[发明专利]一种污水的高效氮回收装置和工艺

说明书

本发明涉及一种污水的高效氮回收装置和工艺，该装置包括接入主流污水处理管路中的氨氮离子交换单元、与氨氮离子交换单元通过再生液循环管路连接并构成循环的再生液储备箱，所述的再生液储备箱还依次连接除镁沉淀池、除钙沉淀池、生物硝化反应器、电渗析模块和蒸发浓缩模块，所述生物硝化反应器还返回连接再生液储备箱。与现有技术相比，本发明通过对高NH₄⁺‑N浓度的再生液进行氮回收，实现了主流氨氮离子交换‑再生富集‑生物硝化‑电渗析浓缩‑蒸发结晶的同步氮减排和氮回收。

技术领域

本发明属于环境保护与污水处理技术领域，涉及一种污水的高效氮回收装置和工艺。

背景技术

从全球氮循环来看，将氮气转化为人类社会使用的活性氮是已超越可持续发展边界的三大全球性问题之一。全球人为活动严重地扰乱了氮循环，每年有1.2亿吨氮气转化为活性氮的形式。Haber-Bosch工艺捕获大气中的惰性氮气用于合成氨，但该工艺能耗很高，年消耗能源量占全球总量的1-2％。一部分的合成氨通过Ostwald工艺催化氧化生成硝酸及硝酸盐。这些工业合成的大多数活性氮又以含氮污染物的形式返回到环境中，造成了诸如水体黑臭、流域富营养化和全球变暖等环境污染问题。

其中，生活污水含铵(NH₄⁺)量为2000万吨/年，预计到2050年会增加到3500万吨/年。传统的硝化-反硝化工艺难以稳定高效脱氮，也难以支撑排放标准中出水总氮(TN)限值的进一步降低。以前置缺氧反硝化、好氧混合液回流为主导的生物脱氮模式造成污水处理厂脱氮效率(50-75％)低于化学需氧量(COD)与总磷(TP)的去除率(通常90％)。由于硝化和反硝化容易受到环境条件(尤其是温度)、毒性物质、碳源不足等因素的抑制，污水处理厂的实际脱氮效果通常更低。由于硝化菌增殖缓慢，活性受到抑制后恢复周期长，由此造成的出水氨氮(NH₄⁺-N)和TN长期超标已成为普遍现象，现有技术对此尚缺乏快速有效的应对手段。2016年，我国约50％的污水处理厂出水TN不达标，50.5万吨的TN随出水排入自然水体。然而，为了提升脱氮效率而进行提标改造，会受到系统占地、工程投资与运行成本快速增加的限制。

在环境质量提升需求、城市发展用地约束、循环经济发展要求的背景下，研发稳定高效的高标准、低占地氮回收技术，既能降低受纳水体含氮污染物的排放，又能为日益增长的人口提供具有经济价值的资源，弥补合成氨和硝酸盐生产的能源消耗。目前的氮回收技术主要是氨吹脱和磷酸铵镁沉淀法，已经在高NH₄⁺-N废水(NH₄⁺-N浓度2-3g/L)的氮回收工艺中成功应用，但在含氮浓度相对较低的生活污水中直接应用并不具备可行性。

中国专利CN107804890A公开了一种提高NH₄⁺-N离子交换材料长期吸附性能的处理系统及方法，所述的处理系统包括氨氮离子交换单元和再生单元，氨氮离子交换单元包括依次连接的污水进水泵、进水阀门、装填有离子交换材料的氨氮离子交换柱和放空阀门组，所述的再生单元包括依次连接的再生液储备箱和再生液进水泵，所述的再生液进水泵的出口管路上连接氧化剂进药器，所述的氧化剂进药器内装有氧化剂。该发明在运行时采用含氧化剂再生液，再生处理成本高，同时该发明采用的氧化剂会氧化NH₄⁺-N生成氮气，造成活性氮的大量损失，无法实现氮回收。