[发明专利]基于直接接触式微孔曝气强化的膜吸收脱氨方法及系统

说明书

本发明涉及废水处理技术领域，特别涉及一种基于直接接触式微孔曝气强化的膜吸收脱氨系统及方法。本发明直接接触式曝气强化膜吸收脱氨过程既可以通过曝气降低膜表面污染沉积，降低因膜污染导致的膜润湿和亲水化问题，减少膜组件的清洗频率；其次，又可以通过曝气气提形成气液两相流，能有效降低传质过程阻力，提高废水中氨的挥发速率以及氨的跨膜速度，提高脱氨效率。该方法无论在投资成本还是运行成本方面均具有极大优势，是一种节能降耗、资源可持续发展的新型废水脱氨及氨回收技术。

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，特别涉及一种基于直接接触式微孔曝气强化的膜吸收脱氨系统及方法。

背景技术

氨氮是造成水体富营养化和环境污染的主要因素之一，严重威胁着人类的生产生活及生态平衡，如何经济有效地脱除和回收废水中的氨氮，以降低环境污染成为迫切而重要的研究课题。工业氨氮废水由于氨氮浓度高、可生化性差、环境危害大的特点，成为我国目前废水中氨氮的主要来源。工业氨氮废水排入水体不仅引起水体富营养化、造成水体黑臭、增加水处理的难度和成本，甚至对人群及生物产生毒害作用，因此须从源头上对工业氨氮废水进行控制和治理，减少氨氮排放。

目前，国内外处理氨氮废水的方法主要分为生物脱氮法、化学法和物理法。生物脱氮法以及化学法，如鸟粪石沉淀法、沸石吸附法、折点氯化法、电化学氧化法等，这些生物、化学沉淀、吸附法等仅针对低浓度氨氮废水，实际工业氨氮废水浓度高，采用此类方法出水达标困难；而物理法如吹脱法、汽提法等虽然适合高浓度氨氮废水处理，但投资成本高，过程能耗大，很多企业(尤其是中小型企业)望而却步，同时氨氮去除效率低，易产生二次污染。工业行业高浓度氨氮废水中的氨氮往往来源于生产原料，资源化回收、循环利用价值大，是我国氨氮排放总量控制的关键污染源，但缺乏一种绿色、高效、低成本、占地面积小的对废水中氨氮脱除和回收技术与装置。

基于环境经济效益和可持续发展观念，处理高浓度氨氮废水不仅要实现高效脱氮的环境治理目标，而且还要追求节能降耗、避免二次污染、充分回收有价值的氨资源等更高层次的环境、经济、能源效益目标，这是当前治理高浓度氨氮废水比较理想的技术发展方向。气态膜法脱氨技术是一种全新的氨氮废水处理技术，它集膜分离过程与传统吸收过程为一体，具有传质比表面积大、传质速率快等优点，且不受雾沫夹带、液泛等操作条件限制。同时，气态膜法脱氨技术由于操作条件温和、能耗低、氨去除率高以及产生有价值的化肥产品等优点，是目前废水脱氨及氨回收领域最具应用前景的处理技术。

然而，气态膜吸收法脱氨在实际应用过程中存在膜易污染、亲水化导致传质效率不稳定的问题，使得大规模工业化应用受到限制。料液中无机盐结晶、胶体等在膜表面的沉积会出现膜污染及亲水化等情况，膜表面各种污染物聚集，一方面会限制氨氮废水透过膜孔进入吸收液一侧，另一方面膜孔堵塞降低游离态氨的传质效率和整个脱氨反应器的脱氨效果。优化膜表面或附近区域的流体力学特性被认为是控制膜污染的有效途径。近年来有文献报道[Journal of Membrane Science,2014,453(3):566-602]采用气-液两相流原理以强化膜过程的传热和传质，减轻膜污染效应，最具代表性的方法即是在膜分离过程中增加曝气。曝气应用在膜分离过程被证实是减少膜表面结垢、弱化温度极化和浓差极化的有效手段[Journal of Membrane Science,2014,470(6):60-69]。因此，无机盐、胶体以及有机物造成的膜表面污染情况，可以通过增加曝气优化膜表面或附近区域的流体流动特性进行防治，配合膜清洗工艺，能有效降低传质过程阻力，提高脱氨效率。

授权公告号为CN 105600995 B公布了一种膜曝气与膜吸收耦合工艺的高氨氮废水资源化零排放处理方法和装置。该方法首先利用膜曝气方式脱除氨氮废水中60％左右的氨氮，再采用膜吸收多级脱氨方式脱除废水中余下的氨氮，脱氨效率达到99％。虽然膜曝气方式能脱除废水中大部分的氨氮，在进入膜吸收接触器中的氨氮废水浓度仍然不低，废水中无机盐、胶体以及有机物等造成膜表面污染导致的亲水化问题在长期运行过程中依然存在。

到目前为止，膜污染导致的亲水化问题仍然是制约膜吸收工艺工业化的瓶颈问题。