[发明专利]氨回收方法和系统

说明书

本申请涉及氨回收方法和系统。本公开提供了一种方法，其包括：在双极膜电渗析(BPED)工艺中处理包含铵盐的含水进料以产生包含氢氧化铵(NH₄OH)的第一产物溶液和包含酸的第二产物溶液；从所述第一产物溶液中分离氨气；以及将分离出的氨气捕获在氨捕获溶液中以产生含氨溶液。本公开还提供了系统，其包括：产生氢氧化铵溶液的BPED单元；与所述BPED单元流体连通的膜基气体分离器；和与所述气体分离器流体连通的氨气捕获单元。所述氨气捕获单元包括氨可渗透膜、氨捕获溶液入口和含氨溶液出口。

技术领域

本公开涉及用于从包含铵盐的水溶液中回收氨的方法和系统。

背景技术

以下段落并非承认它们中讨论的任何内容是现有技术或本领域技术人员的知识的一部分。

氨是工业和住宅废水中的常见污染物。氨废水根据其浓度可分为三个水平：高水平(NH₄⁺-N大于500mg/L)、中水平(NH₄⁺-N约50至约500mg/L)、以及低水平(NH₄⁺-N小于50mg/L)。高水平NH₄⁺-N废水可能产生于炼焦、铁合金生产、煤的气化、石油炼化、畜牧业、肥料生产、人造纤维生产或灯丝灯工业。当使用氢氧化铵清洁硅晶片时，半导体工厂也可能产生高水平氨废水。

氨废水可以在物理化学方法中、通过生物脱氮、或膜分离进行处理。物理化学方法包括蒸汽/空气气提、离子交换树脂吸附、沸石吸附、磷酸铵镁沉淀、折点氯化、催化湿空气氧化和电氧化。生物除铵包括生物硝化-反硝化、厌氧铵氧化(厌氧氨氧化(anammox))和膜生物反应器。膜分离方法包括膜蒸馏、膜渗透蒸发(membrane pervaporation)、电渗析(electrodialysis，ED)和反渗透(RO)。

由于铵对微生物的毒性，所以传统的生物除铵工艺通常限于处理浓度为1000 mg/L或更低、并且有时浓度为低于500 mg/L的铵废水。

发明内容

以下介绍意在向读者介绍本说明书，而不是限定任何发明。一个或多个发明可以存在于以下描述的设备元件或方法步骤的组合或子组合中或本文件的其他部分中。发明人并不仅仅因为没有在权利要求中描述此类其他一个发明或多个发明而放弃或否认他们对本说明书中公开的任何一个发明或多个发明的权利。

物理化学方法和膜方法，例如蒸汽/空气气提、ED和RO，可以从废水中分离出铵并产生浓铵盐溶液，例如氯化铵或硫酸铵溶液。在气提工艺之后硫酸铵溶液的浓缩物是危险废物，并且这种废物通常以高昂的成本进行处理。硫酸铵溶液可以蒸发以形成硫酸铵固体，但此类固体即使作为肥料的氮源也几乎没有或没有价值，因为当硫酸盐被微生物降解时，所述硫酸铵固体中的硫酸盐会酸化土壤。

传统的铵生产和/或纯化工艺采用多级蒸馏和吸附，其资金投入和能耗高，同时仍然难以满足电子级氢氧化铵的纯度要求。

仍然存在对方法和系统的需求：(a)以从铵盐溶液回收氨并产生浓度和/或纯度适合在工业过程中使用的氢氧化铵溶液；和/或(b)以浓缩和/或纯化氢氧化铵溶液。所述氢氧化铵溶液将优选具有适合在工业过程中使用的浓度和/或纯度，例如清洁半导体工厂中的硅晶片。

在一个示例中，本公开提供了一种方法，其包括：在双极膜电渗析(bipolarmembrane electrodialysis，BPED)工艺中处理包含铵盐的含水进料以产生包含氢氧化铵(NH₄OH)的第一产物溶液和包含酸的第二产物溶液；从所述第一产物溶液中分离氨气；以及(a)将分离出的氨气捕获在氨捕获溶液中以产生含氨溶液或者(b)液化分离出的氨气。