本技术涉及一种渗透蒸馏与唐南透析并联耦合的反应器,旨在提升高氨氮废水的氨回收效率。该装置由渗透蒸馏系统、唐南透析系统和进水室组成,两者并联连接至进水室两侧,并通过管道相互连接。通过并联耦合技术,该反应器能够实现进水室pH值的动态平衡,降低NH3转移导致的pH下降,同时通过H+转移提高pH,形成pH自适应机制。这一机制有助于控制膜通量,优化氨氮废水处理和氨回收过程,提高处理效率和系统稳定性。
背景技术
垃圾渗滤液中含有大量的氨氮,氨作为一种储氢载体,如果可以将其进行纯化,方便于后续对氨氮的资源化利用,目前常用以下系统来实现氨回收:
渗透蒸馏系统(Osmotic Distillation,OD)是一种日常生活常见的水处理技术,基于它采用的是膜在两侧起到隔离的作用,主要用于液体混合物的分离,尤其是在食品和生物技术行业中,这种工艺利用了半透膜的特性,半透膜对水分子具有选择性透过性,但对于溶质分子则几乎不透过。而OD工艺通常在常温下进行,其原理是利用一种特殊的半透膜,这种半透膜可以是疏水性的也可以是亲水性的,疏水性的半透膜其表面对水和其他极性溶剂具有排斥性,而允许一些非极性溶剂或气体通过,而亲水性的半透膜它允许水分子通过,但是阻止或限制溶质分子或离子的通过。半透膜的选择性透过性是基于分子的大小、形状、电荷或其他物理化学特性。半透膜广泛应用于分离、过滤和浓缩等多种工业和生物技术过程。其反应运行的动力来源于膜两侧的组分压差,进水室中的挥发性组分会通过膜并在低压侧汽化,形成渗透物蒸气,由于进水室中不同组分在膜中的溶解度和扩散速度存在差异,渗透蒸馏可以实现这些组分的有效分离。同时膜两侧可以是气体-液体、液体-液体、固体-液体等各种体系。
唐南透析系统(Donnan Dialysis,DD)是一种采用离子交换膜对溶液中离子进行分离过程,它利用的原理是唐南效应,以此实现离子的选择性传输。唐南效应指的是在半透膜两侧存在带电粒子时,由于这些粒子不能通过半透膜,导致膜两侧的离子浓度不同,从而产生额外的渗透压。这种现象是由美国物理学家约西亚·威拉德·吉布斯和英国化学家弗雷德里克·乔治·唐南所提出的。
目前,对于单级渗透蒸馏和单级唐南透析应用于含氨氮废水处理的相关报道中,存在对不同的进水氨氮浓度、进水pH和接收液介质等影响因素对两个单级系统氨回收效果影响研究,尽管可以取得不错的氨回收率,但是单级渗透蒸馏往往需要人为在进水室制造高pH环境,随着进水室pH在反应中下降,氨回收效率下降的情况。单级渗透蒸馏则存在着进水室的pH受接收液介质影响的情况,进水室pH的改变会使得氨回收性能下降。
实现思路