改良電滲析法和集成膜法在硝酸銨廢水回收中的應(yīng)用

王　方，王明亞，王明太

(1.清華大學(xué)熱能工程系　北京　100084； 2.蘇州華清水處理技術(shù)有限公司　江蘇常熟　215500)

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改良電滲析法和集成膜法在硝酸銨廢水回收中的應(yīng)用

王方1，2，王明亞2，王明太2

(1.清華大學(xué)熱能工程系北京100084； 2.蘇州華清水處理技術(shù)有限公司江蘇常熟215500)

分析了電滲析法處理硝酸銨廢水存在的問題，介紹了常規(guī)電滲析濃縮分離與特種電去離子深度處理相結(jié)合的改良型電滲析法以及集成膜技術(shù)在硝酸銨廢水處理中的應(yīng)用。對于現(xiàn)有采用電滲析法處理硝酸銨廢水的企業(yè)，建議增設(shè)電去離子深度處理裝置；對于新建企業(yè)，建議采用先進的集成膜技術(shù)對硝酸銨廢水進行處理。

硝酸銨廢水電滲析法改良電滲析法集成膜法

硝酸銨廢水回收技術(shù)改變了原有硝酸銨廢水兌水沖稀的處理方式，取得了良好的環(huán)保效益和經(jīng)濟效益。在《硝酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 26131—2010)中規(guī)定了新建企業(yè)水污染物排放限值(氨氮質(zhì)量濃度≤10 mg/L，總氮質(zhì)量濃度≤30 mg/L)，同時對特定地區(qū)制定了更嚴格的水污染物排放限值。蘇州華清水處理技術(shù)有限公司(以下簡稱蘇州華清公司)回收硝酸銨廢水項目起步于2008年，在進行了為期3年的中試研究后，2011年開始進行此類工程的開發(fā)，為獲得第一手資料，在國內(nèi)進行了調(diào)研考察。

1　電滲析法處理硝酸銨廢水工程的調(diào)研考察

2011年至2014年，先后對陜西興化、貴州開磷、川化、山東聯(lián)合化工、內(nèi)蒙古烏拉山、河南晉開、山西豐喜、河南永昌、廣西柳化、內(nèi)蒙古伊東九鼎、安徽淮化、山西平朔、神華烏海、甘肅劉化、重慶富源、湖北凱龍等公司的電滲析法處理硝酸銨廢水裝置進行了調(diào)研考察，內(nèi)容包括裝置運行是否可靠穩(wěn)定、處理后淡水中氨氮含量是否達到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求、用戶對電滲析法處理硝酸銨廢水裝置的意見等。考察結(jié)果表明：電滲析法處理硝酸銨廢水裝置運行可靠穩(wěn)定；在額定負荷下，除山東聯(lián)合化工的電滲析裝置處理后的淡水中氨氮質(zhì)量濃度能達到≤10 mg/L外，其余各企業(yè)處理后的淡水中氨氮質(zhì)量濃度大都在15 mg/L左右，最差的淡水電導(dǎo)率可達691 μS/cm(相當(dāng)于氨氮質(zhì)量濃度170 mg/L左右)。

通過調(diào)研考察，電滲析法處理硝酸銨廢水裝置存在的問題：①電滲析器前段膜片運行幾個月就發(fā)生堵塞，需頻繁更換；②存在電滲析器向外漏水和膜片間相互串水的現(xiàn)象；③電滲析器的脫鹽率較低，僅70%左右；④處理后的淡水中氨氮質(zhì)量濃度難以達到≤10 mg/L。

2　回收硝酸銨廢水用的改良型電滲析法[1-2]

根據(jù)開發(fā)電去離子凈水技術(shù)的經(jīng)驗，針對上述電滲析法處理硝酸銨廢水存在的問題，提出對電滲析法處理后得到的淡水再進行深度處理。此種將常規(guī)電滲析濃縮分離與特種電去離子深度處理相結(jié)合的處理硝酸銨廢水的方法，稱為改良型電滲析法。

2011年9月，蘇州華清公司與河南永昌硝基肥有限公司合作，在原電滲析處理硝酸銨廢水裝置之后增設(shè)1套10 m3/h電去離子深度處理裝置。電去離子深度處理裝置由4個特制的電去離子膜堆和1套人機界面控制系統(tǒng)構(gòu)成，具有很好的自動控制能力，可無人值守。運行記錄表明：電去離子深度處理裝置在額定負荷10 m3/h、進水電導(dǎo)率≤60 μS/cm(相當(dāng)于氨氮質(zhì)量濃度15 mg/L)的條件下，可使出水中氨氮質(zhì)量濃度≤1 mg/L，甚至電導(dǎo)率達1 μS/cm；即使進水中硝酸銨含量過高，但經(jīng)過電滲析和電去離子裝置處理后，也未出現(xiàn)膜堆終端出水氨氮質(zhì)量濃度超過10 mg/L的情況。

該硝酸銨廢水深度處理系統(tǒng)有如下特點：①出水水質(zhì)好；②模塊化結(jié)構(gòu)，方便調(diào)節(jié)處理水量；③占地面積小，便于安裝維護；④操作簡單、自動化程度好，可無人值守；⑤耗電少，經(jīng)濟效益好；⑥節(jié)約用水，對環(huán)境友好，社會效益好。同時，對電滲析裝置而言，由于降低了低含鹽段處理的負荷，提高了其工作效率，有助于延長電滲析裝置的使用壽命。因此，建議采用電滲析處理硝酸銨廢水的企業(yè)增建1套電去離子深度處理裝置，通過調(diào)節(jié)電去離子膜堆數(shù)量，使終端出水達到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，也能達到當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門提出的更高的排放要求。

3　回收硝酸銨廢水用的集成膜法

當(dāng)今膜技術(shù)已取得長足進步，不但種類繁多，而且各有特色，采用多種膜技術(shù)集成將比使用單一膜更有成效。筆者建議采用集成膜工藝[3]處理硝酸銨廢水以代替現(xiàn)有的電驅(qū)動電滲析工藝，可克服原電滲析工藝濃縮效果不佳、過濾精度不高、操作復(fù)雜以及處理后淡水中硝酸銨含量高等不足。用集成膜技術(shù)處理硝酸銨廢水的裝置設(shè)置在該廢水原液經(jīng)酸堿中和調(diào)pH工藝和冷卻工藝處理后，其工藝流程如圖1所示，其中高、低壓反滲透工藝已完成中試試驗。

集成膜工藝效果：①集成膜技術(shù)采用電去離子膜工藝可使處理后的硝酸銨廢水含氨氮質(zhì)量濃度≤1 mg/L，接近純水的質(zhì)量水平，可全部回用，節(jié)約了水資源，實現(xiàn)真正意義上的零排放，硝酸銨廢水不再排放污染環(huán)境，環(huán)保效益好。②本集成膜技術(shù)的工藝過程均在常溫下進行，無相變，因此與產(chǎn)生相變的蒸餾濃縮法相比，大幅降低了能耗;與采用電滲析技術(shù)相比，采用反滲透膜工藝處理硝酸銨廢水能耗有所降低，以海水淡化為例，采用反滲透膜工藝的能耗僅為采用電滲析工藝的10%。③用電滲析法或離子交換法處理硝酸銨廢水的噸水運行費用約為4.5元，預(yù)計采用本集成膜法處理硝酸銨廢水的全部水處理裝置的運行費用可節(jié)省20%左右。④操作簡單，改善了生產(chǎn)環(huán)境，實現(xiàn)清潔文明生產(chǎn)。

圖1　處理硝酸銨廢水用集成膜技術(shù)工藝流程

4　結(jié)語

實際運行數(shù)據(jù)表明，在額定負荷下，采用電驅(qū)動膜電滲析處理硝酸銨廢水，得到的淡水難以達到國標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著國家對硝酸銨生產(chǎn)企業(yè)環(huán)保要求的提高，建議現(xiàn)有采用電滲析法處理硝酸銨廢水的企業(yè)增設(shè)電去離子深度處理裝置，使改良型電滲析法處理后的淡水中含氨氮質(zhì)量濃度≤10 mg/L；對于新建企業(yè)，建議采用先進的集成膜技術(shù)對硝酸銨廢水進行處理。

[1]王方，王明亞，王明太.硝酸銨廢水深度處理技術(shù)[J].工業(yè)用水與廢水，2012(1)：46-49.

[2]王方，王明亞，馬福江，等.電去離子技術(shù)深度處理硝酸銨廢水工程實例[J].工業(yè)用水與廢水，2013(6)：74-76.

[3]蘇州華清水處理技術(shù)有限公司.一種用集成膜技術(shù)處理硝酸銨廢水的方法：104291501A[P].2015-01-21.

Use of Improved Electrodialysis Process and Integrated Membrane Process in Ammonium Nitrate Wastewater Recovery

WANG Fang1,2, WANG Mingya2, WANG Mingtai2

(1.Department of Thermal Engineering, Tsinghua UniversityBeijing100084；2.Suzhou Huaqing Water Treatment Technology Co., Ltd.Jiangsu Changshu215500)

The problems in treatment of ammonium nitrate wastewater with electrodialysis process are analyzed, the use of improved electrodialysis process, which is the combination of conventional electrodialysis concentration and separation and special electrodeionisation advanced treatment, and integrated membrane technology in treatment of ammonium nitrate wastewater are presented. For the existing plants treating ammonium nitrate wastewater with electrodialysis process, adding electrodeionisation advanced treatment equipment is suggested; for the new build plants, it is proposed that the advanced integrated membrane process should be used in treatment of ammonium nitrate wastewater.

ammonium nitrate wastewaterelectrodialysis processimproved electrodialysis processintegrated membrane process

王方(1938—)男，教授，研究方向為工業(yè)水處理的研究和開發(fā)；wangfang@mail.tsinghua.edu.cn。

X703.1

A

1006-7779(2016)03-0044-03

2014-09-16)