一种污水的高效氮回收装置和工艺制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种污水的高效氮回收装置和工艺，该装置包括接入主流污水处理管路中的氨氮离子交换单元、与氨氮离子交换单元通过再生液循环管路连接并构成循环的再生液储备箱，所述的再生液储备箱还依次连接除镁沉淀池、除钙沉淀池、生物硝化反应器、电渗析模块和蒸发浓缩模块，所述生物硝化反应器还返回连接再生液储备箱。与现有技术相比，本发明专利技术通过对高NH

【技术实现步骤摘要】
一种污水的高效氮回收装置和工艺
本专利技术属于环境保护与污水处理
，涉及一种污水的高效氮回收装置和工艺。
技术介绍
从全球氮循环来看，将氮气转化为人类社会使用的活性氮是已超越可持续发展边界的三大全球性问题之一。全球人为活动严重地扰乱了氮循环，每年有1.2亿吨氮气转化为活性氮的形式。Haber-Bosch工艺捕获大气中的惰性氮气用于合成氨，但该工艺能耗很高，年消耗能源量占全球总量的1-2％。一部分的合成氨通过Ostwald工艺催化氧化生成硝酸及硝酸盐。这些工业合成的大多数活性氮又以含氮污染物的形式返回到环境中，造成了诸如水体黑臭、流域富营养化和全球变暖等环境污染问题。其中，生活污水含铵(NH4+)量为2000万吨/年，预计到2050年会增加到3500万吨/年。传统的硝化-反硝化工艺难以稳定高效脱氮，也难以支撑排放标准中出水总氮(TN)限值的进一步降低。以前置缺氧反硝化、好氧混合液回流为主导的生物脱氮模式造成污水处理厂脱氮效率(50-75％)低于化学需氧量(COD)与总磷(TP)的去除率(通常>90％)。由于硝化和反硝化容易受到环境条件(尤其是温度)、毒性物质、碳源不足等因素的抑制，污水处理厂的实际脱氮效果通常更低。由于硝化菌增殖缓慢，活性受到抑制后恢复周期长，由此造成的出水氨氮(NH4+-N)和TN长期超标已成为普遍现象，现有技术对此尚缺乏快速有效的应对手段。2016年，我国约50％的污水处理厂出水TN不达标，50.5万吨的TN随出水排入自然水体。然而，为了提升脱氮效率而进行提标改造，会受到系统占地、工程投资与运行成本快速增加的限制。在环境质量提升需求、城市发展用地约束、循环经济发展要求的背景下，研发稳定高效的高标准、低占地氮回收技术，既能降低受纳水体含氮污染物的排放，又能为日益增长的人口提供具有经济价值的资源，弥补合成氨和硝酸盐生产的能源消耗。目前的氮回收技术主要是氨吹脱和磷酸铵镁沉淀法，已经在高NH4+-N废水(NH4+-N浓度2-3g/L)的氮回收工艺中成功应用，但在含氮浓度相对较低的生活污水中直接应用并不具备可行性。中国专利CN107804890A公开了一种提高NH4+-N离子交换材料长期吸附性能的处理系统及方法，所述的处理系统包括氨氮离子交换单元和再生单元，氨氮离子交换单元包括依次连接的污水进水泵、进水阀门、装填有离子交换材料的氨氮离子交换柱和放空阀门组，所述的再生单元包括依次连接的再生液储备箱和再生液进水泵，所述的再生液进水泵的出口管路上连接氧化剂进药器，所述的氧化剂进药器内装有氧化剂。该专利技术在运行时采用含氧化剂再生液，再生处理成本高，同时该专利技术采用的氧化剂会氧化NH4+-N生成氮气，造成活性氮的大量损失，无法实现氮回收。中国专利CN110981077A公开了一种基于侧流短程硝化-厌氧氨氧化工艺的NH4+-N高效去除系统及方法。所述的处理系统包括氨氮离子交换单元、升温再生单元和再生液脱氮模块，所述的氨氮离子交换单元包括装填有离子交换材料的氨氮离子交换柱，所述的升温再生单元包括依次连接的再生液储备箱和再生液进水泵，所述的再生液储备箱通过再生液进水泵连接氨氮离子交换柱的再生液入口，再生液在再生液储备箱中通过污水源热泵加热，所述的再生液储备箱还连接氨氮离子交换单元并储存从氨氮离子交换柱流出的再生液，所述的再生液脱氮模块连接升温再生单元的再生液储备箱。该专利技术采用盐溶液再生，通过侧流短程硝化-厌氧氨氧化的方式实现了再生液的循环使用。该工艺主要存在两方面缺陷，一是短程硝化-厌氧氨氧化会将再生液中的NH4+-N还原为氮气，无法实现氮回收；二是再生液中盐分浓度矛盾问题。厌氧氨氧化需要再生液中含有较高的NH4+-N浓度，这需要再生液维持高盐浓度才能从离子交换柱中置换得到，但再生液的高盐浓度对亚硝化和厌氧氨氧化存在抑制作用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了提供一种污水的高效氮回收装置和工艺，可以解决由于主流污水NH4+-N浓度低、现有技术不适合城镇污水氮回收的问题，也可以解决现有技术中氨氮离子交换剂再生成本高、再生液难以重复利用的问题，还可以解决污水处理厂脱氮效率偏低，所需占地面积大，出水水质易于超标的问题。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一方面，本专利技术提出了一种污水的高效氮回收装置，包括接入主流污水处理管路中的氨氮离子交换单元、与氨氮离子交换单元通过再生液循环管路连接并构成循环的再生液储备箱，所述的再生液储备箱还依次连接除镁沉淀池、除钙沉淀池、生物硝化反应器、电渗析模块和蒸发浓缩模块，所述生物硝化反应器还返回连接再生液储备箱。进一步的，所述生物硝化反应器的后还依次连接电渗析模块和蒸发浓缩模块，且电渗析模块和蒸发浓缩模块还分别返回连接所述再生液储备箱。更进一步的，电渗析模块包括依次连接的电渗析进水阀门、电渗析反应器、电渗析淡水回流阀门和电渗析淡水回流泵；蒸发结晶模块则包括依次连接的蒸发结晶进水阀门、蒸发结晶装置、蒸发结晶淡水回流阀门和蒸发结晶淡水回流泵。电渗析淡水回流泵和蒸发结晶淡水回流泵均通过管道返回连接氨氮离子交换单元。更进一步地，电渗析反应器的淡室水力停留时间(HRT)可为0.1-24h；浓水HRT可为0.1-24h。更进一步地，电渗析反应器的极室电解质为硫酸钠、硫酸钾、氯化钠、氯化钾中的一种或多种。更进一步地，电渗析反应器中的离子交换膜可为均相膜、异相膜、双极膜、电泳电解膜中的一种或多种。更进一步地，电渗析反应器的淡室和浓室的流速比可为1:1-50:1。更进一步地，蒸发结晶装置可采用机械蒸汽再压缩蒸发器、多效蒸发器、废水蒸发器、强制循环蒸发器、连续结晶蒸发器、降膜(升膜)蒸发器、旋转刮板式薄膜蒸发器中的一种或多种组合。进一步的，再生液储备箱还连接污水源热泵，并利用其进行加热，加热温度优选为15-50℃。进一步的，所述生物硝化反应器还连接曝气泵。进一步地，生物硝化反应器可为膜-生物反应器(MBR)、移动床生物膜反应器、好氧池+沉淀池+膜处理反应器中的一种或几种的组合工艺。进一步的，所述除镁沉淀池和除钙沉淀池还分别连接除镁加药器和除钙加药器。另一方面，本专利技术还提出了一种污水的高效氮回收工艺，采用如上述的高效氮回收装置实施，该高效氮回收工艺包括以下步骤：(1)待处理污水泵入氨氮离子交换单元中，以除去污水中的氨氮；(2)运行结束后，对氨氮离子交换单元进行再生，从再生液储备箱中输出再生液并泵入氨氮离子交换单元中，进行再生处理，处理后的再生液再返回再生液储备箱，如此，实现循环再生；(3)再生结束后，再生液储备箱中的再生液再依次进入除镁沉淀池、除钙沉淀池中进行硬度离子回收，接着进入生物硝化反应器进行硝化处理；(4)硝化处理后的再生液被分为两股，其中，一股直接返回再生液储备箱，另一股则依次进入电渗析模块和蒸发浓缩模块中进行浓缩、蒸发结晶，所得结晶固体则作为氮回收产物输出。进一步的，氨氮离子交换单元中所用的氨氮离子交换剂选自天然沸石、改性沸石、分子筛、粉煤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种污水的高效氮回收装置，其特征在于，包括接入主流污水处理管路中的氨氮离子交换单元、与氨氮离子交换单元通过再生液循环管路连接并构成循环的再生液储备箱，所述的再生液储备箱还依次连接除镁沉淀池、除钙沉淀池、生物硝化反应器、电渗析模块和蒸发浓缩模块，所述生物硝化反应器还返回连接再生液储备箱。/n

【技术特征摘要】
1.一种污水的高效氮回收装置，其特征在于，包括接入主流污水处理管路中的氨氮离子交换单元、与氨氮离子交换单元通过再生液循环管路连接并构成循环的再生液储备箱，所述的再生液储备箱还依次连接除镁沉淀池、除钙沉淀池、生物硝化反应器、电渗析模块和蒸发浓缩模块，所述生物硝化反应器还返回连接再生液储备箱。


2.根据权利要求1所述的一种污水的高效氮回收装置，其特征在于，所述生物硝化反应器的后还依次连接电渗析模块和蒸发浓缩模块，且电渗析模块和蒸发浓缩模块还分别返回连接所述再生液储备箱。


3.根据权利要求1所述的一种污水的高效氮回收装置，其特征在于，所述生物硝化反应器还连接曝气泵。


4.根据权利要求1所述的一种污水的高效氮回收装置，其特征在于，所述除镁沉淀池和除钙沉淀池还分别连接除镁加药器和除钙加药器。


5.一种污水的高效氮回收工艺，采用如权利要求1-4任一所述的高效氮回收装置实施，其特征在于，该高效氮回收工艺包括以下步骤：
(1)待处理污水泵入氨氮离子交换单元中，以除去污水中的氨氮；
(2)运行结束后，对氨氮离子交换单元进行再生，从再生液储备箱中输出再生液并泵入氨氮离子交换单元中，进行再生处理，处理后的再生液再返回再生液储备箱，如此，实现循环再生；
(3)再生结束后，再生液储备箱中的再生液再依次进入除镁沉淀池、除钙沉淀池中进行硬度离子回收，接着进入生物硝化反应器进行硝化处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：周振，王凯冲，袁瑶，余司颀，覃阳洁，安莹，肖凯琦，左艺，张茂楠，赵晓丹，夏庆，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31