高氨氮废水处理及回收氨的方法及适用于该方法的磷酸铵镁反应器

摘要

本发明涉及一种高氨氮废水处理及回收氨的方法，包括以下步骤：向高氨氮废水中加入含镁化合物以及磷酸根离子，反应生成磷酸铵镁；收集反应后体系中的沉淀，洗涤、干燥得到磷酸铵镁产品；收集反应后体系中的上清液并进行生化处理，达标后排放。本发明还涉及一种适用于上述处理方法的磷酸铵镁反应器，包括反应池以及与其连通的沉淀池，所述沉淀池设置在反应池后端；所述反应池内设置曝气装置。本方法通过投加含镁化合物以及磷酸根离子，将高氨氮废水中的氨沉淀来下，生成可用于肥料的磷酸铵镁，从而在有效净化废水的同时，实现了资源的回用，减少了资源的浪费，有利于可持续发展。

说明书

技术领域

本发明属于水处理的技术领域，尤其涉及一种高氨氮废水处理及回收氨的方法及适用于该方法的磷酸铵镁反应器。

背景技术

随着化工、印染、化肥等行业的迅速发展，由此发生的高氨氮废水成为行业发展的制约因素。我国海域发生的赤潮次数增多，氨氮是主要的污染因素之一，特别是高浓度氨氮废水造成的污染。因而，经济有效的控制高浓度氨氮也成为当前环保工作者研究的重要课题，得到了业内人士的高度重视。

氨氮废水排入水体，特别是流动较缓慢的湖泊、海湾，容易引起水中藻类及其它微生物大量繁殖,形成富营养化污染，一方面会使自来水处理厂运行困难,造成饮用水的异味外，另一方面会使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡，甚至会导致湖泊灭亡。氨氮还会使给水消毒和工业循环水杀菌处理过程中增大了用氯量，对某些金属，特别是对铜具有腐蚀性。当污水回用时，再生水中微生物可以促进输水管和用水设备中微生物的繁殖，形成生物后堵塞管道和用水设备，并影响换热效率。

氨氮废水的一般的形成是由于氨水和无机氨共同存在所造成的，一般上pH在中性以上的废水氨氮的主要来源是无机氨和氨水共同的作用；pH在酸性的条件下废水中的氨氮主要由于无机氨所导致。对此能够有效的处理氨氮的方法有许多，如物理化学法有吹脱、离子交换、混凝沉淀、反渗透、电渗析及各种高级氧化技术(AOTs)等多种方法；生物方法有硝化及水藻等水生植物养殖。但具有应用方便、处理效果稳定、经济绿色回收可用氨等优点的氨氮处理技术仍然在研究当中。

专利文献CN207046874U公开一种从氨氮废水中回收氨的资源化处理系统。该方法在精馏塔的塔顶安装机械压缩机，机械压缩机与塔釜安装的再沸器相连，通过将精馏塔塔顶的蒸汽压缩为过热蒸汽，进入再沸器冷凝释放相变热，从而为精馏塔提供热源，除初开车阶段外无需另外提供热源，实现了氨水回收和废水达标排放。但是精馏塔等对设备要求高，电力资源耗损大。

专利文献CN106277480B公开了一种高浓度氨氮废水的处理工艺。该方法通过自来水稀释高氨氮废水后泵入微电解池曝气，再经混凝反应后沉淀上清液流入折点氯化池进行氧化反应。该发明提供的氨氮废水处理工艺，因混凝药剂与次氯酸钠的使用，药剂费投入比例过高，成本太大。

专利文献CN210973967U公开了一种高氨氮废水脱氮装置。该方法通过吹脱脱氮，通过吹脱塔底端的鼓风机吹脱由塔顶分流装置空隙进入吹脱塔的废水，使废水与空气充分接触达到降低废水中氨氮浓度的目的。该方法需要大量投加碱才能实现氨氮的逸出，经济投入大。

发明内容

本发明的目的在于克服相关技术的不足之处，提供一种处理工序少，药剂和能源成本低且对装置要求不高的高氨氮废水处理及回收氨的方法及适用于该方法的磷酸铵镁反应器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高氨氮废水处理及回收氨的方法，包括以下步骤：

向高氨氮废水中加入含镁化合物以及磷酸根离子，反应生成磷酸铵镁；

收集反应后体系中的沉淀，洗涤、干燥得到磷酸铵镁产品；

收集反应后体系中的上清液并进行生化处理，达标后排放。

作为一种优选方案，所述含镁化合物为含镁共价化合物或含镁盐。

作为一种更优选方案，所述磷酸根离子由磷酸或磷酸盐引入。

作为一种更优选方案，N:Mg：P的摩尔比为1:1:1。

作为一种优选方案，先将磷酸根离子和高氨氮废水混合后再加入含镁化合物；反应过程采用曝气装置对反应体系曝气。

作为一种更优选方案，所述高氨氮废水与含镁化合物以及磷酸根离子的反应时间为1.5-2h。

作为一种优选方案，所述沉淀经过洗涤后采用低温干燥，低温干燥温度是40℃～60℃。

作为一种优选方案，所述生化处理包括活性污泥处理以及臭氧-BAF耦合处理。

作为一种更优选方案，所述废水在活性污泥段的停留时间为20-35h；废水在臭氧-BAF耦合段的停留时间为10-15h。

本发明的技术方案还包括一种适用于上述高氨氮废水处理及回收氨的方法的磷酸铵镁反应器，包括反应池以及与其连通的沉淀池，所述沉淀池设置在反应池后端；

所述反应池内设置曝气装置；所述反应池与高氨氮废水管相连通，所述高氨氮废水管上还连通有磷酸根离子管；所述反应池高氨氮废水管后端处设置含镁化合物加料斗；

所述沉淀池底部设置磷酸铵镁出口，其侧壁设置上清液出口。

本发明的有益技术效果在于：提供了一种处理工序少，药剂和能源成本低且对装置要求不高的高氨氮废水处理及回收氨的方法及适用于该方法的磷酸铵镁反应器。

(1)本方法通过投加含镁化合物以及磷酸根离子，将高氨氮废水中的氨沉淀来下，生成可用于肥料的磷酸铵镁，从而在有效净化废水的同时，实现了资源的回用，减少了资源的浪费，有利于可持续发展。

(2)本方法在常温常压下反应，反应能耗低，所用试剂成本低廉，对设备也没有苛刻地要求，有利于节省成本，提高经济效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明实施例1的处理方法的流程示意图。

图2为本发明实施例1的磷酸铵镁反应器的结构示意图。

图中：1-反应池；11-曝气装置；2-沉淀池；21-磷酸铵镁出口；22-上清液出口；3-管道；4-高氨氮废水管；5-磷酸根离子管；6-含镁化合物加料斗。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

目前，氨氮污染是环境污染的主要因素之一。其不仅会使水体产生富营养化，破坏水体的生态环境，还会导致大量资源的浪费。在氨氮处理中，常常遇到处理能源消耗大，对设备要求苛刻，药剂费投入比例过高，经济投入成本过大的问题。发明人通过研究发现：氨氮废水中的大量游离氮能和镁以及磷酸根离子结合而生成磷酸铵镁，而磷酸铵镁可以用于肥料，这样即减少了水体中的氨氮含量，又有效的回收了资源，得到一举两得的效果。之后对处理后的氨氮废水再进行活性污泥以及臭氧-BAF耦合处理，可去除废水中的COD等污染物，得到可以达标排放的水。

在本处理方法中：

首先，向高氨氮废水中加入含镁化合物以及磷酸根离子，通过镁、磷酸根离子与废水中的游离铵的结合，而反应生成可用于化肥的磷酸铵镁沉淀。不仅实现了废水中氨氮的去除，还实现了资源的回收再利用。

该步骤的反应方程式为：Mg

其次，收集反应后体系中的沉淀，此为磷酸铵镁粗产品；对其进行多次清水洗涤，之后干燥即得到磷酸铵镁缓释产品。

最后，由于通过镁和磷酸根离子沉淀的方法只能去除废水中的氨氮，而废水中还含有COD等污染物；故对反应后体系中的上清液进行生化处理，以去除废水中的COD等污染物，达标后排放。

在上述方法中，含镁化合物优选为含镁共价化合物或含镁盐，如氧化镁，氯化镁等；反应活性好，且原料来源广泛易得。磷酸根离子优选由磷酸或磷酸盐引入，尤其是磷酸，其和氧化镁配合，能够有效地与氨氮废水中的游离铵结合。N:Mg：P的摩尔比优选为1：1：1。同时，在含镁化合物以及磷酸根离子加入高氨氮废水的顺序上，优选先加入磷酸根离子，这样有利于反应更充分的进行；同时优选在含镁化合物以及磷酸根离子与游离铵混合反应时，采用曝气装置对反应体系曝气，利用气液混合动力使各组分充分反应。高氨氮废水与含镁化合物以及磷酸根离子的反应时间优选为1.5-2h。

所得到的磷酸铵镁沉淀采用少量清水反复清洗3-5次，之后对其低温干燥，干燥温度优选控制在40-60℃，因为高温条件下不利于磷酸铵镁的结晶。

生化处理优选活性污泥处理以及臭氧-BAF(生物曝气滤池)耦合处理；前者有处理效果稳定，对BOD5、COD、SS、N以及P的去除率高，抗冲击能力强，吸附能力强，对pH值和有毒物质的缓冲能力强，同时能耗较少的优点。后者中，臭氧氧化是以羟基自由基(·OH)为主要氧化剂与有机物反应，生成的有机自由基可以继续参加羟基自由基链式反应，也可以形成有机过氧化物自由基而进一步发生氧化分解反应，从而将大分子有机物氧化成小分子的中间产物，提高水中有机污染物的可生化性，为生物曝气滤池处理提供良好的基础。而生物曝气滤池处理是一种生物膜法处理。其利用滤料上所附生物膜中高浓度的活性微生物的作用以及滤料粒径较小的特点,充分发挥微生物的生物代谢、生物絮凝、生物膜和填料的物理吸附和截留以及反应器内沿水流方向食物链的分级捕食作用,实现污染物的高效清除。通过臭氧与微生物协同作用，进行强化处理，使污水有机物得到大部分降解。因此，通过活性污泥处理以及臭氧-BAF耦合处理共同作用，废水中的COD等污染物能被有效去除。

另外，一种适用于上述高氨氮废水处理及回收氨的方法的磷酸铵镁反应器，包括反应池和沉淀池，两者通过管道连通；沉淀池设置在反应池后端；

反应池内设置曝气装置；反应池与高氨氮废水管相连通，且高氨氮废水管上还连通有磷酸根离子管；另外反应池高氨氮废水管后端处设置含镁化合物加料斗，从而实现了先加入磷酸根离子后加入含镁化合物。沉淀池底部设置磷酸铵镁出口，其侧壁设置上清液出口。

通过上述装置，磷酸根离子先与高氨氮废水相混合，之后与含镁化合物混合并反应；充分混合反应后，反应物流入沉淀池沉淀，上清液则通过上清液出口流入后续生化系统。

实施例1

本实施例公开了一种高氨氮废水处理及回收氨的方法。

该废水为染料废水，COD在3000-4000mg/L，氨氮在5000-6000mg/L，pH为7.5-8.1。

参照图1，处理的具体步骤：

(1)检测废水中的氨氮含量，并按N：Mg：P的摩尔比为1：1：1称取氧化镁和磷酸；其中氧化镁为粉末状，磷酸为工业级。先将磷酸投入废水中，之后加入氧化镁粉，同时采用曝气装置对废水进行曝气，使各组分接触和反应更加充分。氧化镁粉和磷酸与废水中的游离铵相结合，反应1.5h生成磷酸铵镁沉淀。

具体反应式为：MgO+H

(2)充分反应后沉淀沉底，上清液流入之后的生化处理系统。

(3)沉淀每隔2h排放一次，得到磷酸铵镁粗产品；将磷酸铵镁粗产品用少量清水洗涤3次，40-60℃干燥，得磷酸铵镁复合肥。

(4)上清液中COD基本无去除，氨氮去除率达90-95％；将上清液进入一体化无梯度活性污泥CGR装置进行活性污泥处理；其中停留时间(HRT)为20-35h；出水COD在120-150mg/l，COD去除率达96％。

(5)CGR出水后进入臭氧-BAF耦合装置进行臭氧-BAF处理HRT＝10-15h，COD出水低于60mg/L，达到可排放标准。

参照图2，本发明还公开了一种适用于上述高氨氮废水处理及回收氨的方法的磷酸铵镁反应器，包括反应池1和沉淀池2，两者通过管道3连通；沉淀池2设置在反应池1后端。

反应池1内底部设置曝气装置11；同时，反应池1侧壁开设进口且与高氨氮废水管4相连通。高氨氮废水管4还与磷酸根离子管5连通；另外反应池1还连接有含镁化合物加料斗6，其位于高氨氮废水管4后端处，从而实现了先加入磷酸根离子后加入含镁化合物。

沉淀池2底部设置磷酸铵镁出口21，用于将磷酸铵镁粗产品排出。沉淀池2侧壁设置上清液出口22，用于将上清液排到后续生化工序中。

实施例2

本实施例公开了一种高氨氮废水处理及回收氨的方法。

该废水为染料废水，COD在5000-6000mg/L，氨氮在7000-8000mg/L，pH为7.5-8.1。

处理的具体步骤：

(1)检测废水中的氨氮含量，并按N：Mg：P的摩尔比为1：1：1称取氧化镁和磷酸；其中氧化镁为粉末状，磷酸为工业级。先将磷酸投入废水中，之后加入氧化镁粉，同时采用曝气装置对废水进行曝气，使各组分接触和反应更加充分。氧化镁粉和磷酸与废水中的游离铵相结合，反应2h生成磷酸铵镁沉淀。

(2)充分反应后沉淀沉底，上清液流入之后的生化处理系统。

(3)沉淀每隔1.5h排放一次，得到磷酸铵镁粗产品；将磷酸铵镁粗产品用少量清水洗涤5次，40-60℃干燥，得磷酸铵镁复合肥。

(4)上清液中COD基本无去除，氨氮去除率达90-95％；将上清液进入一体化无梯度活性污泥CGR装置进行活性污泥处理；其中停留时间(HRT)为20-35h；出水COD在200-250mg/L，COD去除率达96％。

(5)CGR出水后进入臭氧-BAF耦合装置进行臭氧-BAF处理HRT＝10-15h，COD出水低于60mg/L，达到可排放标准。

本发明还公开了一种适用于上述高氨氮废水处理及回收氨的方法的磷酸铵镁反应器，其和实施例1的磷酸铵镁反应器的结构相同。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。