700 MW燃煤電廠含氨氮廢水處理技術(shù)應(yīng)用分析

邵 華

(廣東省能源集團(tuán)有限公司珠海發(fā)電廠，廣東 珠海 519050)

0 引 言

某700 MW燃煤電廠廢水排放面臨的主要環(huán)保風(fēng)險是氨氮超標(biāo)。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)再生時，將產(chǎn)生含氨氮濃度較高的廢水，這部分廢水直接排放或者與其他工業(yè)廢水混合稀釋后排放，都易導(dǎo)致外排廢水中氨氮濃度超過排放標(biāo)準(zhǔn)15 mg/L。為徹底杜絕環(huán)保隱患，該廠進(jìn)行了含氨氮廢水的處理研究[1]，以實(shí)現(xiàn)氨氮達(dá)標(biāo)排放、廢水綜合利用的目標(biāo)。

1 項目概況

某電廠2臺700 MW火力發(fā)電機(jī)組，分別于2000年4月和2001年2月投入商業(yè)運(yùn)行。該廠凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的高速混床采用除鹽水稀釋的高純鹽酸、氫氧化鈉進(jìn)行再生。陽樹脂再生廢水中含有大量的Cl-、NH4+，少量的硬度離子及鐵的腐蝕產(chǎn)物；陰樹脂再生廢水中含有大量的Na+及少量的硬度離子；二者混合后成為主要含氯化鈉和氨氮的再生廢水，再生廢水量約為2 000 m3/月。

1.1 原精處理再生廢水處理工藝

電廠精處理再生廢水原設(shè)計采用中和法進(jìn)行處理，如圖1所示。精處理再生廢水首先收集在中和池內(nèi)，用噴射器加入酸或堿，并通過鼓風(fēng)充分混和。當(dāng)pH值調(diào)整到6～9后，排至大海。該工藝僅解決了廢水酸堿度的問題，未考慮存在氨氮超標(biāo)的風(fēng)險。

圖1 精處理再生廢水原設(shè)計處理工藝

1.2 精處理再生廢水和電廠渣水水質(zhì)

1.2.1精處理再生廢水水質(zhì)

精處理再生廢水水質(zhì)見表1、表2。

表1 中和池精處理再生廢水水質(zhì)

表2 中和池精處理再生廢水水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測情況

由表1、表2可以看出，精處理再生廢水中Ca2+、Mg2+等離子含量較低，電導(dǎo)率、Cl-含量和氨氮含量波動較大。電導(dǎo)率在2 660～22 800 μS/cm范圍內(nèi)；Cl-含量在940～5 100 mg/L范圍內(nèi)；氨氮含量波動范圍為2.4～510 mg/L，波動幅度極大。

據(jù)統(tǒng)計，電廠鍋爐系統(tǒng)全年因爐水加氨處理，需消耗25%的濃氨水約40 t。不考慮氨逃逸損失，這些氨最終進(jìn)入精處理再生高鹽廢水中，全年水量約為24 000 t(每月約2 000 t)，因而算出該廢水氨氮含量平均為312 mg/L。運(yùn)行試驗(yàn)表明，氨在凝汽器和除氧器中的損失率約為20%～30%。據(jù)此，推算出電廠精處理廢水氨氮含量平均約為230～ 250 mg/L。

1.2.2 電廠渣水水質(zhì)

分別取1號、2號撈渣機(jī)溢流池中的渣水進(jìn)行監(jiān)測，渣水水質(zhì)指標(biāo)見表3。

表3 電廠1號、2號撈渣機(jī)溢流池中的渣水水質(zhì)指標(biāo)

從表3知，電廠渣水水質(zhì)較為穩(wěn)定，電導(dǎo)率在3 530～4 650 μS/cm范圍內(nèi)，氨氮含量變化較小為3.65～6.05 mg/L，COD 含量僅為4.4～10.2 mg/L。

2 含氨氮再生廢水處理方案對比選擇

2.1 脫氣膜技術(shù)

脫氣膜技術(shù)是一種利用微孔疏水性膜將氣、液兩相分隔開來，并為氣、液兩相間的傳質(zhì)提供接觸面積的新型高效膜分離技術(shù)，可用于水溶液中揮發(fā)性、反應(yīng)性溶質(zhì)如 NH3、CO2、SO2等的脫除[2]。

2.2 電解制氯技術(shù)

由于電廠精處理再生廢水具有結(jié)垢離子極少，氯化鈉含量高的特點(diǎn)，因此，可以采用電解原理去除氨氮。一方面，在電極表面直接進(jìn)行氨氮氧化降解過程；另一方面，電解過程中，水中的氯離子會在陽極發(fā)生反應(yīng)，生成氧化性很強(qiáng)的活性氯(C12，HClO，ClO-等)，活性氯再與氨氮反應(yīng)，去除廢水中的氨氮。因此，可通過電化學(xué)作用去除全部氨氮，同時可充分利用其中的Cl-資源來制取品質(zhì)合格的次氯酸鈉[3]。

2.3 渣水吹脫綜合利用方案

吸附法是去除廢水中氨氮的一種常見方法，具有工藝簡單、效果穩(wěn)定、操作方便、成本較低的特點(diǎn)。目前常用的吸附劑有活性氧化鋁、廢石、活性炭和爐渣等。爐渣是燃煤鍋爐煤炭燃燒后的融熔產(chǎn)物，含有二氧化硅和大量鎂、鈣、鋁、鐵等的堿性氧化物以及吸附能力較強(qiáng)的殘?zhí)?，其化學(xué)組成見表4；同時，爐渣還具有結(jié)構(gòu)疏松，表面及內(nèi)部孔隙極多等特點(diǎn)，因而可用作吸附劑來吸附廢水中的氨氮、COD等污染物。由于爐渣是燃煤電廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)量很大的副產(chǎn)物，十分廉價易得，用它來吸附廢水中的氨氮后綜合利用，無二次污染產(chǎn)生，可以達(dá)到“以廢治廢”的效果[4-5]。

表4 爐渣化學(xué)成分

研究表明，影響爐渣吸附氨氮效果的主要因素有爐渣化學(xué)組分、爐渣量、廢水 pH、溫度和吸附時間等。爐渣化學(xué)組分中，SiO2及Al2O3等活性物含量越高，越有利于氨氮的吸附；爐渣量越多，提供的吸附活性點(diǎn)位越多，吸附氨氮越多。

2.4 工藝方案比較

對脫氣膜技術(shù)、電解制氯技術(shù)、渣水吹脫綜合利用3種處理工藝進(jìn)行比較，比較結(jié)果見表5。

表5精處理含氨氮廢水處理方案比較

從表5對比結(jié)果可知，渣水吹脫綜合利用方案工程改造量小，操作簡單，投資和運(yùn)行成本最低。因此，選定此工藝方案。

3 渣水吹脫綜合利用

3.1 渣水吹脫可行性試驗(yàn)驗(yàn)證

按渣水吹脫綜合利用方案，進(jìn)行精處理再生含氨氮廢水灰渣吸附和氨氮吹脫試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.1.1 灰渣吸附試驗(yàn)

將電廠多次精處理再生廢水水樣混勻，得到混合后的水樣總計10 L。測得混合水樣pH為12.06，氨氮含量為197 mg/L。取上述水樣各1 L分別置于3個燒杯中，均調(diào)節(jié)pH 至9.5，隨后依次加入從電廠取來的濕渣[1]20 g、50 g 和 100 g；水浴加熱保持溫度 45 ℃，吸附時間為3 h。試驗(yàn)結(jié)束后，所得試驗(yàn)結(jié)果見表6。

從表6可以看出，灰渣對氨氮有一定的吸附去除效果，氨氮去除率約為25%～30%。但是在該試驗(yàn)條件下，氨氮去除率隨著灰渣量的加大幾乎沒有上升。

表6 精處理含氨氮廢水灰渣吸附試驗(yàn)結(jié)果

3.1.2 氨氮吹脫試驗(yàn)

氨氮吹脫試驗(yàn)裝置由曝氣鼓風(fēng)機(jī)、可調(diào)節(jié)流量的轉(zhuǎn)子流量計、恒溫水浴鍋、容積為2 L 的燒杯及圓盤曝氣頭等主要設(shè)備組成。試驗(yàn)時，取 2 L混合水樣置于燒杯中，通過水浴加熱控制溫度為 45 ℃，曝氣流量控制為 30 L/min；吹脫過程中每隔 15 min 取樣一次分析測定氨氮。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著吹脫時間的增加，氨氮含量逐步下降。吹脫時間為30 min，此時氣液比為450，廢水氨氮含量降至 92 mg/L，氨氮去除率為53.5%；至吹脫時間90 min 時，氨氮含量降至30 mg/L；吹脫 2.5 h 后，廢水氨氮含量降至 11.4 mg/L，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)15 mg/L。上述灰渣吸附和氨氮吹脫試驗(yàn)結(jié)果表明，精處理再生廢水渣水吹脫綜合利用方案成熟可行，可實(shí)現(xiàn)廢水氨氮達(dá)標(biāo)排放。

3.2 含氨氮再生廢水渣水吹脫綜合利用工藝

3.2.1 渣水吹脫綜合利用工藝流程

精處理再生廢水渣水吹脫綜合利用工藝流程如圖3所示。

圖3 精處理再生廢水渣水吹脫綜合利用工藝流程

精處理再生廢水直接用泵輸送至新建的均質(zhì)調(diào)節(jié)池，進(jìn)行水質(zhì)、水量調(diào)節(jié)，減小廢水pH 和氨氮含量波動(據(jù)監(jiān)測，廢水pH 通?？蛇_(dá)11.5 以上)。調(diào)節(jié)池容積為400 m3(兩座)，廢水平均停留時間可達(dá)14天。調(diào)節(jié)池出水進(jìn)入氨氮吹脫塔中進(jìn)行吹脫，使其氨氮含量降至100 mg/L 以下。經(jīng)過吹脫的含氨氮廢水被泵至撈渣機(jī)補(bǔ)水處，再與除灰水箱的來水混合，在渣水系統(tǒng)的內(nèi)部循環(huán)。在沖渣過程中，廢水中的一部分氨氮被灰渣吸附，另一部分被渣水帶走，收集至1號、2號普通廢水池和1號酸堿廢水池，經(jīng)工業(yè)廢水系統(tǒng)處理后進(jìn)入工業(yè)廢水清水池，大部分仍回用至渣水系統(tǒng)。其余一部分回用至脫硫和煤場沖洗系統(tǒng)，剩余的廢水作為末端廢水，與脫硫廢水一起排入2號酸堿廢水池。由于脫硫廢水氨氮含量極低，經(jīng)混合后可確保氨氮達(dá)標(biāo)排放。在2號酸堿廢水池出口安裝氨氮在線監(jiān)測儀，實(shí)時監(jiān)測外排廢水中氨氮濃度。經(jīng)吹脫塔吹脫的含氨廢氣采用吸收塔吸收，并選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的稀磷酸作為吸收液；經(jīng)吸收后的尾氣安全排放。吸收液吸收氨氣形成的銨鹽可作為肥料用于廠區(qū)綠化。

3.2.2 氨氮廢水循環(huán)吹脫工藝流程

氨氮廢水循環(huán)吹脫工藝流程如圖4。

圖4 氨氮廢水循環(huán)吹脫工藝流程圖

由圖4可以看出，空氣的循環(huán)同廢水的傳輸過程是相反的。風(fēng)機(jī)和吸附塔循環(huán)泵啟動后，均質(zhì)調(diào)節(jié)池中的含氨氮廢水輸送至2號吹脫塔內(nèi)，含氨氮廢水首先經(jīng)過吹脫塔內(nèi)的噴頭，在噴頭的擴(kuò)散噴灑作用下噴灑到2號吹脫塔內(nèi)，再經(jīng)過塔內(nèi)填料的分流擴(kuò)散作用，極大地擴(kuò)大了流動的空氣和廢水之間的接觸面積，使得含氨氮廢水內(nèi)的大部分銨離子變?yōu)榘睔猓?號吹脫塔內(nèi)被吹離出廢水。吹離了大部分銨離子的廢水，在2號吹脫塔塔底匯集，達(dá)到一定液位高度后，通過2號塔輸送泵輸送至1號吹脫塔。廢水在1號吹脫塔內(nèi)經(jīng)過同2號吹脫塔相似的處理，使得廢水內(nèi)絕大部分的銨離子已經(jīng)變?yōu)榘睔鈴膹U水中吹離。

3.2.3 渣水吹脫綜合利用的主要系統(tǒng)

渣水吹脫綜合利用主要包括如下系統(tǒng)。

1)均質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：均質(zhì)調(diào)節(jié)池400 m3，兩座，可容納14天的再生廢水量，待水質(zhì)均勻后通過廢水泵輸送至吹脫塔。

2)加藥系統(tǒng)：為保證系統(tǒng)的處理效果，提高氨氮的脫除效率，需要調(diào)節(jié)廢水pH至11.5以上。本系統(tǒng)用隔膜計量泵把堿液加入混合器中，能夠做到精準(zhǔn)加藥。

3)吹脫系統(tǒng)：采用兩級吹脫工藝，吹脫塔內(nèi)部填充聚丙烯拉西環(huán)填料，每級吹脫效率可達(dá)80%以上，兩級綜合吹脫效率可達(dá)95%以上。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，入口氨氮為302 mg/L，出口氨氮為0.6 mg/L，去除效率超過99%。

4)吸附系統(tǒng)：采用磷酸作為吸附劑，吹脫塔內(nèi)吹離的氨氣在吸附塔內(nèi)最終生成磷酸銨，用于廠區(qū)內(nèi)綠化灌溉。

3.2.4 渣水吹脫綜合利用工藝優(yōu)點(diǎn)

1)去除率高，在理想條件下，效率可以達(dá)到99%，日常可保持在90%以上。根據(jù)2019年2月26日現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，入口氨氮為302 mg/L，出口氨氮為0.6 mg/L，去除效率達(dá)99.8%。

2)封閉循環(huán)系統(tǒng)，空氣在兩級吹脫塔和吸收塔內(nèi)形成循環(huán)，有效地避免了氨氣外排造成的異味和污染等。

3)處理后的廢水回收作為沖灰渣水，節(jié)約水資源。

4)氨氣通過磷酸吸收后生成銨鹽，與生活廢水混合后可用于園林綠化灌溉。

5)由于設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和化學(xué)反應(yīng)會引起溫度升高，采用循環(huán)方式具有一定節(jié)能效果。

4 結(jié) 語

含氨氮廢水經(jīng)渣水吹脫工藝處理后，出水回收用于沖灰渣，可節(jié)約生水用量約24 000 t/年，節(jié)省費(fèi)用1.44萬元。系統(tǒng)產(chǎn)生的銨鹽可用于廠內(nèi)園林綠化灌溉，每年產(chǎn)生銨鹽約40 t，節(jié)約氨肥成本 8萬元。系統(tǒng)的投運(yùn)可有效避免廢水外排帶來的環(huán)保風(fēng)險，避免氨氣逃逸對環(huán)境造成的異味和二次污染。 此次改造可降低電廠的環(huán)保壓力、改善當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境質(zhì)量，環(huán)保效益顯著。