/h，正、反洗流速取20m/h，正、反洗时间取30min。

实施方式16：

离子交换树脂 采用强酸性阳离子交换树脂742和弱碱性阴离子交换树脂710-B。

强酸性阳离子交换器：水温25℃下运行，进水pH值为6；交换流速为20m/h，硝酸再生液浓度30％，再生流速为10m/h，正、反洗流速取20m/h，正、反洗时间取30min；

弱碱性阴离子交换器：水温25℃下运行，进水pH值为6；交换流速为20m/h，氨水再生液浓度20％，再生流速为10m/h，正、反洗流速取20m/h，正、反洗时间取30min。