專利名稱：一種海水除氨裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理裝置，尤其是涉及一種用于去除海水中氨氮的處理裝置。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和人類活動(dòng)的加劇，生活污水和工業(yè)廢水的排放量迅速增加，氨氮作為水體富營養(yǎng)化的重要成分之一，目前已成為廢水處理達(dá)標(biāo)排放的的主要指標(biāo)([l]《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 8978-1996.國家環(huán)境保護(hù)總局.1996)。
對于養(yǎng)殖業(yè)，近年來，隨著水產(chǎn)精養(yǎng)水平的不斷提高，單位水體中污染物負(fù)荷的迅速上升，由此而引起養(yǎng)殖水體出現(xiàn)溶解氧低下，氨氮等有害物大量積累等問題，致使水產(chǎn)養(yǎng)殖生物正常的生存環(huán)境遭受破壞。尤其在對蝦養(yǎng)殖中，氨氮含量已成為養(yǎng)蝦能否成功的關(guān)鍵。在1989年，我國在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的氨氮控制方面已經(jīng)發(fā)布了相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)([2]《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》GB11607-1989.國家環(huán)境保護(hù)總局1989)。目前，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的氨氮污染控制的方法有(l)大量換注新水稀釋來降低氨氮濃度；(2)采用曝氣吹脫水中的氨氮；(3)使用余氯消毒去除氨氮以及采用光合細(xì)菌來調(diào)節(jié)改善水質(zhì)等([3]張仁志，褚華寧，韓恩山等.氨氮廢水處理技術(shù)的發(fā)展[J].中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2005.9:91-94)。這些辦法存在著能耗高和化學(xué)藥劑使用量問題，而且對氨氮的去除效果并不理想。
天然沸石是含水的架狀堿金屬或堿土金屬鋁硅酸鹽礦物，一般可以化學(xué)式
AmXpOZp. nH20表示，式中X為Si，Al ;A為Na. ，K.....。其結(jié)構(gòu)由硅氧四面體(Si04)和鋁氧
四面體(A104)單元通過氧橋相互連接而成。沸石的這種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)非常疏松，具有許多孔穴。由于天然沸石晶體由硅(鋁)氧四面體形成很多的空腔和孔道，其中占據(jù)著陽離子和水分子，當(dāng)經(jīng)過紅燒使它們部分或全部脫水，其結(jié)晶骨架并未破壞，從而形成一個(gè)個(gè)內(nèi)表面很大的孔穴，可吸附并儲(chǔ)存大量分子。因?yàn)榉惺Y(jié)晶骨架中的陽離子與骨架的聯(lián)系比較弱，所以當(dāng)沸石與某種金屬鹽的水溶液相接觸時(shí)，溶液中的金屬陽離子可以進(jìn)入沸石中，而沸石中的陽離子可被交換下來進(jìn)入溶液中。其交換過程可以表示如下X+Z—+NH4+— NH4+Z—+X+，Z—表示鋁硅酸鹽的陰離子格架，X+表示交換離子。沸石對氨氮的吸附具有吸附量大，高選擇性，高效吸附特點(diǎn)([4]郭守國，何斌.非金屬礦產(chǎn)開發(fā)利用[M].武漢中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1992 ;[5]張曦，吳為中，溫東輝等.氨氮在天然沸石上的吸附及解吸[J].環(huán)境化學(xué)，2003,22(2) :167-171 ;[6]袁俊生.沸石法工業(yè)污水氨氮治理技術(shù)研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002，12(3) :60-63 ;[7]李健，袁有憲.天然沸石用于水產(chǎn)養(yǎng)殖研究[J].海洋水產(chǎn)研究，1987，8 :55-60)。 在天然沸石的離子交換性能研究報(bào)道中發(fā)現(xiàn)，天然的及經(jīng)物理化學(xué)法改性的沸石對氨氮顯示出良好的離子交換性和再生性([8]Kithome M. Kinethics of ammoniumadsorption anddesorption by natural zeolite clinoptilolite[J]. Soil Sci.Soc AmJ，1998，62(3) :622-629; [9]楊勝科，王文科，李翔等.沸石去除地下水中氨氮的影響因素分析及作用機(jī)理探討[J].西安工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，22(3) :69-72 ; [10]李曄等.沸石去除水源中低濃度氨氮的實(shí)驗(yàn)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，2 :25-28 ;[ll]Jorgensen T
3C，Weatherley L R. Ammonia removal from wastewaterby ion exchange in the presenceof organic contaminants[J]. Wat. Res. ，2003，37 :1723-1728 ; [12]Kataoka， Katsushi.Method for removal of ammonium nitrogen from organic wastewater bybiologicalnitration and denitrification with zeolite regeneration. Japan, CLASS :ICM :C02F003-34. Jpn， Kokai Tokkyo Koho JP 09314186 A29 Dec 1997)，特別是通過改性處理的天然沸石，對氨氮的去除效果更佳([13]王德華，費(fèi)維揚(yáng).鈉改型天然斜發(fā)沸石的銨離子交換平衡[J].離子交換與吸附，2002，18(4) :343-348 ;[14]趙丹，王曙光等.改性斜發(fā)沸石吸附水中氨氮的研究[J].環(huán)境化學(xué)2001， 1(22) :12-16)。最近的研究結(jié)果表明，在對海水進(jìn)行離子交換處理時(shí)，改性天然沸石可使海水中的氨氮得到去除。對海水水質(zhì)要求較高的海產(chǎn)養(yǎng)殖工藝，使用沸石海水凈化處理裝置非常必要([15]高紅梅.沸石去除養(yǎng)殖水體中氨氮的作用研究[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005. 1 :9-11 ;[16]熊小京，葉均磊，王新紅等.天然沸石處理低濃度含氨廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，45(6) :828-831 ;[17]劉遠(yuǎn)金，張新明等.天然沸石對魚塘水及生活污水的氮磷去除效應(yīng)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，2002，4 :331-333)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種海水除氨裝置。 本發(fā)明設(shè)有沸石交換處理塔、附屬固定架臺(tái)、原水儲(chǔ)水箱、出水儲(chǔ)水箱和酸洗管。 沸石交換處理塔內(nèi)的底部設(shè)有支撐板，在支撐板上設(shè)有交換層，交換層從上至下
依次設(shè)有改性沸石層、沙礫層和鵝卵石層，支撐板上設(shè)有透水孔，透水孔上設(shè)有濾頭濾帽，
在沸石交換處理塔底部設(shè)有排水管，用于排出含懸浮物和沉積固體的反沖洗水，沸石交換
處理塔的頂部設(shè)有海水進(jìn)水口，閥門與沸石交換處理塔經(jīng)計(jì)量泵與酸洗管連接。
附屬固定架臺(tái)設(shè)上層固定架臺(tái)和下層固定架臺(tái)，出水儲(chǔ)水箱設(shè)在上層固定架臺(tái)
上，原水儲(chǔ)水箱設(shè)在下層固定架臺(tái)上，出水儲(chǔ)水箱位于原水儲(chǔ)水箱上方，原水儲(chǔ)水箱和出水
儲(chǔ)水箱內(nèi)均設(shè)有液位控制器，原水儲(chǔ)水箱的頂部設(shè)有海水進(jìn)水閥，原水儲(chǔ)水箱的底部設(shè)有
排水閥，出水儲(chǔ)水箱的底部設(shè)有出水閥，出水儲(chǔ)水箱的海水出水口經(jīng)閥門接設(shè)于沸石交換
處理塔底部的排水管。 所述改性沸石層可采用天然斜發(fā)沸石，粒徑為0. 5 1. 5mm，改性沸石層的高度可為50 90cm，所述沙礫層的沙礫直徑可為2 5mm，沙礫層的高度可為10 30cm，所述鵝卵石層的卵石直徑可為1 3cm，鵝卵石層的高度可為10 30cm。 沸石交換處理塔、原水儲(chǔ)水箱和出水儲(chǔ)水箱的進(jìn)出水由水泵控制；酸洗管與計(jì)量泵連接，酸洗所需鹽酸溶液由計(jì)量泵控制。 本發(fā)明采用改性天然沸石作為脫除海水中氨氮的交換處理介質(zhì)，利用沸石對氨氮良好的離子選擇性，以鹽酸溶液作為再生劑，沸石交換處理塔是本發(fā)明的核心裝置，其具備交換處理、交換層反沖洗以及沸石再生等操作功能，可達(dá)到脫除海水中氨氮的目的，能夠滿足海產(chǎn)養(yǎng)殖用水的要求。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成原理圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的沸石交換處理塔的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的沸石交換處理塔內(nèi)的支撐板的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的原水儲(chǔ)水箱和出水儲(chǔ)水箱的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的沸石用量對氨氮去除效果的影響圖。在圖5中，橫坐標(biāo)為
沸石用量(g)，縱坐標(biāo)為出水氨氮濃度(mg/L)。 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的氨氮濃度與氨氮去除效果的關(guān)系圖。在圖6中，橫坐標(biāo)為 初始氨氮濃度(mg/L)，縱坐標(biāo)去除率(％ )。 圖7為本發(fā)明實(shí)施例的pH值對氨氮去除效果的影響圖。在圖7中，橫坐標(biāo)為pH 值，縱坐標(biāo)為出水氨氮濃度(mg/L)。 圖8為本發(fā)明實(shí)施例的鹽酸濃度對氨氮洗脫效果的影響圖。在圖8中，橫坐標(biāo)為 鹽酸濃度(mol/L)，縱坐標(biāo)為洗脫率(％ )。 圖9為本發(fā)明實(shí)施例的連續(xù)運(yùn)行過程中氨氮的處理效果圖。在圖9中，橫坐標(biāo)為 天數(shù)，縱坐標(biāo)為出水氨氮濃度(mg/L)。
具體實(shí)施例方式
參見圖1 4，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有沸石交換處理塔1、附屬固定架臺(tái)18、原水儲(chǔ)水箱 14、出水儲(chǔ)水箱17和酸洗管20。 沸石交換處理塔1內(nèi)的底部設(shè)有支撐板22，在支撐板22上設(shè)有交換層，交換層從 上至下依次設(shè)有改性沸石層2、沙礫層3和鵝卵石層4，支撐板22上設(shè)有透水孔221，透水孔 221上設(shè)有濾頭濾帽，在沸石交換處理塔1底部設(shè)有排水管6，用于排出含懸浮物和沉積固 體的反沖洗水，沸石交換處理塔1的頂部設(shè)有海水進(jìn)水口，閥門與沸石交換處理塔1經(jīng)計(jì)量 泵21與酸洗管20連接。 附屬固定架臺(tái)18設(shè)上層固定架臺(tái)和下層固定架臺(tái)，出水儲(chǔ)水箱17設(shè)在上層固定
架臺(tái)上，原水儲(chǔ)水箱14設(shè)在下層固定架臺(tái)上，出水儲(chǔ)水箱17位于原水儲(chǔ)水箱14上方，原水
儲(chǔ)水箱14和出水儲(chǔ)水箱17內(nèi)均設(shè)有液位控制器19，原水儲(chǔ)水箱14的頂部設(shè)有海水進(jìn)水閥
15，原水儲(chǔ)水箱14的底部設(shè)有排水閥13，出水儲(chǔ)水箱17的底部設(shè)有出水閥16，出水儲(chǔ)水箱
17的海水出水口經(jīng)閥門10接設(shè)于沸石交換處理塔1底部的排水管6。 所述改性沸石層2可采用天然斜發(fā)沸石，粒徑為0. 5 1. 5mm，改性沸石層2的高
度可為50 90cm，所述沙礫層3的沙礫直徑可為2 5mm，沙礫層3的高度可為10 30cm，
所述鵝卵石層4的卵石直徑可為1 3cm，鵝卵石層4的高度可為10 30cm。 沸石交換處理塔1、原水儲(chǔ)水箱14和出水儲(chǔ)水箱17的進(jìn)出水由水泵11控制；酸
洗管20與計(jì)量泵21連接，酸洗所需鹽酸溶液由計(jì)量泵21控制。 本發(fā)明的沸石交換處理塔1的高度為300cm，直徑為120cm，底座高50cm ;上下方 封口直徑分別為54cm和28cm。塔體制作材料為碳鋼或塑料(注碳鋼塔體使用前必須用 環(huán)氧樹脂涂層進(jìn)行內(nèi)壁的防腐處理)。沸石交換處理塔1內(nèi)濾層中鵝卵石層4(卵石直徑為 1 3cm)與沙礫層3 (沙礫直徑為2 5mm)的層高為20cm，改性沸石層2 (沸石種類為天 然斜發(fā)沸石，粒徑規(guī)格為0. 5 1. 5mm)的層高70cm。支撐板22的直徑為120cm，板面開設(shè) 數(shù)個(gè)孔徑為3cm的透水孔221，孔間距為10cm，每個(gè)孔徑上安有一個(gè)塑料濾頭濾帽(參見圖 2)。附屬固定架臺(tái)18有兩層，上層固定架臺(tái)和下層固定架臺(tái)分別放置體積相同的原水儲(chǔ)水箱14和出水儲(chǔ)水箱17 (高92cm，直徑85cm，罐口直徑為50cm，有效容積為3m3 ;參見圖3)。
圖5給出了本發(fā)明在處理氨氮濃度為20mg/L的200mL海水時(shí)改性沸石投加量分 別為0， 1， 2， 3， 4和5g時(shí)改性沸石的氨氮去除特性?？梢钥闯?，當(dāng)沸石投加量為2g時(shí)即已達(dá) 到最好的氨氮去除效果。由圖6可知，隨著氨氮初濃度的增大，沸石的脫氨率也隨之上升， 在氨氮初濃度為20mg/L時(shí)沸石的脫氨率達(dá)到最大的28. 2%。提高水中氨氮濃度使銨根離 子濃度處于較高水平，有利于沸石交換銨根離子；但當(dāng)氨氮初濃度高于一定值時(shí)，由于沸石 存在著飽和交換量，此時(shí)繼續(xù)增大氨氮濃度反而會(huì)使去除率降低。 由圖7可知，當(dāng)pH為6左右時(shí)沸石的脫氨率最大。NH4+在水中的離解平衡式可表 示為NH4+-NH3+H+，隨著pH值減小H+濃度的增加，平衡向左移，表現(xiàn)為NH4+濃度增加。由于沸 石表面的極性基團(tuán)對NH/比朋3有更大的親和力，使其能夠吸附較多的朋4+。但當(dāng)pH值太 低時(shí)會(huì)出現(xiàn)H+與NH4+競爭，使沸石對氨氮的交換性能下降。圖8給出了在不同濃度鹽酸對 飽和沸石的洗脫再生效果?？梢钥闯觯}酸濃度越高，洗脫再生效果越好且變化趨勢明顯。 但當(dāng)鹽酸濃度超過O. 12mol/L繼續(xù)增大時(shí)，再生效果變化不明顯?？紤]到再生劑鹽酸的成 本及其對設(shè)備的腐蝕作用，選擇O. 12mol/L鹽酸濃度為較為合理。連續(xù)運(yùn)行過程中氨氮的 處理效果如圖9所示，可以看出，裝填新鮮沸石的裝置在運(yùn)行到第3天時(shí)交換處理已到達(dá)飽 和，此時(shí)用含鹽酸的海水對交換層中的沸石進(jìn)行浸泡再生(先反沖洗lh，再通入再生液，浸 泡24h)，其再生率可以達(dá)到90%以上。再生操作完成后進(jìn)入第二輪的交換處理運(yùn)行，在運(yùn) 行到第2.5天時(shí)交換處理再次到達(dá)飽和，此時(shí)再進(jìn)行第二輪的再生處理，再生操作完成后 進(jìn)入第三輪的交換處理運(yùn)行，交換處理再次到達(dá)飽和時(shí)，再進(jìn)行第三輪的再生處理。沸石經(jīng) 多次再生處理，其逐漸降低，當(dāng)再生率低于50%，必須更換新的沸石，以保證裝置對氨氮的 處理效果到達(dá)穩(wěn)定。 當(dāng)進(jìn)行交換處理操作時(shí)，將閥門8和閥門10開啟，其它所有的閥門均關(guān)閉，啟動(dòng)水 泵11將原水儲(chǔ)水箱14中的海水送入沸石交換處理塔1的頂部，依次通過改性沸石層2、沙 礫層3和鵝卵石層4，對海水中的氨氮進(jìn)行交換處理，之后均勻的流過支撐板22(板上裝有 數(shù)組用于布水的濾頭濾帽，參見圖3)，依靠水泵11的動(dòng)力壓及交換塔內(nèi)液位靜壓，處理水 經(jīng)由閥門10控制的管線送入出水儲(chǔ)水箱17。出水儲(chǔ)水箱17和原水儲(chǔ)水箱14內(nèi)均留有溢 流并安裝了液位控制器19，當(dāng)原水儲(chǔ)水箱的液位低于最低液位或出水儲(chǔ)水箱的液位高于最 高液位時(shí)，啟動(dòng)或關(guān)閉水泵11，以避免水泵因空運(yùn)行損壞水泵或出水儲(chǔ)水箱因充水過滿而 流失。原水儲(chǔ)水箱的頂部與底部分設(shè)有海水進(jìn)水閥15和排水閥13，進(jìn)水閥15的開閉通過 液面浮球控制器控制，排水閥13用于清洗水箱時(shí)排出殘留水。出水儲(chǔ)水箱的底部設(shè)有出水 閥16，需要用水時(shí)開啟，將處理的海水送至養(yǎng)殖車間。 當(dāng)進(jìn)行反沖洗操作時(shí)，將閥門7和閥門IO開啟，其它所有的閥門均關(guān)閉，開動(dòng)水泵 ll，將原水儲(chǔ)水箱17的海水經(jīng)閥門10開通的管線從沸石交換處理塔底部送入，由下向上方 向均勻的流過支撐板22 (板上裝有數(shù)組用于布水的濾頭濾帽，參見圖3)，依次流過鵝卵石 層4，沙礫層3和改性沸石層2，對各充填層中截留下來的懸浮物進(jìn)行沖洗，沖洗水于塔頂部 流出，經(jīng)閥門7開通的管線進(jìn)入排水管6放入下水溝。 當(dāng)進(jìn)行再生操作時(shí)，首先將打開閥門5和放空閥門12，其它所有的閥門均關(guān)閉，此 時(shí)塔內(nèi)的殘留海水因重力作用，經(jīng)交換塔底部的排水管6排溝；當(dāng)確認(rèn)塔內(nèi)的水完全被排 出時(shí)，只關(guān)閉閥門5，放空閥門12繼續(xù)開啟，打開閥門IO，出水儲(chǔ)水箱中的海水因與塔內(nèi)的存在的液位差的而產(chǎn)生的虹吸作用，經(jīng)閥門10開通的管線，從塔底送入塔內(nèi)，同時(shí)開動(dòng)計(jì) 量泵21將酸洗罐20中的濃鹽酸溶液送入同一管線與處理海水混合進(jìn)入塔內(nèi)。利用鹽酸對 交換飽和的沸石進(jìn)行浸泡再生，浸泡時(shí)間為24h。再生操作完成時(shí)，先關(guān)閉閥門IO再打開閥 門5，經(jīng)排水管6將塔內(nèi)的再生液體放入下水溝。
權(quán)利要求
一種海水除氨裝置，其特征在于設(shè)有沸石交換處理塔、附屬固定架臺(tái)、原水儲(chǔ)水箱、出水儲(chǔ)水箱和酸洗管；沸石交換處理塔內(nèi)的底部設(shè)有支撐板，在支撐板上設(shè)有交換層，交換層從上至下依次設(shè)有改性沸石層、沙礫層和鵝卵石層，支撐板上設(shè)有透水孔，透水孔上設(shè)有濾頭濾帽，在沸石交換處理塔底部設(shè)有排水管，用于排出含懸浮物和沉積固體的反沖洗水，沸石交換處理塔的頂部設(shè)有海水進(jìn)水口，閥門與沸石交換處理塔經(jīng)計(jì)量泵與酸洗管連接；附屬固定架臺(tái)設(shè)上層固定架臺(tái)和下層固定架臺(tái)，出水儲(chǔ)水箱設(shè)在上層固定架臺(tái)上，原水儲(chǔ)水箱設(shè)在下層固定架臺(tái)上，出水儲(chǔ)水箱位于原水儲(chǔ)水箱上方，原水儲(chǔ)水箱和出水儲(chǔ)水箱內(nèi)均設(shè)有液位控制器，原水儲(chǔ)水箱的頂部設(shè)有海水進(jìn)水閥，原水儲(chǔ)水箱的底部設(shè)有排水閥，出水儲(chǔ)水箱的底部設(shè)有出水閥，出水儲(chǔ)水箱的海水出水口經(jīng)閥門接設(shè)于沸石交換處理塔底部的排水管。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種海水除氨裝置，其特征在于所述改性沸石層采用天然斜發(fā)沸石，粒徑為0. 5 1. 5mm，改性沸石層的高度為50 90cm。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種海水除氨裝置，其特征在于所述沙礫層的沙礫直徑為2 5mm，沙礫層的高度為10 30cm。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種海水除氨裝置，其特征在于所述鵝卵石層的卵石直徑為1 3cm，鵝卵石層的高度為10 30cm。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種海水除氨裝置，其特征在于沸石交換處理塔、原水儲(chǔ)水箱和出水儲(chǔ)水箱的進(jìn)出水由水泵控制。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種海水除氨裝置，其特征在于酸洗管與計(jì)量泵連接，酸洗所需鹽酸溶液由計(jì)量泵控制。
全文摘要
一種海水除氨裝置，涉及一種水處理裝置。設(shè)有沸石交換處理塔、附屬固定架臺(tái)、原水儲(chǔ)水箱、出水儲(chǔ)水箱和酸洗管。沸石交換處理塔內(nèi)底部設(shè)有支撐板，在支撐板上設(shè)有交換層，交換層從上至下設(shè)有改性沸石層、沙礫層和鵝卵石層，在處理塔底部設(shè)有排水管，處理塔的頂部設(shè)有海水進(jìn)水口，閥門與處理塔經(jīng)計(jì)量泵與酸洗管連接。附屬固定架臺(tái)設(shè)上層固定架臺(tái)和下層固定架臺(tái)，出水儲(chǔ)水箱和原水儲(chǔ)水箱分別設(shè)在上、下層固定架臺(tái)上，出水儲(chǔ)水箱位于原水儲(chǔ)水箱上方，兩儲(chǔ)水箱內(nèi)均設(shè)有液位控制器，原水儲(chǔ)水箱頂部設(shè)有海水進(jìn)水閥，原水儲(chǔ)水箱底部設(shè)有排水閥，出水儲(chǔ)水箱底部設(shè)有出水閥，出水儲(chǔ)水箱海水出水口接設(shè)于處理塔底部的排水管。
文檔編號C02F101/16GK101786695SQ20101012082
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者嚴(yán)貴, 熊小京, 王新紅 申請人:廈門大學(xué)