氨氮廢水閉環(huán)吹脫合成烏洛托品處理技術(shù)

陳曉宇　鄭燕云　鄧亮

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)化建設(shè)步伐不斷加快，工業(yè)生產(chǎn)的化工、冶金、制藥、化肥、電子、食品、皮革、垃圾填埋及部分輕工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生大量高濃度氨氮廢水。氨氮廢水的污染問(wèn)題日趨突出，已經(jīng)成為了制約相關(guān)行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要因素和關(guān)鍵問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】氨氮廢水；閉環(huán)吹脫處理技術(shù)；烏洛托品；應(yīng)用

0 前言

近年來(lái)，隨著城市人口的日益膨脹和工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，水環(huán)境污染事故屢屢發(fā)生，對(duì)人、畜構(gòu)成嚴(yán)重危害。為滿(mǎn)足公眾對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高的現(xiàn)狀，國(guó)家對(duì)氮制訂了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，研究開(kāi)發(fā)出經(jīng)濟(jì)、高效的除氮處理技術(shù)已成為水污染控制工程領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

1 氨氮廢水處理技術(shù)的難點(diǎn)分析

現(xiàn)有的氨氮廢水處理方法處理成本高，工藝技術(shù)不夠成熟，且只能處理濃度較低的廢水。對(duì)于高濃度、大水量的氨氮廢水現(xiàn)有技術(shù)中采用最廣泛的還是吹脫技術(shù)，但氨氮吹脫技術(shù)存在效率低、能耗大、二次污染大、運(yùn)行不夠穩(wěn)定、運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)。氨氮處理副產(chǎn)物一般為銨鹽（硫酸銨或氯化銨），副產(chǎn)物經(jīng)濟(jì)效益極低，處理1噸高濃度氨氮廢水的費(fèi)用在100-150元左右，企業(yè)難以承受其高昂的費(fèi)用，環(huán)保工程往往淪為形象工程。采用切實(shí)可行的氨氮廢水治理技術(shù)，一要降低企業(yè)廢水處理的成本，提高企業(yè)治理污染的積極性，保護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)生活環(huán)境，二要盡可能的回收可利用的資源，進(jìn)一步降低企業(yè)成本，盡可能的實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)更大的社會(huì)效益，為相關(guān)行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

2 氨氮廢水處理技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

目前，氨氮廢水處理技術(shù)主要有：直接蒸發(fā)結(jié)晶法，即將水以熱水或蒸餾水的方式循環(huán)使用，銨鹽以結(jié)晶方式回收；沸石吸附法，是指沸石離子交換廢水中游離的氨（或銨離子），達(dá)到除去工業(yè)污水和生活污水中氨氮的目的；折點(diǎn)氯化法，是將Cl2通入廢水中達(dá)到某一點(diǎn)，此點(diǎn)氨的濃度降為零，游離氯的含量最低，此過(guò)程中產(chǎn)生無(wú)毒無(wú)害的氮?dú)猓煌寥拦喔确?，是把低濃度的氨氮廢水經(jīng)過(guò)去除病菌、重金屬、有機(jī)物等有害物質(zhì)后，作為農(nóng)作物的肥料來(lái)使用；電化學(xué)法，用電化學(xué)間接氧化法去除氨氮；氧化法，臭氧氧化法是指用臭氧使水中氨氮氧化為氮?dú)獾姆椒?；微生物法，是模擬自然界中氮的循環(huán)過(guò)程，利用污泥中的專(zhuān)性好氧硝化菌和兼性反硝化菌的聯(lián)合作用，將水體中的含氮化合物轉(zhuǎn)變成氮?dú)獾姆椒ǎ蝗闋钜耗し?，利用膜?nèi)外兩側(cè)氨濃度差的推動(dòng)，氨分子不斷通過(guò)膜表面吸附，滲透擴(kuò)散遷移至膜相內(nèi)側(cè)解吸，從而達(dá)到分離去除氨氮的目的；電滲析法，是指在外加直流電場(chǎng)的作用下，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，使離子從一部分水中遷移到另一部分水中的物理化學(xué)過(guò)程；化學(xué)沉淀法，通過(guò)向廢水中投加某種化學(xué)藥劑，除去銨根離子和游離的氨；吹脫法與氣提法，利用水中氨氮的實(shí)際濃度與平衡濃度之間的差異，是氨氮轉(zhuǎn)移至氣相而去除。作為傳統(tǒng)工藝雖然技術(shù)相對(duì)成熟，應(yīng)用也非常廣泛，但是傳統(tǒng)工藝在基礎(chǔ)建設(shè)和運(yùn)行成本上都相對(duì)很高，并經(jīng)傳統(tǒng)工藝處理的廢水氨氮含量一般在150～400mg/L之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，極易造成二次污染，必須要經(jīng)過(guò)下一步處理才能排放，這使得處理工藝很復(fù)雜。

3 氨氮廢水合成烏洛托品閉環(huán)吹脫工藝

氨氮廢水閉環(huán)吹脫技術(shù)合成烏洛托品循環(huán)利用處理系統(tǒng)采用閉環(huán)吹脫與吸收工藝設(shè)計(jì)，主要是將高濃度氨氮廢水通過(guò)控溫、吹脫、吸收、除氨4道基本工序，利用甲醛吸收吹脫出的氨氣合成烏洛托品，生成的10%烏洛托品直接返回制化工中間體系統(tǒng)進(jìn)行回用。整個(gè)工藝過(guò)程大大節(jié)省了吸收后副產(chǎn)物的處理成本，減輕了排污負(fù)擔(dān)，還能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益（見(jiàn)圖1氨氮廢水閉環(huán)處理工藝流程圖和圖2氨氮吹脫與合成烏洛托品閉環(huán)處理系統(tǒng)工藝流程圖）。

圖2 氨氮吹脫與合成烏洛托品閉環(huán)處理系統(tǒng)工藝流程圖

1.吹脫進(jìn)液泵；2.污水循環(huán)池；3.換熱盤(pán)管；4.吹脫風(fēng)機(jī)；5.除霧器；6.霧化噴頭；7.填料區(qū)；8.吹脫塔；9.除霧器；10.霧化噴頭；11.填料區(qū)；12.吸收（合成）塔；13.甲醛循環(huán)泵；14.換熱盤(pán)管；15.烏洛托品集液池

4 氨氮廢水合成烏洛托品閉環(huán)吹脫工藝關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 新型廢水霧化技術(shù)的應(yīng)用

該技術(shù)采用氣液混合吹脫進(jìn)液泵，將需處理的廢水和空氣在泵腔內(nèi)進(jìn)行混合，然后將廢水提升至塔頂，通過(guò)高霧化實(shí)心螺旋噴頭將廢水霧化噴淋，使廢水分布地更均勻、霧化地更徹底，增加了吹脫過(guò)程中氣液接觸的面積，減少了吹脫的氣液比（從3000降至2000），降低了吹脫的能耗（噸廢水耗電從3Kwh降至2Kwh）。

4.2 吹脫塔使用脫氨劑新工藝

新型脫氨劑的使用降低了污水的表面能（表面張力），使污水在吹脫過(guò)程中形成大量的小氣泡，從而使氨氣在這些小氣泡中更好的完成氣液交換。新型脫氨劑的使用還打斷了氨氣與水分子之間的化學(xué)力（氫鍵），使平衡向右偏移，反應(yīng)向正向進(jìn)行，吹脫效率明顯提高至90%以上，經(jīng)其處理后的氨含量可以小于0.5ppm。

4.3 采用氨氣廢物綜合利用工藝，研發(fā)了合成烏洛托品方法

傳統(tǒng)氨氮吹脫、吸收副產(chǎn)物為銨鹽（硫酸銨或氯化銨），經(jīng)濟(jì)效益極低。本項(xiàng)目技術(shù)采用氨氣與甲醛合成烏洛托品，副產(chǎn)物經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。主要是將高濃度氨氮廢水通過(guò)控溫、吹脫、吸收、除氨4到基本工序，利用甲醛吸收吹脫出的氨氣合成烏洛托品，生成的10%烏洛托品直接返回制化工中間體系統(tǒng)進(jìn)行回用。整個(gè)工藝過(guò)程大大節(jié)省了吸收后副產(chǎn)物的處理成本，減輕了排污負(fù)擔(dān)，還能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4.4 復(fù)合材料防腐技術(shù)

由于氨氮廢液具有一定的腐蝕性，因此非常有必要對(duì)設(shè)備做相應(yīng)的防腐措施。吹脫塔、吸收塔等主體設(shè)備使用鋼制襯塑內(nèi)襯防腐材質(zhì)（或玻璃鋼-聚丙烯符合材料），是在鋼制罐體內(nèi)表面襯里聚丙烯或聚乙烯等防腐塑料，兩者緊密連接。鋼制材質(zhì)確保了產(chǎn)品的強(qiáng)度，塑料層使產(chǎn)品耐腐蝕強(qiáng)度大大提高，提升了產(chǎn)品的可靠性，經(jīng)久耐用。

4.5 閉環(huán)式（氣體，熱量）新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

吹脫風(fēng)機(jī)的出口連吹脫塔的進(jìn)口，吹脫塔的出口連吸收塔的進(jìn)口，吸收塔的出口連風(fēng)機(jī)的進(jìn)口，形成一個(gè)閉路，避免尾氣中氨氣外溢，造成二次污染。同時(shí)將風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量留在系統(tǒng)中，降低氣溫對(duì)吹脫效果的影響。普通設(shè)備是僅僅通過(guò)風(fēng)機(jī)的吹力，消耗風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓來(lái)吹脫廢液，該閉路的設(shè)計(jì)使得設(shè)備內(nèi)部不僅有吹力，也有吸力，從而使吹脫風(fēng)機(jī)壓降可從2000Pa降低至1000Pa，大大的減少風(fēng)機(jī)能耗。

4.6 采用纖維床除霧器

系統(tǒng)在吹脫塔、吸收塔的頂部安裝纖維床除霧裝置，當(dāng)含有霧粒的氣體水平通過(guò)纖維床層時(shí)，通過(guò)慣性碰撞、直接攔截、布朗運(yùn)動(dòng)原理將霧粒捕集在除霧器單個(gè)的纖維上，并逐漸凝聚成大顆?；蛞耗ぃ跉饬魍苿?dòng)力的作用下，穿過(guò)纖維床層，并沿床層的內(nèi)表面在重力的作用下排出床層，達(dá)到捕集霧液凈化氣體的作用。該裝置阻力小，除霧效果好，1um以上液滴去除率達(dá)到90%以上，能有效防止吹脫后的廢水進(jìn)入吸收系統(tǒng)中，防止廢水對(duì)吸收液的污染，提高了吸收塔中副產(chǎn)物的純度。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，氨氮廢水閉環(huán)吹脫技術(shù)合成烏洛托品循環(huán)利用處理系統(tǒng)通過(guò)氨氮吹脫技術(shù)從溫度、效率、能耗、二次污染、循環(huán)利用等多方面進(jìn)行綜合研究，利用閉環(huán)吹脫和副產(chǎn)烏洛托品工藝，解決了高濃度氨氮廢水吹脫中單一吹脫效率相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題，達(dá)到降低氣液比、提高氨氮吹脫效率、杜絕吹脫過(guò)程中產(chǎn)生的二次污染、合成烏洛托品循環(huán)利用、降低處理運(yùn)行成本等目的。這種節(jié)能、高效、具有經(jīng)濟(jì)效益的氨氮吹脫工藝是市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)及企業(yè)需求所在。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]