二級吹脫+硫酸吸附工藝處理高氨氮廢水

劉 興

(栗田工業(yè)(蘇州)水處理有限公司，江蘇 蘇州 215000)

隨著國民經(jīng)濟及科技的發(fā)展，我國化學制造業(yè)、石油加工業(yè)以及半導體等行業(yè)規(guī)模得到快速發(fā)展，與此同時，氨氮廢水的排放量也日益增加。氨氮為影響地表水環(huán)境質(zhì)量的首要指標之一，大量氨氮廢水排入水體，能夠引起水體富營養(yǎng)化、導致水生動物死亡，不僅污染環(huán)境還會對人體產(chǎn)生毒害作用[1]。因此，氨氮廢水處理，尤其是高氨氮廢水的處理在國內(nèi)外都受到極大的關注。目前，對于氨氮廢水處理主要有化學沉淀法、吹脫法、折點氯化法、離子交換法、生物處理法等技術[1-2]。其中，吹脫法多用于處理中高濃度的氨氮廢水，吹脫出的氨可有效回收利用，并且設備操作簡單、處理效果穩(wěn)定、運行費用低，在國內(nèi)外得到廣泛應用[3-4]。

1 廢水來源與水質(zhì)水量

上海某集成電路研發(fā)中心，聚焦集成電路主流技術路線，致力于解決重大共性技術的研發(fā)及服務支撐問題，并為自主可控產(chǎn)業(yè)鏈建設提供公共的裝備和材料驗證平臺。在企業(yè)研發(fā)試驗過成中，產(chǎn)生一股高氨氮廢水，廢水量為6 m3/d，具有高氨氮、高F-及高H2O2濃度等特點。設計進水水質(zhì)及排放要求見表1。

表1 進出水水質(zhì)

2 工藝流程設計

2.1 工藝選擇

圖1 廢水工藝流程

2.2 工藝原理

相關研究表明，吹脫塔的吹脫效率與廢水溫度、pH、氣液比有密切關系[8-9]。隨著pH、溫度及氣液比的增大，對氨氮的吹脫效率和吸收效率呈增長趨勢，一般來說pH值要提高到10.8～11.5，水溫不低50 ℃，水力負荷為2.5～5 m3/m2·h，氣水比為2500～5000范圍，吹脫除氨效率可達90%以上[10-11]。

2.3 工藝流程說明

鑒于企業(yè)生產(chǎn)廢水屬于間歇性排放且水量較小，因此采用先收集再集中處理的方式，系統(tǒng)設計規(guī)模1 m3/h，每天運行6 h。

廢水由車間輸送管道排入原水箱，由提升泵將廢水打入pH調(diào)整槽，向其中投加NaOH，調(diào)節(jié)廢水pH在10.5～11.5范圍，之后進入中間水箱，再由提升泵將廢水打入換熱器，通過同熱水熱量交換，將廢水溫度提升至55 ℃后進入吹脫塔。

為了提高氨氮的去除效率，采用二級吸附塔串聯(lián)的設計，同時在塔內(nèi)設置填料，以促進空氣和水的充分接觸。根據(jù)傳質(zhì)種類及性質(zhì)的不同，分為廢水路、氣路及吸收液回路，其各運行模式如下：

(1)水路：廢水首先進入一級吹脫塔，再由提升泵將廢水打入二級吹脫塔。在吹脫塔內(nèi)，廢水從塔的上部淋灑到填料上形成水滴并流向塔底，同時用風機從塔底吹入空氣，使氣水充分接觸，游離氨從水中逸出被空氣帶走。進過處理的廢水集中在二級吹脫塔底部，由排放水泵排入含氟廢水處理系統(tǒng)。

(2)氣路：通過廢水風機從二級吹脫塔底部向塔內(nèi)送氣，形成與廢水的一次脫氨處理，含有氨的廢氣從二級吹脫塔頂部排出，從一級吹脫塔底部進入二級吹脫塔，再從頂部排出進入吸附塔，采用吸收液對廢氣內(nèi)氨進行吸收，經(jīng)過凈化的氣體由風機吸出，形成一個密閉循環(huán)系統(tǒng)，從而防止了NH3的外溢造成的二次污染。

(3)吸收液采用pH在1～2的硫酸溶液，通過吸附塔循環(huán)將吸收液從吸附塔頂部輸送至吸附塔，同從底部進入的含氨廢氣充分接觸，從而吸附廢氣中的氨形成硫酸銨溶液。吸收液的循環(huán)過程是硫酸銨溶液的濃縮過程，當吸收液中的硫酸銨達到一定濃度后，將吸收液排入硫酸銨收集箱委外處理。

3 主要設備參數(shù)

(1)原水箱：1座，F(xiàn)RP材質(zhì)，?1600×1800 (mm)，有效池容：3 m3，HRT：12 h。配套提升泵2臺，1用1備，Q=1.5 m3/h、H=35 m、N=0.46 kW；超聲波液位計1臺；DN25電磁流量計1臺。

(2)pH調(diào)整槽及中間水槽：1座，F(xiàn)RP材質(zhì)，Φ1500×2300 (mm)，其中①pH調(diào)整槽：有效池容1 m3，HRT：1 h，配套NaOH加藥泵2臺，1用1備，Q=0.5 L/min，P=1 MPa，N=0.37 kW；攪拌機1臺，R=150 rpm、N=0.75 kW；pH計一套。②中間水槽：有效池容2 m3，HRT：2 h，配套提升泵2臺，1用1備，Q=1.5 m3/h、H=35 m、N=0.46 kW；差壓液位計1臺；轉(zhuǎn)子流量計1個。

(3)板式換熱器：1臺，板片SUS316材質(zhì)，換熱面積0.98 m2，加熱范圍15～55 ℃，配套壓力變送器1套；比例調(diào)節(jié)閥1個。

(4)一級吹脫塔：1座，F(xiàn)RP材質(zhì)，?800×H7300 (mm)，內(nèi)裝填鮑爾環(huán)填料3 m3，配套提升泵2臺，1用1備，Q=1.5 m3/h、H=35 m、N=0.46 kW；壓差液位計1臺。

(5)二級吹脫塔：1座，F(xiàn)RP材質(zhì)，?800×H7300 (mm)，內(nèi)裝填鮑爾環(huán)填料3 m3，配套提升泵2臺，1用1備，Q=1.5 m3/h、H=35 m、N=0.46 kW；壓差液位計1臺；DN25電磁流量計1臺；廢氣風機，1臺，F(xiàn)RP材質(zhì)，風量4000 m3/hr，風壓2500 Pa，功率5.5 kW；出水氨氮檢測儀1套。

(6)吸附塔：1座， FRP材質(zhì)，?800×H7300 (mm)，內(nèi)裝填鮑爾環(huán)填料1.5 m3，配套提升泵2臺，1用1備，Q=3 m3/h、H=25 m、N=1.5 kW；pH計一套；壓差液位計1臺；硫酸加藥泵，2臺，1用1備，Q=0.85 L/min，P=1 MPa，N=0.37 kW。

(7)硫酸銨收集箱：1座，F(xiàn)RP材質(zhì)，?2100×H2900 (mm)，有效池容：10 m3。配套提升泵2臺，1用1備，Q=10 m3/h、H=25 m、N=2.2 kW；超聲波液位計1臺。

4 運行要點及效果

該污水處理系統(tǒng)吹脫塔為2級串聯(lián)，調(diào)試時，主要調(diào)節(jié)廢水的pH、進水溫度、氣水比及硫酸銨濃度等指標，整個系統(tǒng)采用PLC控制，全自動運行，主要控制點如下：

(1)在pH調(diào)整槽，通過pH計同NaOH加藥泵聯(lián)動，控制NaOH加藥量，控制廢水pH在11.5～11.8范圍；

(2)廢水經(jīng)過板式換熱器，同熱水源進行換熱，通過溫度變送器同比例調(diào)節(jié)閥聯(lián)動，調(diào)節(jié)熱水水量，從而控制廢水溫度在55 ℃；

(3)吹脫塔內(nèi)，控制氣水比在1500～3000范圍內(nèi)；

(4)在吸附塔，通過液位控制硫酸銨溶液的排放。運行時，先在吸附塔內(nèi)補充自來水至中液位，同時投加H2SO4，使吸收液pH維持在1.5～2范圍，隨著吸收液吸收氨的量的增多，吸收液pH會升高，需繼續(xù)補充H2SO4，當吸附塔底部吸收液達到高液位，開啟自動排放閥，將吸收液排入硫酸銨收集箱。

在管路設計時，為了保證出水效果，在氨氮檢測儀前段及后端各增加自動閥，控制廢水的排放與循環(huán)：當排放廢水氨氮達標時排入含氟廢水處理系統(tǒng)；當排放廢水不達標時，將廢水排入中間水池，循環(huán)處理。

系統(tǒng)自2019年6月調(diào)試運行以來，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定。運行時，實際廢水氨氮濃度在450～600 mg/L，經(jīng)過吹脫處理，最終排放廢水氨氮濃度在10以下，去除率達到97%以上，完全達到設計要求，同時產(chǎn)生15%硫酸銨廢液約65 L/d。

5 效益分析

該工程占地55.5 m2，總投資199.7萬元(不含土建費用)，系統(tǒng)運行總費用280.8元/d(不含人工費及硫酸銨廢液處理費用)，其中藥劑費173元/d，電費77.8元/d，折合噸水成本為46.8元/m3。

6 結 論

實際運行結果表明，采用“二級吹脫+硫酸吸附”工藝處理高氨氮廢水是穩(wěn)定可行的，運行中，原廢水氨氮濃度450～600 mg/L，經(jīng)過吹脫處理，排放廢水氨氮濃度在10 mg/L以下，去除率達到97%以上。

系統(tǒng)運行時，控制進入吹脫塔廢水pH在11.5～11.8范圍、進水溫度55 ℃、氣水比1500～3000范圍，吹脫產(chǎn)生的氨用硫酸吸收，避免造成二次污染。

采用PLC控制，整個系統(tǒng)全自動運行，無人值守，運行穩(wěn)定高效，操作維護簡單。