CN204417290U - 一种高盐度高氨氮稀土生产废水处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种高盐度高氨氮稀土生产废水处理装置，进水泵连接人工细格栅，人工细格栅连接地下调节池，地下调节池连接提升泵，提升泵的出口管道连接多介质过滤器的顶端，多介质过滤器的下部连接第一进水泵，第一进水泵的出口管道连接电渗析装置，电渗析装置的上部连接淡化液出水管路，电渗析装置的下部连接浓缩液出水管路，淡化液出水管路连接储水池，浓缩液出水管路连接三效浓缩器进水泵，三效浓缩器进水泵的出口管道连接三效浓缩结晶器。本实用新型工艺完善，运行操作简单，控制灵活，运行成本低，污水处理效果好，效率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高盐度高氨氮稀土生产废水处理装置，属于污水处理技术领域。
背景技术
我国是稀土开采与加工大国，经过半个世纪的开发，我国稀土产业取得了巨大成就，其稀土矿物产量近年来一直居于世界第一，为我国带来巨大的资源效益，但同时也引发了相应的环境问题。2011年10月1日起，我国环保部开始实施《稀土工业污染物排放标准(GB 26451—2011)》，对稀土产业的排放废水水质有了更加严苛的要求。稀土废水中含有极高浓度的氨氮，同时具有较高的盐度和重金属元素浓度，当前各企业的处理工艺很难达到最新的行业废水排放要求，大大制约了稀土行业的发展。
(1)稀土生产废水水质特点
以包头混合型稀土矿生产流程为例：采用浓硫酸强化焙烧的方法分解稀土精矿，再经水浸、碳铵沉淀或P204萃取转型得到混合氯化稀土溶液，然后采用皂化P507萃取分离单一稀土元素，最后沉淀煅烧制备稀土氧化物。包头混合型稀土矿生产过程中产生的废水量与污染物含量列于表1。包头市年冶炼包头稀土精矿15万t以上，排放稀土生产废水800-1000万t，废水中主要污染物的年排放量为:氟化物1780t、氨氮7万t、硫酸根5.3万t、氯离子9.5万t。
表1 混合型稀土生产过程废水量及污染物含量
归纳起来，稀土生产冶炼过程中主要排放四种废水，一是稀土精矿焙烧尾气喷淋净化产生的含氟酸性废水；二是碳酸稀土生产过程产生的铵盐(硫酸铵)废水；三是稀土分离产生的铵盐(氯化铵)废水。很多企业由于各种各样的原因，都未处理，直接排放，造成严重的环境污染问题。目前，我国规定的废水排放标准为氨氮15mg/L，F为10mg/L。因此稀土冶炼废水大大超出了国家排放标准，必须进行综合治理。
(2)稀土生产废水处理技术
氨氮废水是稀土分离厂产生的最大最严重的污染源，处理氨氮废水的方法主要有蒸发浓缩法，折点氯化法，膜法，氨吹脱法，磷酸铵镁法等。
蒸发浓缩法适用于铵浓度达130g/L以上的高浓度氯化铵废水，且消耗大量的能源，生产出来的氯化铵产品也存在市场销售困难的问题，因此此法仅适用于煤炭资源丰富且氯化铵销路较好的地区。硫铵废水是稀土冶炼除杂过程产生的，钙、镁等杂质离子含量较高，通过蒸发结晶后得到的硫铵产品其含氮量允许最高为18％，致使产品不合格，提取出后销售困难。因此硫酸铵废水难以通过浓缩蒸发法来处理。
折点氯化法适用于低浓度氨氮废水，且处理效果稳定，不受水温影响，投资较少，但是加氯量大，费用高，处理氨氮浓度为100mg/L的废水，其处理费用为每千克氨氮37.6元，处理率达96％以上，工艺过程中每氧化1mol的氨氮会产酸4mol，也就是说需要1mg/L的碱度(以CaCO3计)来中和产生的酸，从而增加了总溶解固体的含量，副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。
氨吹脱法通过调节pH值，使氨氮转化为分子态氨，然后大量曝气，促使NH3向空气中转移，达到去除水体中氨氮含量的目的。氨吹脱法运行过程中最大的费用是调整pH值到11所消耗的碱，采用石灰成本低，但沉渣多难清理；采用纯碱或固碱价格高。采用氨吹脱法，氨氮去除率为60％-95％。
磷酸铵镁法(MAP)是将氨离子以复盐沉淀的方法从水溶液中去除，是一种有效回收氮、磷、镁的方法，磷酸铵镁以水合物形式存在，是一种难溶于水的化合物，其溶度积Ksp在25℃时仅为2.5×10－13，因此，磷酸铵镁法氮磷镁去除效率高，得到的磷酸铵镁又是一种高效缓释肥，具有较好的经济价值。有研发人员采用稀土分离企业中产出的氨氮废水与含镁废水混合后，添加Na3PO4·12H2O作为沉淀剂，调节溶液pH＝9.0，可使氨氮去除率达到98.6％，这样既解决了含镁的废水带来的盐度问题，又解决了氨氮污染问题，但是磷酸铵镁法所用沉淀剂磷酸盐成本较高，目前工业上还没有应用。
综上所述，蒸氨浓缩法成本较高，低浓度废水需先进行浓缩，产品销售困难；折点氯化法处理低浓度氨氮废水效果好，但要防止二次污染产生；氨吹脱法效率不高，氨的回收困难，因此这几种方法仍处在研究阶段。MAP法处理量大，运行成本低，沉淀可作为肥料回收，具有较大的实用前景，但由于磷酸盐成本较高，所以目前企业尚难以接受。尽管氨氮可以采用不同方法进行处理，但靠一种方法很难达到排放标准，而且造成大量的人力、物力及能源消耗，处理成本高。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本实用新型提供一种高盐度高氨氮稀土生产废水处理装置。
一种高盐度高氨氮稀土生产废水处理装置,进水泵连接人工细格栅，人工细格栅连接地下调节池，地下调节池连接提升泵，提升泵的出口管道连接多介质过滤器的顶端，多介质过滤器的下部连接第一进水泵，第一进水泵的出口管道连接电渗析装置，电渗析装置的上部连接淡化液出水管路，电渗析装置的下部连接浓缩液出水管路，淡化液出水管路连接储水池，浓缩液出水管路连接三效浓缩器进水泵，三效浓缩器进水泵的出口管道连接三效浓缩结晶器，三效浓缩结晶器的出口管道连接储水池，储水池连接第二进水泵，第二进水泵的出口管道连接一体式厌氧氨氧化反应器，一体式厌氧氨氧化反应器顶部设有出气口和气体回流管路，一体式厌氧氨氧化反应器的内腔设有反应区、顶部区，反应区底部设有与空气压缩机连通的微孔曝气头；在反应区和顶部区之间设有溢流堰，溢流堰外部与出水管路相通。
一种高盐度高氨氮稀土生产废水的处理工艺方法，含有以下步骤；稀土生产废水经格栅、调节池、多介质过滤器等预处理单元后进入电渗析装置，经电渗析处理后，分为浓缩液和淡化液；浓缩液进入三效浓缩结晶器，进行固液分离；淡化液和三效浓缩结晶器出水进入一体化厌氧氨氧化反应器，进行生化脱氮反应。
本实用新型的优点是厌氧氨氧化技术主要利用厌氧氨氧化菌作为工艺主体，该菌种具有独特的代谢途径，厌氧的条件下可利用亚硝酸盐作为电子供体直接将氨氮氧化成氮气，并且这一过程不需要有机碳源。将厌氧氨氧化引入稀土废水处理工艺比起普通的物化法处理具有明显优势：厌氧氨氧化菌是化能自养菌，以无机碳作为碳源，稀土生产废水较低的C/N非常适合厌氧氨氧化菌的生长；硝化过程只需将50％的氨氮氧化至亚硝酸盐氮，工艺的需氧量和供氧能耗大幅下降；厌氧氨氧化的脱氮效率和去除负荷较高，但是产生污泥产量少。因此，通过电渗析和三效浓缩结晶器的预处理后，盐度降低到厌氧氨氧化菌适宜生长的范围，再利用一体式厌氧氨氧化工艺进行脱氮，可产生显著的经济效益、环境效益和综合效益。该工艺符合可持续发展规律的工艺，应用市场广阔。
本实用新型电渗析工艺将经过预处理后的稀土废水分为浓水和淡化液；浓水进入三效浓缩结晶器进行蒸发结晶，回收物料的同时大大降低废水中的盐度；厌氧氨氧化SBR中同时富集氨氧化菌和厌氧氨氧化菌，通过两种菌的协同作用实现经济高效地脱氮。该工艺适于稀土生产废水的处理，可以有效去除废水中的盐度和氨氮；对其他高盐度、高氨氮的废水也有良好的处理效果。
本实用新型有效结合多种污水处理工艺，通过格栅、调节和多介质过滤器高效去除废水中的悬浮物，降低对后续工艺的影响；电渗析工艺和三效浓缩结晶工业的组合应用，回收物料的同时大大降低废水中的盐度；最后利用低能耗、高效率厌氧氨氧化工艺深度脱氮；经过此工艺处理后的污水水质可以达到《稀土工业污染物排放标准(GB 26451—2011)》的要求。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本实用新型以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定，如图其中：
图1为本实用新型装置的结构示意图。
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
具体实施方式
显然，本领域技术人员基于本实用新型的宗旨所做的许多修改和变化属于本实用新型的保护范围。
实施例1：如图1所示，
一种高盐度高氨氮稀土生产废水处理装置,进水泵1连接人工细格栅2，人工细格栅2连接地下调节池3，地下调节池3连接提升泵4，提升泵4的出口管道连接多介质过滤器5的顶端，多介质过滤器5的下部连接第一进水泵6，第一进水泵6的出口管道连接电渗析装置7，电渗析装置7的上部连接淡化液出水管路8，电渗析装置7的下部连接浓缩液出水管路9，淡化液出水管路8连接储水池12，浓缩液出水管路9连接三效浓缩器进水泵10，三效浓缩器进水泵10的出口管道连接三效浓缩结晶器11，三效浓缩结晶器11的出口管道连接储水池12，储水池12连接第二进水泵13，第二进水泵13的出口管道连接一体式厌氧氨氧化反应器14，一体式厌氧氨氧化反应器14顶部设有出气口和气体回流管路18，一体式厌氧氨氧化反应器14的内腔设有反应区16、顶部区17，反应区16底部设有与空气压缩机20连通的微孔曝气头15；在反应区16和顶部区17之间设有溢流堰，溢流堰外部与出水管路19相通。
稀土生产废水等高盐度、高氨氮废水时需要解决的问题包括：如何达到氨氮的高去除率以达到排水标准；高盐度对生化系统中功能微生物的抑制。本实用新型解决了上述技术难题，提出了一种将电渗析、三效浓缩结晶器与厌氧氨氧化连用的工艺。该工艺首先经过格栅、调节池和多介质过滤器等预处理工艺，大大降低废水中的悬浮物浓度，减小对后续工艺的影响；然后废水通过电渗析工艺将废水分化为淡化液和浓缩液，淡化液的盐度完全达到生化系统的要求；浓缩液进入三效浓缩器后进行蒸发结晶，降低盐度的同时进行物料回收；厌氧氨氧化反应器应用填料载体技术有效的持留并富集厌氧氨氧化菌，通过合理的反应器结构和曝气方式使污泥在反应器内部循环流动，为氨氧化菌和厌氧氨氧化提供最佳的生长环境，通过合理的水力停留时间及SBR运行周期在两个阶段中高效地去除氨氮，实现脱氮效率的提高和运行的稳定。
本实用新型的目的是提供一种高效率、低成本的，可有效去除稀土生产废水中的盐度和氨氮，使其达标排放的工艺和方法。为实现上述发明目的，本实用新型提供的技术方案包括以下步骤:
A、稀土生产工艺中产生的皂化、萃取、碳沉混合废水，先通过进水泵1进入人工细格栅2，主要去除生产过程中遗弃的包装、大的杂物；
B、细格栅初始进入地下调节池3，对水质进行均化调节，调节pH为7.0-9.0；
C、调节池出水经过提升泵4进入多介质过滤器5，通过无烟煤滤料、石英砂滤料等多层过滤进一步去除水中的悬浮物；
D、多介质过滤器的出水管道通过进水泵6与电渗析装置7连通，电渗析主体装置设有阴极室、阳极室、淡化室、浓缩室；
E、电渗析出水分别经过淡化液出水管路8进入一体式厌氧氨氧化反应器，以及浓缩液出水管路9和三效浓缩器进水泵10进入三效浓缩结晶器11；
F、三效浓缩器进水分别通过一级分离器和蒸发器、二级分离器和蒸发器、三级分离器和蒸发器进行晶体析出，剩余的浓缩液与电渗析出水的淡化液混合后进入储水池12，通过厌氧氨氧化反应器的进水泵13与一体式厌氧氨氧化反应器14连接；
G、一体式厌氧氨氧化反应器设有反应区16、顶部区17，反应区底部设有与空气压缩机连通的微孔曝气头15；在反应区和顶部区之间设有溢流堰，溢流堰外部与出水管路19相通，出水通往后去高级处理部分；在反应区顶部设有出气口和气体回流管路18，通过空压机20进行曝气；反应器的底部设有污泥排放管路。
所述的步骤E中，进入电渗析处理工艺，来水TDS30000mg/L，氨氮5000mg/L，经过电渗析处理后，浓水TDS控制在150000mg/L左右(即浓缩5倍，浓水水量15％-20％左右)，淡水水量80％-85％，控制TDS在5000mg/L以下、氨氮500-1000mg/L左右进入厌氧氨氧化系统；
所述的步骤F中，电渗析淡水和三效浓缩蒸馏液经热交换后(可提供厌氧氨氧化水温要求)混合进入厌氧氨氧化系统进行处理，并起到一定的稀释作用，经过厌氧氨氧化处理后氨氮、COD达标后排放；
所述的步骤G中，一体式厌氧氨氧化的启动步骤如下：
步骤1、接种污泥：取污水处理厂新鲜剩余污泥，稳定运行的一体式厌氧氨氧化反应器的内的挂膜情况较好的填料污泥；将厌氧氨氧化填料污泥放入一体式厌氧氨氧化反应器内，填充率约为30％，随后将絮体状态的污水处理厂剩余污泥加入到反应器，初始的絮体污泥浓度保持在1g/L；
步骤2、启动阶段：开启水泵从储水箱中间歇式进水，进水总氮浓度400-500mg/L，其中氨氮浓度350-450mg/L，如果是配水启动，可以通过控制加药量，如果是实际废水，可以根据浓度进行稀释达到上述要求；检查系统的气密性，开启曝气系统；调整曝气管路的阀门，控制反应区的溶解氧在1.0mg/L以下，同时保证填料污泥在反应区充分悬浮，不出现短流和死区；若仅通过曝气进行混合溶解氧无法稳定维持在1.0mg/L以下，则增设搅拌器进行混合，以达到要求；启动阶段控制水力停留时间为48h，以12h为一周期，每周期内曝气10.5h，沉淀1.5h，使出水中的硝态氮浓度和亚硝态氮浓度维持在15mg/L以下，若硝态氮和亚硝态氮浓度过高，则升高反应器温度并降低溶解氧，以达到要求；当出水中的亚硝态氮浓度低于5mg/L时，减少一个周期来降低水力停留时间，并调整曝气系统和搅拌器以保证充氧和混合效果；每天固定一个时间从反应区排出混合污泥，排出的混合污泥体积占反应区体积的1/10-1/15；在上述条件下运行，当反应器的氨氮去除负荷，即单位体积反应器在单位时间可以去除的污染物的量，达到0.3kg N/(m3·d)，同时总氮去除率超过75％时，则确定启动结束，进入平稳运行期；达不到时就继续上述的运行过程，直到进入平稳运行期；
步骤3、连续运行：为保证系统的脱氮效果以及运行的稳定性，连续监测反应区的溶解氧浓度，并及时调节曝气系统，避免出现过曝气或充氧不足的现象；通过增加或减少混合污泥排放的总量，以维持合理的污泥龄；在连续运行过程中，要控制进水量，避免进水水质和水量大范围的波动，保证反应条件：温度，pH值的基本恒定，以保证系统处理效果的稳定性。
实施例2：如图1所示，本实用新型的一种高盐度高氨氮稀土生产废水处理装置，由电渗析装置、三效浓缩结晶器、储水箱和一体化厌氧氨氧化反应器组成。储水箱体积均为20m3，一体式厌氧氨氧化反应器的体积为100m3。采用空气压缩机进行曝气。
实例使用的进水为稀土生产废水处理工艺中的碳沉出水，取自内蒙古的生产车间。其水质为：pH7.11，氨氮4103mg/L，COD 1260mg/L，碱度298mg/L(以碳酸钙计)，TDS为32500mg/L。
利用上述装置的操作方法步骤如下：
步骤1、接种污泥：接种污泥取某城镇污水厂处理污泥消化液的一体化厌氧氨氧化反应器，取稳定运行、挂膜情况较好的填料污泥，投入反应器后填充率为30％。该污泥活性良好，脱氮率80％左右，脱氮负荷0.3-0.4kg N/(m3·d)。
步骤2、启动阶段：开启水泵从储水箱中间歇式进水，进水为稀释后的碳沉出水，每次换水体积为反应器总体积的1/4。每次进水后总氮浓度300-400mg/L，其中氨氮浓度250-350mg/L,投加碳酸氢钠使反应器pH提升至7.8-8.0；检查系统的气密性，开启曝气系统；调整曝气管路的阀门，控制反应区的溶解氧在1.0mg/L以下，同时保证填料污泥在反应区充分悬浮，不出现短流和死区；启动阶段控制水力停留时间为48h，以12h为一周期，每周期内曝气10.5h，沉淀1.5h，培养一周时间后，出水中的亚硝态氮浓度降低到5mg/L以下，氨氮浓度降低到10mg/L以下，逐步减少水力停留时间增加负荷，并调整曝气系统和搅拌器以保证充氧和混合效果；每个周期换水时固定从排泥口排出总泥量的1/15-1/10；在上述条件下运行，当反应器的氨氮去除负荷，达到0.3kg N/(m3·d)，同时总氮去除率超过75％时，则确定一体式厌氧氨氧化反应器进入平稳运行期。
步骤3、连续运行：为保证系统的脱氮效果以及运行的稳定性，连续监测两反应器内反应区的溶解氧浓度，保证一体式厌氧氨氧化反应器内溶解氧低于1.0mg/L。同时定期监测出水中的COD、氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐的浓度，据此判断系统内氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌和厌氧氨氧化菌之间的相互关系，适当调整混合污泥排放的总量，维持合理的污泥龄。在连续运行过程中应避免进水水质和水量大范围的波动，保证反应条件如温度，pH值的基本恒定，防止系统处理效果的下降和污泥的流失。
连续的试验结果表明：一体式厌氧氨氧化反应器的温度通过温控系统保持在30℃，水力停留时间24h，稳定运行1个月的试验结果表明：最终总氮去除率稳定在80％以上，出水氨氮、亚硝氮浓度低于10mg/L，总氮浓度低于50mg/L，COD浓度低于100mg/L，脱氮负荷达0.47kgN/(m3·d)，具有良好的脱氮效果，出水水质达到《稀土工业污染物排放标准(GB 26451-2011)》的要求。
如上所述，对本实用新型的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本实用新型的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种高盐度高氨氮稀土生产废水处理装置,其特征在于，进水泵连接人工细格栅，人工细格栅连接地下调节池，地下调节池连接提升泵，提升泵的出口管道连接多介质过滤器的顶端，多介质过滤器的下部连接第一进水泵，第一进水泵的出口管道连接电渗析装置，电渗析装置的上部连接淡化液出水管路，电渗析装置的下部连接浓缩液出水管路，淡化液出水管路连接储水池，浓缩液出水管路连接三效浓缩器进水泵，三效浓缩器进水泵的出口管道连接三效浓缩结晶器，三效浓缩结晶器的出口管道连接储水池，储水池连接第二进水泵，第二进水泵的出口管道连接一体式厌氧氨氧化反应器，一体式厌氧氨氧化反应器顶部设有出气口和气体回流管路，一体式厌氧氨氧化反应器的内腔设有反应区、顶部区，反应区底部设有与空气压缩机连通的微孔曝气头；在反应区和顶部区之间设有溢流堰，溢流堰外部与出水管路相通。
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