氣提脫氨處理工藝在高氨氮污水處理中的應(yīng)用

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(中國(guó)石油撫順石化分公司催化劑廠，遼寧 撫順 113001)

隨著化工技術(shù)的發(fā)展，污水排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，高度重視環(huán)境保護(hù)，在治理污水的同時(shí)，不產(chǎn)生二次污染是污水處理考慮的重要因素。在二甲苯異構(gòu)化催化劑、高硅ZSM-5、低硅絲光、CDM-5沸石等的生產(chǎn)時(shí)，需要使用氨水、氯化銨、硝酸銨、硫酸銨等化工原料，造成廢水中氨氮(NH3-N)濃度較高。氣體脫氨技術(shù)不僅能降低廢水中的含氨量，保護(hù)環(huán)境，而且能將提濃后的氨水變成銨鹽回收再利用，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 工藝原理

當(dāng)廢水中pH值在11.5～12.0時(shí)，溶液中銨離子將轉(zhuǎn)變成游離氨，其反應(yīng)原理如下：

NH4++OH-NH3+H2O

此時(shí)廢水中的游離氨通過(guò)蒸汽汽提的方法易于從液相進(jìn)入氣相，進(jìn)入氣相的氨與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銨，其反應(yīng)方程如下：

2NH3+H2SO4(NH4)2SO4

生成的硫酸銨可作為催化劑制備過(guò)程中的原料回用，凈化后的蒸汽和放熱反應(yīng)產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)循環(huán)熱泵循環(huán)使用，達(dá)到節(jié)能的目的。

2 工藝流程

富含氨氮的污水(10℃～30℃，pH=3～8)由生產(chǎn)車間通過(guò)管道自流排入污水收集池，然后經(jīng)泵進(jìn)入系統(tǒng)，與處理合格的污水通過(guò)板式換熱器換熱，同時(shí)向管道入口中加入氫氧化鈉，使得pH上升到12，污水從汽提塔頂部噴淋而下，蒸汽從汽提塔底部進(jìn)入，加熱污水，溫度上升到所需溫度，游離氨從污水中析出，氨與蒸汽混合氣體從脫氨塔塔頂排出，通過(guò)蒸汽循環(huán)熱泵進(jìn)入吸收塔底部，吸收塔中吸收液為硫酸，并在塔內(nèi)循環(huán)，通過(guò)檢測(cè)硫酸pH值往塔內(nèi)按比例補(bǔ)充硫酸和水，當(dāng)塔底液位高于設(shè)定值時(shí)，塔底硫酸銨冷卻后排出，如圖1所示。

圖1 含氨污水處理工藝流程

3 運(yùn)行參數(shù)

進(jìn)水水質(zhì)：NH3-N濃度不大于4 000 mg/l, pH值11.0 ～ 12.0。

出水水質(zhì)：NH3-N濃度不大于8 mg/L, pH值10.0 ～ 11.0(需要后續(xù)調(diào)節(jié)pH值，合格后外排)。

處理污水量：設(shè)計(jì)值5 000 kg/h，運(yùn)行過(guò)程中逐漸增加到7 t/h，并且處理后氨氮污水氨氮含量合格。

運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)：脫氨塔運(yùn)行溫度100℃，吸收液pH值不大于3.5。

圖2 污水處理量調(diào)整及處理后污水氨氮含量趨勢(shì)圖

4 運(yùn)行效果

4.1 裝置處理結(jié)果

4.1.1 污水處理量及處理后污水分析結(jié)果

由圖2可知：總計(jì)裝置開(kāi)工運(yùn)行時(shí)間為49 h，隨著裝置開(kāi)工運(yùn)行時(shí)間，污水處理量由3 t/h調(diào)整到7 t/h，氨氮污水處理裝置處理能力正常值5 t/h，設(shè)計(jì)值6.25 t/h，開(kāi)工初期，處理量控制在3 t/h,后逐步增加到5 t/h、5.5 t/h、6 t/h，經(jīng)過(guò)24個(gè)小時(shí)連續(xù)6 t/h進(jìn)料，且處理后污水合格，裝置處理量達(dá)到設(shè)計(jì)值。

處理后污水基本小于6 g/ml，在分析數(shù)據(jù)中，有四組數(shù)據(jù)超設(shè)計(jì)值，主要原因是取樣時(shí)溫度未達(dá)控制指標(biāo)。除此控制波動(dòng)外，其余數(shù)據(jù)基本在3～4 g/ml之間，達(dá)到設(shè)計(jì)值8 g/ml以下。

4.1.2 處理前污水分析結(jié)果

裝置開(kāi)工前分析污水氨氮含量在2 000 mg/L左右。

4.2 主要工藝指標(biāo)

4.2.1 吸收液pH值

由圖3可知：硫酸吸收液pH值是關(guān)鍵控制點(diǎn)，一般控制在2～3，此次控制較為平穩(wěn)。在裝置開(kāi)工運(yùn)行的前幾個(gè)小時(shí)，需要升溫脫氨，吸收液的pH逐漸升高。pH計(jì)玻璃電極極易損壞，每次開(kāi)工結(jié)束需用3 mol/L氯化鉀溶液進(jìn)行保護(hù)，冬季需拆卸放置在室溫保存。

圖3 吸收液pH值趨勢(shì)圖

4.2.2 脫氨塔溫度

由圖4可知：脫氨塔塔頂、塔釜溫度要求控制在97℃～102℃，裝置運(yùn)行期間97℃～99℃之間，滿足控制要求。在裝置運(yùn)行29 h裝置處理量調(diào)整到7 t/h，而此時(shí)加熱蒸汽量調(diào)整幅度小，脫氨塔溫度降至96℃，此時(shí)取樣分析處理后污水氨氮值為20.73 mg/L，提高塔釜溫度達(dá)到控制參數(shù)后，重新取樣分析數(shù)據(jù)合格。由此可見(jiàn)，脫氨塔溫度是關(guān)鍵控制點(diǎn)，如達(dá)不到反應(yīng)溫度，氨不能充分解析，導(dǎo)致處理后污水氨氮不達(dá)標(biāo)。

圖4 脫氨塔溫度趨勢(shì)圖

4.2.3 脫氨塔壓力

由圖5可見(jiàn)，脫氨塔在運(yùn)行期間氣相壓力未超過(guò)7 kPa，由于此裝置尾氣直通大氣，整個(gè)裝置基本在常壓下控制，塔頂、塔釜壓力主要與反應(yīng)的劇烈程度和通入蒸汽量大小有關(guān)，緩慢升溫可以使氨解析量穩(wěn)定，通過(guò)硫酸吸收反應(yīng)不劇烈，保證塔內(nèi)壓力控制穩(wěn)定。

圖5 脫氨塔壓力趨勢(shì)圖

4.2.4 脫氨塔液位

由圖6可見(jiàn)，脫氨塔的液位控制穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)液位平衡。

圖6 脫氨塔液位趨勢(shì)圖

5 結(jié)語(yǔ)

此次開(kāi)工氨氮污水裝置開(kāi)工達(dá)到正常處理量5 t/h，而且處理效果顯著，原水從2 000 mg/L處理到3 mg/L，去除率達(dá)到99.85%，超過(guò)設(shè)計(jì)值99.0%，脫氨塔、吸收塔、蒸汽循環(huán)熱泵、換熱器等主要設(shè)備運(yùn)行良好，但由于氨氮濃度未達(dá)到設(shè)計(jì)值(4 000 mg/L)，物耗、能耗方面與設(shè)計(jì)值有一定差異，初步結(jié)論裝置處理量達(dá)到設(shè)計(jì)值，處理效果顯著。