權(quán)利要求

1.一種高鹽含氨廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括脫氣膜脫氨模塊、調(diào)質(zhì)存儲池(1)和電化學(xué)氧化模塊;

脫氣膜脫氨模塊包括高氨氮廢水收集池(2)、提升泵(3)、保安過濾器(4)、調(diào)質(zhì)水箱(5)、循環(huán)泵(6)、PVDF膜接觸器組合(7)、氣液分離器(8)、氨吸收噴淋塔(9)、氨吸收水箱(10)和輸送泵(11)，高氨氮廢水收集池(2)依次連接提升泵(3)、保安過濾器(4)和調(diào)質(zhì)水箱(5)，調(diào)質(zhì)水箱(5)、循環(huán)泵(6)和PVDF膜接觸器組合(7)依次循環(huán)連接，PVDF膜接觸器組合(7)的氣側(cè)出口依次連接氣液分離器(8)，氣液分離器(8)的氣體出口分成兩管路，一管路直接連接至燃煤電廠脫硝系統(tǒng)回用，另一管路依次連接氨吸收噴淋塔(9)、氨吸收水箱(10)和輸送泵(11)后連接至燃煤電廠鍋爐給水加氨系統(tǒng);

電化學(xué)氧化模塊包括電化學(xué)氧化反應(yīng)器(12)、出水儲罐(13)和冷卻水模塊(14)，調(diào)質(zhì)水箱(5)的低氨氮廢水出口依次連接調(diào)質(zhì)存儲池(1)、電化學(xué)氧化反應(yīng)器(12)、出水儲罐(13)和冷卻水模塊(14)。

2.一種采用如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)處理高鹽含氨廢水的節(jié)能運行工藝，其特征在于，包括如下步驟：

1)高氨氮廢水收集池(2)中的高鹽含氨廢水經(jīng)提升泵(3)輸送至保安過濾器(4)中濾除大顆粒雜質(zhì)，然后進入調(diào)質(zhì)水箱(5);

2)調(diào)質(zhì)水箱(5)的外部設(shè)置有保溫層，利用低壓蒸汽通過表面式加熱提升水溫，利用高濃液堿調(diào)節(jié)pH值，使廢水中的氨氮以NH3形式存在，調(diào)質(zhì)后的含氨廢水經(jīng)循環(huán)泵(6)進入PVDF膜接觸器(7)中，在PVDF膜接觸器(7)內(nèi)通過透膜解析過程使液側(cè)揮發(fā)NH3通過氣膜擴散進入氣側(cè)，降低氣側(cè)氨分壓使傳質(zhì)過程高效連續(xù)進行，進入氣液分離器(8)實現(xiàn)氨-水分離，分離得到的部分氨氣直接回用至燃煤電廠脫硝系統(tǒng)，另一部分氨氣通過氨吸收噴淋塔(9)形成氨水，經(jīng)過氨吸收水箱(10)和輸送泵(11)后回用至燃煤電廠鍋爐給水加氨系統(tǒng);

3)經(jīng)過PVDF膜接觸器(7)后得到的低氨氮廢水重新進入調(diào)質(zhì)水箱(5)，調(diào)節(jié)pH、氨氮濃度、氯離子濃度和導(dǎo)電率后進入電化學(xué)氧化反應(yīng)器(12)發(fā)生電催化氧化反應(yīng)，得到高余氯無氨氮出水。

3.如權(quán)利要求2所述的一種處理高鹽含氨廢水的節(jié)能運行工藝，其特征在于，步驟2)中采用質(zhì)量濃度為30%的氫氧化鈉溶液作為高濃液堿，調(diào)節(jié)pH至6.0~9.0;步驟3)中調(diào)節(jié)pH至6.0~9.0。

4.如權(quán)利要求3所述的一種處理高鹽含氨廢水的節(jié)能運行工藝，其特征在于，工藝參數(shù)的控制過程如下：

1)根據(jù)設(shè)計參數(shù)得到電化學(xué)氧化反應(yīng)器(12)能處理的最高氨氮濃度C1，設(shè)置電化學(xué)氧化反應(yīng)器(12)實際進入的溶液的氨氮濃度Cx，Cx≤C1;

2)對于每個Cx值，在保持堿耗最低的前提下，分別計算脫氣膜脫氨和電化學(xué)氧化兩段工藝的最低能耗;

3)對于電化學(xué)氧化工藝，首先計算Cx濃度氨氮完全轉(zhuǎn)化成氮氣時產(chǎn)生的氫離子總量，再以出水儲罐(13)的pH值為6.0~9.0為控制值，測算電化學(xué)氧化反應(yīng)器(12)進入溶液的pH的最低值Px，結(jié)合氯離子濃度Cl0及電化學(xué)氧化反應(yīng)器(12)的額定處理能力、額定電流、額定電壓，測算進入溶液中氨氮完全反應(yīng)或濃度≤1mg/L時所需要的最小電流，再結(jié)合電化學(xué)氧化反應(yīng)器(12)的額定流量推算得到電化學(xué)氧化工藝最小電耗E2;

4)對于脫氣膜脫氨工藝，首先計算將調(diào)質(zhì)水箱(1)中循環(huán)液pH提升到Px的堿耗A1，再測算不同循環(huán)液溫度下，低壓蒸汽的熱耗和完全反應(yīng)時的循環(huán)時長，從而推算得到循環(huán)泵(6)電耗，通過軟件計算擬合找尋該最優(yōu)工況，使熱耗成本和電耗成本最低，記錄該優(yōu)選工況下的熱耗值Q和電耗值E1;

5)結(jié)合步驟3)和步驟4)的測算結(jié)果，測算Cx值下系統(tǒng)整體的電耗Ex=E1+E2，整體堿耗Ax=A1，整體熱耗Qx=Q，根據(jù)堿耗、電耗和熱耗，測算Cx值下運行成本Rx;

6)采用軟件計算擬合不同Cx下的Rx，比選得到最低運行成本下的進水氨氮濃度，并結(jié)合步驟3)和步驟4)的優(yōu)化運行參數(shù)，進行處理。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明屬于含氨廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高鹽含氨廢水處理系統(tǒng)及節(jié)能運行工藝。

背景技術(shù)

[0002]工業(yè)廢水中有毒有害物質(zhì)種類繁多，其中含氮污染物進入水體，容易造成水體富營養(yǎng)化，引發(fā)水華、赤潮等自然災(zāi)害。經(jīng)過多年研究和治理，多數(shù)工業(yè)含氨廢水已得到較好處理，但在高鹽含氨廢水處理方向仍有不足。

[0003]脫氣膜法是一種高鹽高氨氮廢水處理技術(shù)，能夠通過調(diào)節(jié)循環(huán)液pH和溫度，將廢水中的氨氮變成氨氣分離出來，然后利用吸收液將分離出來的氨氣固定，該技術(shù)的脫氨效率隨著循環(huán)液氨濃度降低而不斷降低。電化學(xué)氧化法是一種高鹽低氨氮廢水處理技術(shù)，能夠通過電化學(xué)氧化反應(yīng)將溶于水的氨氮氧化成氮氣，從而實現(xiàn)廢水的徹底脫氨，過流模式下該技術(shù)的脫氨總量十分有限。兩種高鹽含氨廢水處理技術(shù)各有特點，工藝上有協(xié)同耦合的可能性。

[0004]關(guān)于脫氣膜法和電化學(xué)氧化法耦合的高鹽含氨廢水深度脫除技術(shù)目前少有報道，這是由于兩種工藝在進水條件、氨氮處理速率、能耗、藥耗等方面難以匹配，缺少一種能夠兼顧氨氮處理效率和運行成本的智慧控制策略。

發(fā)明內(nèi)容

[0005]針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高鹽含氨廢水處理系統(tǒng)及節(jié)能運行工藝。

[0006]具體的技術(shù)方案如下：

一種高鹽含氨廢水處理系統(tǒng)，包括脫氣膜脫氨模塊、調(diào)質(zhì)存儲池和電化學(xué)氧化模塊;

脫氣膜脫氨模塊包括高氨氮廢水收集池、提升泵、保安過濾器、調(diào)質(zhì)水箱、循環(huán)泵、PVDF膜接觸器組合、氣液分離器、氨吸收噴淋塔、氨吸收水箱和輸送泵，高氨氮廢水收集池依次連接提升泵、保安過濾器和調(diào)質(zhì)水箱，調(diào)質(zhì)水箱、循環(huán)泵和PVDF膜接觸器組合依次循環(huán)連接，PVDF膜接觸器組合的氣側(cè)出口依次連接氣液分離器，氣液分離器的氣體出口分成兩管路，一管路直接連接至燃煤電廠脫硝系統(tǒng)回用，另一管路依次連接氨吸收噴淋塔、氨吸收水箱和輸送泵后連接至燃煤電廠鍋爐給水加氨系統(tǒng);

電化學(xué)氧化模塊包括電化學(xué)氧化反應(yīng)器、出水儲罐和冷卻水模塊，調(diào)質(zhì)水箱的低氨氮廢水出口依次連接調(diào)質(zhì)存儲池、電化學(xué)氧化反應(yīng)器、出水儲罐和冷卻水模塊。

[0007]一種采用上述系統(tǒng)處理高鹽含氨廢水的節(jié)能運行工藝，包括如下步驟：

1)高氨氮廢水收集池中的高鹽含氨廢水經(jīng)提升泵輸送至保安過濾器中濾除大顆粒雜質(zhì)，然后進入調(diào)質(zhì)水箱;

2)調(diào)質(zhì)水箱的外部設(shè)置有保溫層，利用低壓蒸汽通過表面式加熱提升水溫，利用高濃液堿調(diào)節(jié)pH值，使廢水中的氨氮以NH3形式存在，調(diào)質(zhì)后的含氨廢水經(jīng)循環(huán)泵進入PVDF膜接觸器中，在PVDF膜接觸器內(nèi)通過透膜解析過程使液側(cè)揮發(fā)NH3通過氣膜擴散進入氣側(cè)，降低氣側(cè)氨分壓使傳質(zhì)過程高效連續(xù)進行，進入氣液分離器實現(xiàn)氨-水分離，分離得到的部分氨氣直接回用至燃煤電廠脫硝系統(tǒng)，另一部分氨氣通過氨吸收噴淋塔形成氨水，經(jīng)過氨吸收水箱和輸送泵后回用至燃煤電廠鍋爐給水加氨系統(tǒng);

3)經(jīng)過PVDF膜接觸器后得到的低氨氮廢水重新進入調(diào)質(zhì)水箱，調(diào)節(jié)pH、氨氮濃度、氯離子濃度和導(dǎo)電率后進入電化學(xué)氧化反應(yīng)器發(fā)生電催化氧化反應(yīng)，得到高余氯無氨氮出水。

[0008]進一步地，步驟2)中采用質(zhì)量濃度為30%的氫氧化鈉溶液作為高濃液堿，調(diào)節(jié)pH至6.0~9.0;步驟3)中調(diào)節(jié)pH至6.0~9.0。

[0009]進一步地，工藝參數(shù)的控制過程如下：

1)根據(jù)設(shè)計參數(shù)得到電化學(xué)氧化反應(yīng)器能處理的最高氨氮濃度C1，設(shè)置電化學(xué)氧化反應(yīng)器實際進入的溶液的氨氮濃度Cx，Cx≤C1;

2)對于每個Cx值，在保持堿耗最低的前提下，分別計算脫氣膜脫氨和電化學(xué)氧化兩段工藝的最低能耗;

3)對于電化學(xué)氧化工藝，首先計算Cx濃度氨氮完全轉(zhuǎn)化成氮氣時產(chǎn)生的氫離子總量，再以出水儲罐的pH值為6.0~9.0為控制值，測算電化學(xué)氧化反應(yīng)器進入溶液的pH的最低值Px，結(jié)合氯離子濃度Cl0及電化學(xué)氧化反應(yīng)器的額定處理能力、額定電流、額定電壓，測算進入溶液中氨氮完全反應(yīng)或濃度≤1mg/L時所需要的最小電流，再結(jié)合電化學(xué)氧化反應(yīng)器的額定流量推算得到電化學(xué)氧化工藝最小電耗E2;

4)對于脫氣膜脫氨工藝，首先計算將調(diào)質(zhì)水箱中循環(huán)液pH提升到Px的堿耗A1，再測算不同循環(huán)液溫度下，低壓蒸汽的熱耗和完全反應(yīng)時的循環(huán)時長，從而推算得到循環(huán)泵電耗，通過軟件計算擬合找尋該最優(yōu)工況，使熱耗成本和電耗成本最低，記錄該優(yōu)選工況下的熱耗值Q和電耗值E1;

5)結(jié)合步驟3)和步驟4)的測算結(jié)果，測算Cx值下系統(tǒng)整體的電耗Ex=E1+E2，整體堿耗Ax=A1，整體熱耗Qx=Q，根據(jù)堿耗、電耗和熱耗，測算Cx值下運行成本Rx;

6)采用軟件計算擬合不同Cx下的Rx，比選得到最低運行成本下的進水氨氮濃度，并結(jié)合步驟3)和步驟4)的優(yōu)化運行參數(shù)，進行處理。

[0010]本發(fā)明的有益效果在于：

1)應(yīng)用節(jié)能控制策略，優(yōu)化調(diào)整電化學(xué)氧化系統(tǒng)的進水水質(zhì)、電流、電壓、流量等運行參數(shù)，實現(xiàn)電化學(xué)氧化系統(tǒng)的節(jié)能運行;

2)應(yīng)用節(jié)能控制策略，優(yōu)化調(diào)整脫氣膜系統(tǒng)的進水水質(zhì)、循環(huán)時長、堿投加量、蒸汽使用量等運行參數(shù)，實現(xiàn)脫氣膜系統(tǒng)的節(jié)能運行;

3)對脫氣膜脫氨技術(shù)和電化學(xué)氧化技術(shù)運行參數(shù)進行深度耦合，能夠在最低能耗和最低運行成本下確保出水氨氮濃度小于1mg/L，適用于各應(yīng)用場所下的高鹽含氨廢水深度處理和資源化回用。

附圖說明

[0011]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖;

圖2為本發(fā)明的控制邏輯流程圖。

[0012]圖中：1、調(diào)質(zhì)存儲池;2、高氨氮廢水收集池;3、提升泵;4、保安過濾器;5、調(diào)質(zhì)水箱;6、循環(huán)泵;7、PVDF膜接觸器;8、氣液分離器;9、氨吸收噴淋塔;10、氨吸收水箱;11、輸送泵;12、電化學(xué)氧化反應(yīng)器;13、出水儲罐;14、冷卻水模塊。

具體實施方式

[0013]下面結(jié)合說明書附圖和實施例對本發(fā)明做進一步地說明，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此。

[0014]如圖1所示，一種高鹽含氨廢水處理系統(tǒng)，包括脫氣膜脫氨模塊、調(diào)質(zhì)存儲池1和電化學(xué)氧化模塊;脫氣膜脫氨模塊包括高氨氮廢水收集池2、提升泵3、保安過濾器4、調(diào)質(zhì)水箱5、循環(huán)泵6、PVDF膜接觸器組合7、氣液分離器8、氨吸收噴淋塔9、氨吸收水箱10和輸送泵11，高氨氮廢水收集池2依次連接提升泵3、保安過濾器4和調(diào)質(zhì)水箱5，調(diào)質(zhì)水箱5、循環(huán)泵6和PVDF膜接觸器組合7依次循環(huán)連接，PVDF膜接觸器組合7的氣側(cè)出口依次連接氣液分離器8，氣液分離器8的氣體出口分成兩管路，一管路直接連接至燃煤電廠脫硝系統(tǒng)回用，另一管路依次連接氨吸收噴淋塔9、氨吸收水箱10和輸送泵11后連接至燃煤電廠鍋爐給水加氨系統(tǒng);電化學(xué)氧化模塊包括電化學(xué)氧化反應(yīng)器12、出水儲罐13和冷卻水模塊14，調(diào)質(zhì)水箱5的低氨氮廢水出口依次連接調(diào)質(zhì)存儲池1、電化學(xué)氧化反應(yīng)器12、出水儲罐13和冷卻水模塊14。

[0015]一種處理高鹽含氨廢水的節(jié)能運行工藝，包括如下步驟：

1)高氨氮廢水收集池2中的高鹽含氨廢水經(jīng)提升泵3輸送至保安過濾器4中濾除大顆粒雜質(zhì)，然后進入調(diào)質(zhì)水箱5;

2)調(diào)質(zhì)水箱5的外部設(shè)置有保溫層，利用低壓蒸汽通過表面式加熱提升水溫，利用高濃液堿調(diào)節(jié)pH值，使廢水中的氨氮以NH3形式存在，調(diào)質(zhì)后的含氨廢水經(jīng)循環(huán)泵6進入PVDF膜接觸器7中，在PVDF膜接觸器7內(nèi)通過透膜解析過程使液側(cè)揮發(fā)NH3通過氣膜擴散進入氣側(cè)，降低氣側(cè)氨分壓使傳質(zhì)過程高效連續(xù)進行，進入氣液分離器8實現(xiàn)氨-水分離，分離得到的部分氨氣直接回用至燃煤電廠脫硝系統(tǒng)，另一部分氨氣通過氨吸收噴淋塔9形成氨水，經(jīng)過氨吸收水箱10和輸送泵11后回用至燃煤電廠鍋爐給水加氨系統(tǒng);

3)經(jīng)過PVDF膜接觸器7后得到的低氨氮廢水重新進入調(diào)質(zhì)水箱5，調(diào)節(jié)pH、氨氮濃度、氯離子濃度和導(dǎo)電率后進入電化學(xué)氧化反應(yīng)器12發(fā)生電催化氧化反應(yīng)，高余氯無氨氮出水。

[0016]如圖2所示，工藝參數(shù)控制過程如下：

1)根據(jù)設(shè)計參數(shù)得到電化學(xué)氧化反應(yīng)器12能處理的最高氨氮濃度C1，設(shè)置電化學(xué)氧化反應(yīng)器12實際進入的溶液的氨氮濃度Cx，Cx≤C1;

2)對于每個Cx值，在保持堿耗最低的前提下，分別計算脫氣膜脫氨和電化學(xué)氧化兩段工藝的最低能耗;

3)對于電化學(xué)氧化工藝，首先計算Cx濃度氨氮完全轉(zhuǎn)化成氮氣時產(chǎn)生的氫離子總量，再以出水儲罐13的pH值為6.0~9.0為控制值，測算電化學(xué)氧化反應(yīng)器12進入溶液的pH的最低值Px，結(jié)合氯離子濃度Cl0及電化學(xué)氧化反應(yīng)器12 的額定處理能力、額定電流、額定電壓，測算進入溶液中氨氮完全反應(yīng)或濃度≤1mg/L時所需要的最小電流，再結(jié)合電化學(xué)氧化反應(yīng)器12的額定流量推算得到電化學(xué)氧化工藝最小電耗E2;

4)對于脫氣膜脫氨工藝，首先計算將調(diào)質(zhì)水箱1中循環(huán)液pH提升到Px的堿耗A1，再測算不同循環(huán)液溫度下，低壓蒸汽的熱耗和完全反應(yīng)時的循環(huán)時長，從而推算得到循環(huán)泵6電耗，通過軟件計算擬合找尋該最優(yōu)工況，使熱耗成本和電耗成本最低，記錄該優(yōu)選工況下的熱耗值Q和電耗值E1;

5)結(jié)合步驟3)和步驟4)的測算結(jié)果，測算Cx值下系統(tǒng)整體的電耗Ex=E1+E2，整體堿耗Ax=A1，整體熱耗Qx=Q，根據(jù)堿耗、電耗和熱耗，測算Cx值下運行成本Rx;

6)采用軟件計算擬合不同Cx下的Rx，比選得到最低運行成本下的進水氨氮濃度，并結(jié)合步驟3)和步驟4)的優(yōu)化運行參數(shù)，進行處理。

[0017]實施例

[0018]某沿海燃煤電廠采用精處理高速混床工藝處理凝結(jié)水，樹脂再生過程中產(chǎn)生大量高鹽含氨廢水，氨氮濃度約800~1000mg/L，氯離子濃度約8000~10000mg/L。該廢水為經(jīng)常性廢水，常規(guī)工藝如吹脫法、生化法等處理困難。

[0019]應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)和工藝，含氨廢水處理效果顯著。

[0020]其中，電化學(xué)氧化系統(tǒng)能夠處理的最高氨氮濃度為250mg/L。某日待處理的高鹽含氨廢水水量為50t，初始氨氮濃度930mg/L，初始pH值7.8，初始溫度25℃，初始氯離子濃度10400mg/L。系統(tǒng)運行前，先采用節(jié)能運行控制策略優(yōu)選得到最佳系統(tǒng)運行參數(shù)。具體方法為：計算電化學(xué)氧化系統(tǒng)進水氨氮濃度為250mg/L時，電化學(xué)氧化系統(tǒng)進水pH值最低為10.3，此時電化學(xué)氧化反應(yīng)器的最小電流為1551A，最小電耗為270kWh，再推算得到循環(huán)水箱中的最低堿耗為105kg液堿，脫氣膜系統(tǒng)在43.5℃、循環(huán)時長5.6小時的條件下熱耗值+電耗值最低，以電價0.42元/kWh、蒸汽價格120元/噸、液堿價格900元/噸計，共計運行成本29.72元/噸廢水。再以相同的方法，計算電化學(xué)氧化系統(tǒng)進水氨氮濃度為249mg/L時運行成本29.65元/噸廢水，計算電化學(xué)氧化系統(tǒng)進水氨氮濃度為248mg/L時運行成本29.60元/噸廢水，窮舉不同進水氨氮濃度的運行成本，計算電化學(xué)氧化系統(tǒng)進水氨氮濃度為100mg/L時運行成本34.42元/噸廢水。比選得到系統(tǒng)最低運行成本最低為29.10元/噸廢水，推算得到此工況下電化學(xué)氧化系統(tǒng)進水氨氮濃度為237mg/L、進水pH值10.2，電化學(xué)氧化反應(yīng)器電壓50.0V、電流1479A、流量50t/h，電化學(xué)氧化反應(yīng)器出水pH值6.0、氨氮濃度小于1mg/L，脫氣膜系統(tǒng)循環(huán)液溫度44.6℃、循環(huán)時長5.5小時，液堿投加量94kg。以該參數(shù)運行系統(tǒng)，最終實測運行成本29.24元/噸廢水，與計算結(jié)果非常接近(誤差小于0.5%)，實現(xiàn)了脫氣膜脫氨耦合電化學(xué)氧化系統(tǒng)的節(jié)能運行。

[0021]該系統(tǒng)投運1年來，處理效益突出。一段脫氣膜工藝中，循環(huán)液以低溫、高pH模式連續(xù)運行?？刂蒲h(huán)液溫度在40~45℃范圍內(nèi)，pH值在10.0~11.0范圍內(nèi)，實時控制值由配套軟件計算擬合自動判定，脫氣膜脫氨模塊核心組件為80只PVDF膜接觸器7能夠?qū)崿F(xiàn)氨水分離，并將氨資源化回用至電廠脫硝系統(tǒng)進口，脫氣膜脫氨模塊出水氨氮濃度在200mg/L~250mg/L范圍內(nèi)，保障了二段電化學(xué)氧化深處處理的效果。在對一段出水進行調(diào)質(zhì)時，無需額外調(diào)節(jié)pH值，降溫的幅度也非常有限(約9~14℃)，節(jié)約了系統(tǒng)整體運行能耗。二段電化學(xué)氧化工藝中，處理流量約50t/h，電化學(xué)氧化反應(yīng)器12電壓50V，電流在1278~1580A范圍內(nèi)，由配套軟件計算擬合自動設(shè)定。電化學(xué)氧化反應(yīng)器12出水氨氮濃度小于1mg/L，pH在6.0~9.0范圍內(nèi)，出水含有一定濃度的余氯，作為循環(huán)水殺菌劑資源化利用。

[0022]該電廠的高鹽含氨廢水處理系統(tǒng)投運時，能夠按照智慧控制邏輯自動運行。在進水水質(zhì)波動的情況下，始終保持出水氨氮濃度和pH值合格，通過綜合考量堿耗、電耗和熱耗，以經(jīng)濟性最佳的方式運行系統(tǒng)，高鹽含氨廢水處理整體成本約25~35元/噸，相比其他工藝具有顯著的經(jīng)濟性優(yōu)勢。

說明書附圖(2)