[發明專利]一種去除廢水中氨氮的裝置及方法

有效

• 申請號: 201610395944.2
• 申請日: 2016-06-07
• 公開（公告）號: CN107473494B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 郭智;張新妙;欒金義;彭海珠
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14;C12M1/34;C12M1/04;C12M1/00;C12N1/12;C12R1/89;C02F101/16
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 符彥慈;董琪

本發明涉及一種去除廢水中氨氮的裝置及方法，將氨作為微藻生長所需的氮源，在去除廢水中氨氮的同時，獲得微藻細胞生物質。使用微藻溶液替代傳統的化學吸收液，可以克服現有化學吸收法的缺陷，降低操作難度，排除安全隱患，簡化處理裝置，減少維護費用。利用膜接觸器將廢水與微藻溶液分隔開來，使得兩種溶液可分別獨立操作，互不接觸，克服了目前使用微藻去除氨氮技術的缺點，避免廢水中的有毒物質抑制微藻的生長，降低氨氮去除效率；另一方面，膜接觸器較大的表面積有利于氨氣分子的跨膜傳輸，提高氨氮的去除率及可處理的氨氮濃度。此外，本發明所述裝置還可實現微藻細胞在廢水氨氮去除過程中的反復使用。

技術領域

本發明涉及一種去除廢水中氨氮的方法，具體涉及使用膜接觸器將廢水中的氨氮分離，并利用氨作為促進富含油脂的微藻生長所需的氮源，在處理凈化廢水的同時，獲得微藻細胞生物質。

背景技術

膜接觸器是利用微孔中空纖維疏水膜作為分隔介質，僅允許膜一側溶液中的易揮發組分或氣體透過分離膜，在膜的另一側通過化學/物理方法對這些組分或氣體進行收集。常用的中空纖維膜材料包括聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE)等。根據膜兩側兩相流體的不同性質，可將膜接觸器分為氣-液、液-氣和液-液膜接觸器。膜接觸器中的膜本身雖然沒有分離功能，僅充當兩相間的界面，但可以提供足夠大的傳質比表面積，較常規的分散相接觸器更具優越性。另一方面，膜接觸器中被分隔開來的兩種流體相對獨立，消除了液泛、溝流或泡沫夾帶等問題，并且可以使膜接觸器在各種流速條件下都能保持恒定的接觸面積，確保該過程的穩定運行。膜接觸器由于其設備簡單、操作方便、能耗低等特點，近年來引起學術界和工業界的廣泛關注，現已被應用于不同的工業過程，比如氣體吸收、氣提和萃取等。

含有氨氮的廢水來源甚廣且排放量巨大，如焦化、化肥、石化、制藥、食品等生產企業和垃圾填埋場均會產生大量氨氮廢水。將未經處理的氨氮廢水直接排入水體后，會導致水體富營養化，并對水生生物產生毒副作用。目前，國內外對氨氮廢水的處理展開了廣泛的研究。處理方式主要涉及生物脫氮法(如硝化)和物理化學除氮法(如折點氯化法、化學沉淀法、離子交換法、吹脫法等)。廢水中的氨氮基于廢水pH的不同，主要以NH₄⁺和游離氨NH₃的形態存在，兩種形態之間有如下電離平衡關系式：

基于上述關系式，利用氣液傳質方法將氨氮從廢水中分離是最為可行和成熟的方法之一。作為一種新型的氣液傳質方法，中空纖維膜接觸器(液-氣-液)已被應用于氨氮廢水的處理。膜的一側通有氨氮廢水，另一側則是吸收液。常用的吸收液為硫酸和稀硝酸，酸液可迅速且大量地吸收來自廢水中的氨氣(NH₃)分子，生成硫酸/硝酸銨(重要且優良的氮肥)。然而，該方法對運行設備、管道等要求較高，且酸液的長期使用會對管道造成腐蝕，產生安全隱患。

微藻是一種單細胞水藻，大小通常為幾個微米，廣泛存在于自然界中。由于其較陸生植物有更高的光合作用效率和更快的生長速度，且受氣候變化影響較小，微藻一年可收獲多達20次以上。微藻的生長可不需要淡水和耕地，因此能夠在廣大鹽堿灘涂和沙漠地區養殖。基于上述優勢，微藻現已被開發用于生產健康食品和作為制造第三代可再生生物能源(生物柴油、乙醇、甲烷等)的原料。另外，一些微藻菌株對環境適應性強，耐受性較高，因此也被用于處理生活和工業污水。微藻在其生長過程中會消耗大量廢水中含有的氮磷，并吸附水中的金屬離子，從而達到凈化水質的目的。但直接投加微藻至廢水中，廢水中的污染物，如重金屬離子、濃度過高的氨氮、有機物等均會抑制微藻的生長，使其處理廢水的能力下降。另一方面，廢水中微藻的收集同樣是一個技術難題，制約著該技術的進一步工業化應用。