CN110330166B - 一种高效环保工业废水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效环保工业废水处理系统，涉及处理有机废水的技术领域，所述系统包括：收集罐、第一分离装置、第一电泳反应器、第二结晶凝固反应器、第三结晶凝固反应器和第四光电化学反应器，通过两级结晶凝固，可以有效去除工业废水中的氮和磷，还可以有效减少工业废水中的污染物。

Description

一种高效环保工业废水处理系统

技术领域

本发明涉及处理有机废水的技术领域。更具体地，本发明涉及一种高效环保工业废水处理系统。

背景技术

在食品加工和造纸等工业废水中，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。这些物质以悬浮或溶解状态存在于污水中，可通过微生物的生物化学作用而分解。在其分解过程中需要消耗氧气，因而被称为耗氧污染物。这种污染物可造成水中溶解氧减少，影响鱼类和其他水生生物的生长。水中溶解氧耗尽后，有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味，使水质恶化。水体中有机物成分非常复杂，耗氧有机物浓度常用单位体积水中耗氧物质生化分解过程中所消耗的氧量表示。

物化法常作为一种预处理的手段应用于有机废水处理，预处理的目的是通过回收废水中的有用成分，或对一些难生物降解物进行处理，从而达到去除有机物，提高生化性，降低生化处理负荷降，提高处理效率。一般常用的物化法有萃取法、吸附法、浓缩法、超声波降解法等。

近年来，人们进行了大量的研究评估将鸟粪石用作肥料的可能性。鸟粪石是一种难溶于水的白色晶体，其主要成分是六水合磷酸铵镁(MgNH4PO4#6H2O)。通过形成鸟粪石，可实现工业废水中氮磷的去除和回收利用。然而现有的鸟粪石生产效率较低，并且生产过程中氨和磷酸盐的损失较多。

发明内容

为解决现有技术中利用鸟粪石去除工业废水中氮磷的不足，本发明提出一种高效环保工业废水处理系统。

一种高效环保工业废水处理系统，所述系统包括：收集罐、第一分离装置、第一电泳反应器、第二结晶凝固反应器、第三结晶凝固反应器和第四光电化学反应器；

其中收集罐，储存所述工业废水；

第一分离装置，从所述工业废水中提取固体有机成分，得到含氮铵(NH4+)和磷酸盐(HPO42-)的废液；

第一电泳反应器，引入所述废液，利用电场将阳离子和阴离子分离，形成第一浓缩氨溶液、第二浓缩磷酸盐溶液和第三有机液；

第二结晶凝固反应器，其中所述第一浓缩氨溶液S1、所述第二浓缩磷酸盐溶液S2和含有镁的溶液S4以预先确定的化学计量比引入，其中所述溶液S1、S2、S4通过进入空气混合在第一中间溶液S5中，以获得晶体和颗粒的鸟粪石和第一纯化溶液S6；

第三结晶凝固反应器，其中从所述第二反应器中提取的第一纯化的溶液S6和氢氧化钠溶液S9，其中，所述溶液S6、S9通过进入空气混合在第二中间溶液S7中，以获得进一步残留的晶体和颗粒状的鸟粪石和第二纯化溶液S8；

第四光电化学反应器，其具有从所述第三反应器中提取的所述第二纯化溶液，其中通过光电法从所述第三纯化溶液中提取所有氮和获得纯化液体废水。

进一步地，所述的系统还包括用于分别接受从所述第一电泳反应器中提取的所述第一氨溶液和所述第二磷酸盐溶液的第一罐和第二罐，用于容纳提供所述第二结晶凝固反应器的含有镁的溶液的第三罐和以受控方式输送所述溶液S1、S2、S4给所述第二结晶凝固反应器中的输送装置。

进一步地，所述的系统还包括提取装置，用于从所述第二结晶凝固反应器和所述第三结晶凝固反应器中提取所述结晶和凝结的鸟粪石；第二分离装置，用于从残留液中分离所述鸟粪石；和干燥装置，用于干燥所述鸟粪石。

进一步地，所述的系统还通过所述第二分离装置分离的残留液供应给所述第二反应器。

进一步地，所述的系统还从所述第一电泳反应器中提取所述第三有机液供应给所述第四光电化学反应器。

进一步地，所述的系统中所述第二结晶凝固反应器和所述第三结晶凝固反应器包括：

空气流入装置，在所述结晶凝固反应器的反应区处设置，所述第一中间溶液S5和所述第二中间溶液S7结晶凝结所述鸟粪石；

热交换装置，在所述结晶凝固反应器的混合区设置，调节所述第一中间溶液S5和第二中间溶液S7的温度；

温度检测装置；

pH值检测装置，用于检测和控制所述第一中间溶液S5和所述第二中间溶液S7的pH值。

进一步地，在所述的系统中，所述第二结晶凝固反应器和所述第三结晶凝固反应器包括各自的外部罐，所述外部罐具有锥形底部的圆锥形状罐。

进一步地，在所述的系统中，其中所述热交换装置包括管状换热器，两端开口，呈圆柱形，所述换热器同轴放置在各自的外部罐，包括内部的所述混合区和外部与所述外部罐限定的再循环区。

进一步地，在所述的系统中，向下的液体流通过通过所述混合区和向上的液体流通过所述再循环区。

进一步地，在所述的系统中，其中所述第二结晶凝固反应器和所述第三结晶凝固反应器包括各自的收集装置，从外部储罐收集所述第一纯化溶液S6和所述第二纯化溶液S8。

进一步地，在所述的系统中，其中所述第四光电化学反应器包括阳极和阴极，通过供电装置提供直流电；和设置于所述阳极和所述阴极之间的紫外线发射装置。

本发明的优点在于：本发明的处理系统通过调整反应物溶液的pH、温度和浓度等基本变量来优化鸟粪石结晶速率，可以有效去除工业废水R中的氮和磷，并生产鸟粪石。通过一级分离和两级结晶凝固，可以有效去除工业废水中的氮和磷，还可以有效减少工业废水中的污染物。

附图说明

图1是本发明高效环保工业废水处理系统的示意图；

图2是第二和第三结晶和凝固反应器的示意图；

图3是第四光电反应器的示意图。

具体实施方式

如图1至3，本发明中的高效环保工业废水处理系统1包括收集罐2、第一分离装置3，从所述工业废水中提取固体有机成分，得到含氮铵(NH4+)和磷酸盐(HPO42-)的废液L。

第一种分离装置3用于从液体流中筛选和过滤能够尺寸大于250微米的物颗粒。

第一分离装置3通过执行的固体/液体分离步骤引起工业废水R的成分发生显著变化，特别是可以降低COD(化学需氧量)、氨百分比的增加以及磷的减少。

处理系统1包括第一电泳反应器4，用于处理第一分离装置3产生的废水L。经过电泳处理，将阳离子和阴离子分离，形成第一浓缩氨溶液S1、第二浓缩磷酸盐溶液S2和第三有机液S3；

第一电泳反应器4包括具有圆柱体的第一罐40，其两端分别有一个由铂制成阳极41和由石墨制成的阴极42个石墨制成的阴极，由连续电流产生电场，经过电泳处理，废液L中的富含氮铵(NH4+)向阴极42迁移，富含磷酸盐(HPO42-)向阳极41迁移，其中设置两个离子膜以用于分离第一浓缩氨溶液S1和第二浓缩磷酸盐溶液S2。

电泳是一种与电解非常相似的电动现象。其中，在流体中，带电粒子迁移以影响由一对电极产生的外加电场。这个如果粒子带正电荷，则会向阴极移动。如果它们带负电荷，则朝向阳极。在第一反应器4中离子NH4+向阴极41分布移动，从而产生第一浓缩氨溶液S1，而离子HPO42-向因此，阳极42产生第二浓缩磷酸盐溶液S2。

在电泳过程中，废液L产生的沼气可通过现有技术消除。

处理系统1还包括第二结晶凝固反应器5，其中所述第一浓缩氨溶液S1、所述第二浓缩磷酸盐溶液S2和含有镁的溶液S4以预先确定的化学计量比引入，其中所述溶液S1，S2，S4通过进入空气混合在第一中间溶液S5中，以获得晶体和颗粒/絮状物的鸟粪石ST和第一纯化溶液S6。

三种溶液(N∶P∶Mg)之间的化学计量比包括最小值等于1∶1∶1(按重量，单位为kg，比率为1∶2.2∶1)，最大值等于1∶1.5∶1.5，可恢复氨的百分比在95-98％之间。

第四溶液S4为含有氯化镁(MgCl2)\氢氧化镁(Mg(OH)2)、氧化镁(MgO)和卤水中的一种。

将三种溶液(NH4Cl；Na2HPO4；MgCl2·6H2O)与空气混合进行化学反应，可形成结晶和凝固的鸟粪石，沉淀结晶和凝固能够影响存在于该溶液中的氨的含量，可回收约90％的磷。

处理系统1还包括第三结晶凝固反应器6，其中从所述第二反应器5中提取的第一纯化的溶液S6和氢氧化钠溶液S9，其中，所述溶液S6、S9通过进入空气混合在第二中间溶液S7中，以获得进一步残留的晶体和凝固的鸟粪石ST和第二纯化溶液S8。

处理系统1还包括第四光电化学反应器7，其具有从所述第三反应器6中提取的所述第二纯化溶液S8，其中通过光电法从所述第三纯化溶液S8中提取所有氮和获得纯化液体废水S10。

处理系统1还包括用于分别接受从所述第一反应器4中提取的所述第一浓缩氨溶液S1的第一罐11和和所述第二浓缩磷酸盐溶液S2第二罐12，用于容纳提供所述第二反应器5的含有镁的溶液S4的第三罐13；分配和输送装置14以受控方式输送所述溶液S1、S2、S4给所述第二反应器5。其中根据操作条件确定所需的化学计量比。

处理系统1还包括提取装置8、9，用于从所述第二反应器5和所述第三反应器6中提取所述结晶凝结的鸟粪石；第二液/固分离装置15，用于从残留液LR中分离所述鸟粪石；和干燥装置16，用于干燥所述鸟粪石ST。

提取装置包括与第二反应器5关联的第一干燥器和与第二反应器6相关联的第二干燥器9，用于回收鸟粪石的晶体和凝结物。收集在反应器5、6各个区域中沉淀物52、62，并将其送至第二分离装置15。

第二种分离装置15包括250μm孔隙的筛网。从鸟粪石ST的分离中回收的液体残余物LR在再循环中返回到第二反应器5中。

第四光电化学反应器7也供应有从第一反应器4获得的第三有机液S3。

参考图2，第二反应器5和第三反应器6分别包括设置在反应区51、61的引入空气的装置17、18，反应区51、61具有合适的形状和体积，以确保适当的停留时间，以及沉淀或积聚区域52、62以收集分别从第一中间溶液S5和第二中间溶液S7开始收集沉淀的鸟粪石。

第二反应器5和第三反应器6包括各自的储存器50，60，其具有适于保证流化床在其中产生的再循环的形式，以及相应的收集装置，包括设置反应器顶部的溢流通道。特别地，反应器5、6具有相应的高度，以确保液体流动和沉淀的向上速度为0.50m/h，并因此确保反应器底部的所有晶体和凝块的实现。

各个热交换装置19、20与反应器5、6的混合区域52、62的中心相对应地设置，以分别调节第一中间溶液S5和第二中间溶液S7的温度，并促进鸟粪石的结晶和凝结过程。

第二反应器5和第三反应器6还设有检测溶液温度的装置、测量和调整溶液输入处的流速的装置，以及检测和控制第一中间溶液S5和第二中间溶液S7的pH值的装置。

第二反应器5包括圆柱形的第二外部罐50，外部罐50为圆锥形结构，从外部罐50的顶部引入第一浓缩氨溶液S1，在反应区51的径向方向上引入第二浓缩磷酸盐溶液S2和含有镁的溶液S4。流入反应器的溶液的温度控制在45-50℃，最好是50℃。

第二反应器5包括第一热交换装置19，其包括一种两端开口且具有圆柱形的第一管套式形状换热器，位于外罐50的同轴处。

在热交换装置19的管束内通入热流体，用于例如热水，用于调节第一个中间体S5的温度。可设置恒温器调节热水流量以控制精确的工艺温度。

第一个交换装置19在其内部具有混合区53，并且与外罐50配合环状的再循环区54。

在工作时，在第一交换器19内通过混合区53产生下降的液体流，并且产生部分除去的鸟粪石和在圆环或再循环区54中试剂的上升液体流，其允许晶体结晶颗粒的膨胀。

为了调节第一中间溶液S5的pH值，并保证第一引入空气的装置17提供的空气的混合，第一引入空气的装置17包括具有由压缩机30供给的微气泡扩散器。空气的引入分别由浊度计和pH计控制。pH计是位于反应区51，而浊度计安装在沉淀区52。从这两种仪器的读数中可以调节流速进行干预，以保证溶液S1，S2，S4的流量相互反应，以最大效率获得鸟粪石沉淀过程。

来自第一纯化溶液S6的上升液体流在第二反应器5的顶部通道收集，并送至第三反应器6进行结晶。

第三反应器6与第二反应器5基本相同，并且包括第三外部罐60，外部罐50为圆锥形结构，从第三外部罐60的内顶部引入第一纯化溶液S6，在反应区61引入氢氧化钠溶液S9。两种溶液S6、S9引入空气混合在以形成第二中间溶液S7。

第三反应器6包括第二热交换装置20包括在两端开口的第二管套交换器，并且具有圆柱形，位于第二外部罐60内的同轴位置。第二换热器管束内通过20热流体，特别是热水，用于调节第二个第二反应器6内的中间溶液S6。恒温器调节热水流量，精确控制工艺温度。

第二交换装置20在其内部具有混合区63，并且与外罐60配合环状的再循环区64。

同样地，在第二交换器20内通过混合区63产生下降的液体流，并且产生部分除去的鸟粪石和在圆环或再循环区64中试剂的上升液体流，其允许晶体结晶颗粒的膨胀。

为了调节第二中间溶液S7的pH值，并保证第二引入空气的装置18提供的空气的混合，第二引入空气的装置18包括具有由压缩机19供给的微气泡扩散器。空气的引入分别由浊度计和pH计控制。从这两种仪器的读数中可以调节第二纯化溶液S8和氢氧化钠溶液S9的流速和流量，以最大效率获得鸟粪石沉淀过程。特别是调整氢氧化钠溶液的pH值，使其pH值等于11和12，特别是12。

来自第二种净化溶液S8中的上升液体流在第三个反应器6顶部的相应通道中聚集，并将其送入第四光电化学反应器7。

参考图3，第四光电化学反应器7包括具有铂制成的阳极22和石墨制成的阴极的罐71，通过供电装置24供应直流电，电流强度范围为0.3A-1.9A，以及设置在阳极22和阴极23直接按的紫外线发射装置25.

紫外线发射装置25包括一个或多个紫外线灯，并排排列在第四反应器7的阳极22和阴极23的一侧。

驱动装置包括第一泵26和第二泵27，允许向第四个反应器7提供溶液S3、S8，并对后者进行再循环，以确保保留时间。阳极和阴极提供的电流强度通过适当的控制方法进行调整初始pH值。

第四反应器7内的温度控制在25和45℃，优选40℃。第四反应器7包括具有可控温度的循环水的外部间隙28。第四反应器7内溶液中氯和钠根据以下公式进行处理：

2Cl^-＝Cl₂+2e^-

Cl₂+H₂O＝HOCl+HCl

2NH₄+3HOCL＝N₂+5H⁺+3Cl^-+3H₂O

由于电荷的影响，紫外光25产生的光子作用，氨分子中相互作用的离子断裂。

在该过程中，NH4分子基本上断裂，氮和氢产生，氮处于游离状态，而氢与羟基反应形成水。这一过程由氯化物的存在，由于电化学转化变成次氯酸盐、强氧化化合物和能够提供产生水的羟基。

经过处理后，不能检测到硝酸铵(NH4-N)、亚硝酸盐(NO3-N、NO2-N)，因此可以从溶液中完全消除任何微量氮。

经第四反应器7光电解质排出后液体的获得纯化液S10，具有很轻微的污染。

初始工业废水R具有高污染，其具有含量约为13000mg/l的COD，经过第一分离装置3的分离后降低到8500mg/l的COD，经过第二和第三结晶和凝固反应后降至3500mg/l的COD。

在第二反应器5中可引入反应的试剂，例如硫酸，能够增加凝块结晶。

本发明的处理系统通过调整反应物溶液的pH、温度和浓度等基本变量来优化鸟粪石结晶速率，可以有效去除工业废水R中的氮和磷，并生产鸟粪石。通过一级分离和两级结晶凝固，可以有效去除工业废水中的氮和磷，还可以有效减少工业废水中的污染物。

Claims (1)

1.一种高效环保工业废水处理系统，其特征在于：所述系统（1）包括：收集罐（2）、第一分离装置（3）、第一电泳反应器（4）、第二结晶凝固反应器（5）、第三结晶凝固反应器（6）和第四光电化学反应器（7）；

其中收集罐（2），储存所述工业废水（R）；

第一分离装置（3），从所述工业废水（R）中提取固体有机成分（F），得到含氮铵（NH₄ ⁺）和磷酸盐（HPO₄ ^2-）的废液（L）；

第一电泳反应器（4），引入所述废液（L），利用电场将阳离子和阴离子分离，形成第一浓缩氨溶液（S1）、第二浓缩磷酸盐溶液（S2）和第三有机液（S3）；

第二结晶凝固反应器（5），其中所述第一浓缩氨溶液（S1）、所述第二浓缩磷酸盐溶液（S2）和含有镁的溶液（S4）以预先确定的化学计量比引入，其中所述第一浓缩氨溶液（S1）、所述第二浓缩磷酸盐溶液（S2）和含有镁的溶液（S4）通过进入空气混合在第一中间溶液（S5）中，以获得晶体和颗粒状的鸟粪石(ST)和第一纯化溶液（S6）；

第三结晶凝固反应器（6），其中从所述第二结晶凝固反应器（5）中提取的第一纯化溶液（S6）与第三结晶凝固反应器（6）外部引入的氢氧化钠溶液(S9)通过进入空气混合在第二中间溶液（S7）中，以获得进一步残留的晶体和颗粒状的鸟粪石(ST)和第二纯化溶液（S8）；

第四光电化学反应器（7），其具有从所述第三结晶凝固反应器（6）中提取的所述第二纯化溶液（S8），其中通过光电法从所述第二纯化溶液（S8）中提取所有氮和获得纯化液体废水（S10）；

还包括用于分别接受从所述第一电泳反应器（4）中提取的所述第一浓缩氨溶液（S1）和所述第二浓缩磷酸盐溶液（S2）的第一罐（11）和第二罐（12），用于容纳提供所述第二结晶凝固反应器（5）的含有镁的溶液（S4）的第三罐（13）和以受控方式输送所述第一浓缩氨溶液（S1）、所述第二浓缩磷酸盐溶液（S2）和含有镁的溶液（S4）给所述第二结晶凝固反应器（5）中的输送装置（14）；

还包括提取装置（8、9），用于从所述第二结晶凝固反应器（5）和所述第三结晶凝固反应器（6）中提取所述结晶和凝结的鸟粪石(ST)；

第二分离装置（15），用于从残留液(LR)中分离所述鸟粪石；

和干燥装置（16），用于干燥所述鸟粪石(ST)；

其中，通过所述第二分离装置（15）分离的残留液(LR)供应给所述第二结晶凝固反应器（5）；

其中，从所述第一电泳反应器（4）中提取所述第三有机液（S3）供应给所述第四光电化学反应器（7）；

其中，所述第二结晶凝固反应器（5）和所述第三结晶凝固反应器（6）包括：

空气流入装置（17、18），在所述结晶凝固反应器（5、6）的反应区（51、61）处设置，所述第一中间溶液（S5）和所述第二中间溶液（S7）结晶凝结所述鸟粪石(ST)；

热交换装置（19、20），在所述结晶凝固反应器（5、6）的混合区（53、63）设置，调节所述第一中间溶液（S5）和第二中间溶液（S7）的温度；

空气流入装置（17、18）包括具有由压缩机（19）供给的微气泡扩散器；

温度检测装置；

pH值检测装置，用于检测和控制所述第一中间溶液（S5）和所述第二中间溶液（S7）的pH值；

所述第二结晶凝固反应器（5）和所述第三结晶凝固反应器（6）包括各自的外部罐（50，60），所述外部罐具有锥形底部的圆锥形状罐；

其中，所述热交换装置（19、20）包括管状换热器，两端开口，呈圆柱形，所述管状换热器同轴放置在各自的外部罐（50，60），包括内部的所述混合区（53、63）和外部与所述外部罐（50、60）限定的再循环区（54、64）；

其中，向下的液体流通过所述混合区（53、63）和向上的液体流通过所述再循环区（54、64）；

其中，所述第四光电化学反应器（7）包括阳极（22）和阴极（23），通过供电装置（24）提供直流电；和设置于所述阳极（22）和所述阴极（23）之间的紫外线发射装置（25）；

第四光电化学反应器（7）内溶液中氯和钠根据以下化学式进行处理：

2Cl^-＝Cl₂+2e^-

Cl₂+H₂O＝HOCl+HCl

2NH₄+3HOCL＝N₂+5H⁺+3Cl^-+3H₂O

由于电荷的影响，紫外线发射装置（25）产生的光子作用，氨分子中相互作用的离子断裂；

第四光电化学反应器（7）也供应有从第一电泳反应器（4）获得的第三有机液（S3）。

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