[發(fā)明專利]一種脫除厭氧消化出水中氨氮的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310101223.2
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103214137A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張建華;王柯;毛忠貴;張宏建;陳旭升;唐蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: C02F9/10
• 分類號: C02F9/10
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 何自剛;王玉松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種脫除厭氧消化出水中氨氮的方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

液態(tài)深層發(fā)酵是大宗發(fā)酵產(chǎn)業(yè)技術(shù)的主通道，如燃料乙醇、氨基酸、有機酸、抗生素、生物酶、維生素、乳酸、長鏈二元酸、丙二醇等，正逐步發(fā)展為戰(zhàn)略性生物產(chǎn)業(yè)。然而，液態(tài)深層發(fā)酵技術(shù)體系存在一個共性的技術(shù)結(jié)構(gòu)性缺陷：少量產(chǎn)品派生大量廢水，造成環(huán)境污染以及水資源浪費。以燃料乙醇為例，其生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量蒸餾廢液（約10噸/噸酒精），已成為限制該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。由于可生化性好，對于大部分發(fā)酵廢水，工業(yè)上普遍采用的處理工藝為“生物厭氧-生物好氧-深度處理-排放”，然而該工藝存在投資大、占地面積多、運行費用高、浪費水資源以及難以達到國家排放標準等問題。毛忠貴等人在專利“以薯類為主原料的酒精環(huán)形生產(chǎn)工藝”中提出僅用厭氧消化處理酒精發(fā)酵廢水，所得厭氧消化出水可回用于發(fā)酵過程。該工藝較傳統(tǒng)工藝可減少占地面積和固定資產(chǎn)投資，實現(xiàn)發(fā)酵廢水的零排放，既消除了廢水對環(huán)境的污染，也節(jié)約了大量水資源。，該工藝同樣也可推廣于其他發(fā)酵產(chǎn)品廢水的治理。但是，微生物發(fā)酵產(chǎn)品眾多，菌種敏感特性也各不相同，厭氧消化出水中夾雜著的微量但多種物質(zhì)可能對主發(fā)酵微生物的正常生長繁殖產(chǎn)生抑制，或?qū)ζ渲鳟a(chǎn)物發(fā)酵的代謝途徑產(chǎn)生干擾。其中，厭氧消化出水中的氨氮即為一個干擾因素。廢水中有機氮在厭氧消化過程中會被微生物降解產(chǎn)生氨氮，產(chǎn)生的氨氮僅少部分被微生物吸收利用，大部分殘留于厭氧消化出水中。當厭氧消化出水作為配料用水回用于生產(chǎn)時，適量濃度的氨氮可作為發(fā)酵微生物的氮源，但高濃度氨氮會降低發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)量，因此需要采取適當手段去除厭氧消化出水中部分氨氮使其處于最適濃度。目前工業(yè)上廢水氨氮最常見的處理方法有：生物法、吹脫法、折點加氯法等。

生物法的原理是利用硝化與反硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣，其基建投資和運行電費比常規(guī)法增加很多，一般適用于低濃度氨氮廢水的處理。吹脫法和折點加氯法同屬物化法，與生物法比較，具有較寬的適應(yīng)性，也是目前工業(yè)上最常見的氨氮去除方法。吹脫法的原理是利用氨在水溶液中的解離平衡和氨的氣液平衡，在堿性條件下用空氣吹脫，使廢水中的氨氮不斷地由液相轉(zhuǎn)移至氣相，然后以酸溶液回收，達到廢水脫氨目的。吹脫時通常用堿將溶液的pH調(diào)節(jié)至11以上，在脫氨塔內(nèi)完成脫氨過程。折點加氯法的原理是將氯氣和次氯酸鈉投入廢水，利用氯的強氧化性將氨氮氧化為氮氣。這兩種方法共同的缺點是需要添加藥劑。藥劑的添加一方面會增加成本；另一方面，在循環(huán)利用工藝中，添加的藥劑會對工藝產(chǎn)生負面影響。因此需要開發(fā)合適的脫氨方法以適應(yīng)循環(huán)工藝的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)脫氨方法存在的不足，提供一種無需添加藥劑而脫除廢水中氨氮的方法，控制較低脫氨成本的同時使厭氧消化出水符合主產(chǎn)品發(fā)酵對水質(zhì)的要求。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

（1）將厭氧消化出水加熱到溫度40-70°C；

（2）加熱后放入脫二氧化碳池內(nèi)，通入空氣對厭氧消化出水進行脫二氧化碳處理，風量為10-50m³/(h·m³水)，直至其pH升至9.0以上；

（3）將脫除二氧化碳的厭氧消化出水送入脫氨塔，厭氧消化出水從脫氨塔塔頂泵入，空氣從塔底由鼓風機鼓入，空氣與水體積流量比為1000-5000:1，空氣帶出的氨用硫酸溶液吸收，生成硫酸銨。

本發(fā)明的加熱熱源可采用水蒸汽、熱煙道氣或生產(chǎn)過程中的其它廢熱。發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)過程中有大量廢熱，如制糖工序中，需要將液化醪從95-100℃冷卻降溫至60-62℃，再如酒精蒸餾工序中排放的蒸餾廢液，溫度在100℃以上。

當用水蒸汽加熱時，加熱方式可采用直接加熱或間接換熱；當用熱煙道氣或生產(chǎn)過程中的其它廢熱加熱時采用間接換熱方式。

本發(fā)明的原理是：厭氧消化出水中的碳酸氫根存在下列解離平衡，

HCO^-₃=CO₂+OH^-

曝氣過程使二氧化碳液相向氣相轉(zhuǎn)移，促進上述反應(yīng)向右進行，溶液pH上升。溶液中氨氮存在下列解離平衡，

NH₄⁺=NH₃+H⁺

而游離態(tài)氨與離子態(tài)氨濃度比例與溶液的pH相關(guān)。pH越高，游離氨所占比例越大，進入脫氨塔后越有利于氨從液相向氣相中轉(zhuǎn)移。

本發(fā)明適用于含有適量碳酸氫鹽堿度的廢水中氨氮的去除。