汽提脫氨技術(shù)在高氨氮廢水處理中的應(yīng)用

楊守聯(lián)

（上海勤世環(huán)?？萍加邢薰?，上海 200000）

垃圾焚燒火力發(fā)電廠中的垃圾滲濾液[1]是生活垃圾、殘?jiān)仍谝黄饏捬醢l(fā)酵后產(chǎn)生廢水，是一種成分復(fù)雜的高氨氮濃度的有機(jī)廢水。目前，國內(nèi)垃圾滲濾液的處理仍以生化處理為主，需加入大量碳源，極其依賴人工檢測，需不斷測定數(shù)據(jù)進(jìn)行人工調(diào)整參數(shù)，致使運(yùn)行及人工成本極高，且隨著各類物質(zhì)的加入，使?jié)B瀝液中鹽濃度大大增加，存在污泥量大，鈣鎂離子含量高，后續(xù)膜處理產(chǎn)水率不高，且清洗頻繁等問題。而汽提脫氨技術(shù)是一個(gè)針對垃圾滲濾液選擇性分離的高效環(huán)保技術(shù)，是針對垃圾焚燒行業(yè)高氨氮垃圾滲濾液處理系統(tǒng)的特定處理工藝技術(shù)。該技術(shù)利用廠區(qū)余熱，采用汽提脫氨技術(shù)，將廢水中的氨氮脫除并回收作為氨水用于焚燒線回噴，脫氨處理后達(dá)到削減生物處理系統(tǒng)的氮負(fù)荷，同時(shí)回收氨水實(shí)現(xiàn)廢物再資源化的目的。與國內(nèi)傳統(tǒng)的生物脫氮法[2]、折點(diǎn)加氯法[3]、吹脫法[4]、化學(xué)沉淀法[5]、吸附法[6]相比，汽提脫氨法具備運(yùn)行成本低，無二次污染，降低碳源成本，回收效率高、氨氮去除徹底等優(yōu)點(diǎn)。目前該技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先地位，具有技術(shù)先進(jìn)性以及前瞻性。

1 項(xiàng)目概況

上海某集團(tuán)旗下生活垃圾焚燒廠滲濾液脫氮處理項(xiàng)目位于紹興某生活垃圾焚燒火力發(fā)電廠，處理量達(dá)到300 m3/d。該廠運(yùn)用生化法工藝處理垃圾滲濾液，由于該廠生化系統(tǒng)年代過長，導(dǎo)致生化系統(tǒng)碳氮比失衡，運(yùn)行成本急劇增高，同時(shí)該廠殘留的填埋廢水極難處理。針對這個(gè)問題，提出利用汽提脫氨技術(shù)處理垃圾滲濾液中高氨氮的問題的觀點(diǎn)。利用現(xiàn)有廠區(qū)余熱對高氨氮廢水進(jìn)行脫氨處理，改善垃圾滲濾液水質(zhì)，并降低能耗，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

2 工藝原理

2.1 原水水質(zhì)

設(shè)計(jì)汽提脫氨裝置進(jìn)水為該廠調(diào)節(jié)池出水以及填埋水，經(jīng)過多次持續(xù)的水質(zhì)分析后得知該廠水質(zhì)參數(shù)。見表1。

表1 某垃圾滲濾液站水質(zhì)參數(shù)

由表1可見，該廠COD、BOD很高且不穩(wěn)定，同時(shí)氨氮濃度最高達(dá)到2 300 mg/L；提高了氨氮脫離的難度。氯離子（CL-）濃度為4 000～4 500 mg/L，對金屬材質(zhì)的腐蝕性增加，對工藝材質(zhì)的選擇造成了不小的影響。SS、總硬度及總堿度等參數(shù)過高，造成設(shè)備的結(jié)垢，對工藝的運(yùn)行增加了難度。針對該廠的水質(zhì)參數(shù)，將汽提脫氨工藝進(jìn)行優(yōu)化及提高。

2.2 汽提脫氨工藝原理

該廠調(diào)節(jié)池出水作為汽提脫氨裝置的進(jìn)水即含氨廢水，廢水中的氨氮多以游離氨（NH3）和銨離子（NH4+）形式存在，其平衡關(guān)系如式（1）所示：

這個(gè)關(guān)系受pH值的影響，當(dāng)pH值高時(shí)，平衡向左移動(dòng)，游離氨的比例增大。常溫時(shí)，當(dāng)pH值為7左右時(shí)，氨氮大多數(shù)以銨離子（NH4+）狀態(tài)存在，而pH為11左右時(shí)，游離氨大致占98%，具體見表2。

表2 不同pH、溫度下氨氮的離解率

利用氨在堿性和高溫條件下，在水中的溶解度變小的原理，調(diào)節(jié)含氨廢水的pH值，通過汽提脫氨技術(shù)的高效分離作業(yè)實(shí)現(xiàn)氨從廢水中脫除，涉及主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

2.3 工藝流程介紹

如圖1所示，含氨廢水自調(diào)節(jié)池打入廢水調(diào)節(jié)罐，利用廢水提升泵送入進(jìn)水換熱罐。為了提高效率降低能耗，利用脫氨后高溫水與原水進(jìn)行換熱，換熱后的原水送入汽提脫氨塔進(jìn)行脫氨，同時(shí)利用廠區(qū)余熱對汽提脫氨塔進(jìn)行升溫，使得余熱蒸汽與含氨原水進(jìn)行對流，并利用液堿調(diào)節(jié)汽提脫氨塔的pH值，在一定的堿度與溫度的條件下，氨氮以氣相形態(tài)被送入冷凝吸收裝置，在冷凝回收裝置中持續(xù)噴入去離子水，利用去離子水把氨氣回收變成液態(tài)，并與濃氨水冷卻器反復(fù)循環(huán)提濃，直至達(dá)到濃度要求，送入氨水儲(chǔ)罐進(jìn)行保存。脫氨后的廢水進(jìn)行冷卻降溫，達(dá)到溫度要求后送入后續(xù)工藝處理。在工藝運(yùn)行過程中的不凝氣體經(jīng)過有組織收集，脫氨洗滌后達(dá)標(biāo)排放。

圖1 汽提脫氨裝置工藝流程

3 工況、設(shè)備要求分析

3.1 工況

汽提脫氨塔采用常壓及微正壓操作，塔頂操作溫度控制在92～98℃之間，塔底溫度在103～115℃，利用廠區(qū)余熱蒸汽對含氨廢水進(jìn)行脫氨。汽提脫氨塔內(nèi)pH值控制在11左右，回收的氨水濃度5%～15%，脫氨后的廢水溫度≤40℃，脫氨后的廢水氨氮濃度≤300 mg/L（已滿足企業(yè)排放要求）。

3.2 設(shè)備要求

垃圾滲濾液廢水中的懸浮物、硬度高，在汽提脫氨過程中，鈣、鎂離子會(huì)和解析出的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣、鎂，很容易在塔板或塔內(nèi)填料上滯留，形成堵塔現(xiàn)象，影響汽提脫氨塔的正常運(yùn)行。因此所用設(shè)備要解決這些問題。

3.2.1 汽提脫氨塔

根據(jù)垃圾滲濾液水質(zhì)參數(shù)特性（見表1），優(yōu)化提升汽提脫氨塔的材質(zhì)與防堵特性，在于含氨廢水接觸面采用2205雙向不銹鋼材質(zhì)，減緩氯離子的腐蝕（CL-）；同時(shí)設(shè)計(jì)防堵型的塔板，保證在3%含泥率的脫氨廢水進(jìn)塔的情況下可以穩(wěn)定運(yùn)行，并在汽提脫氨塔內(nèi)多層塔板均設(shè)置自清洗刮板與自清洗裝置，可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)清洗。

3.2.2 換熱器

換熱器是汽提脫氨的關(guān)鍵設(shè)備，一般管式、板式都不能適應(yīng)高懸浮物、高鈣鎂條件下的廢水換熱（易結(jié)垢堵塞）。設(shè)計(jì)采用流體間接式換熱器，利用自來水或者工業(yè)用水為過渡循環(huán)傳熱介質(zhì)，通過分道式熱交換罐，不斷將原水和脫氨出水進(jìn)行換熱，保證原水在換熱板內(nèi)不堵塞，換熱板安裝在換熱攪拌罐內(nèi)，換熱罐可在線清洗，也可拆卸清洗，解決堵塞結(jié)垢問題。

4 設(shè)備安裝與調(diào)試

汽提脫氨系統(tǒng)裝置涉及汽提脫氨塔、氨氣回收塔、進(jìn)水調(diào)節(jié)罐、脫氨前液罐、脫氨后液罐、進(jìn)水換熱罐、出水換熱罐、換熱循環(huán)罐、出水冷卻罐、清洗罐、氨水儲(chǔ)罐、冷卻塔等主體設(shè)備。水泵包括提升泵、計(jì)量泵、循環(huán)泵等。儀表包括壓力變送器、溫度變送器、流量計(jì)、液位計(jì)、蒸汽調(diào)節(jié)閥、進(jìn)出水調(diào)節(jié)閥、pH計(jì)、電磁閥、氣動(dòng)閥等。剩余涉及管道制作安裝、液堿加藥系統(tǒng)、電氣設(shè)計(jì)等。整套系統(tǒng)的安裝使用工具包含不限于氬弧焊機(jī)、交流弧焊機(jī)、吊裝、切割機(jī)、角向磨光機(jī)、活動(dòng)扳手、水平尺等。

調(diào)試流程分為初次開車與正常開車。初次開車前做好準(zhǔn)備工作，檢查電氣閥門、儀表、用電、蒸汽就位、進(jìn)出水管路、冷卻循環(huán)管路、清洗管路、去離子水吸收氨氣管路等。

初次開車時(shí)先開啟清洗泵將清洗水送入出水換熱罐，自流進(jìn)入出水冷卻罐及脫氨后液罐。當(dāng)脫氨后液罐液位顯示到一定值時(shí)，關(guān)閉清洗泵；向冷卻塔托水盤內(nèi)注水至可使用液位，并依次開啟冷卻塔、冷卻水循環(huán)泵，檢查各冷卻水用水點(diǎn)是否正常上水、回水；向換熱中間罐內(nèi)注水至一定值，并開啟換熱循環(huán)泵。氨氣回收塔內(nèi)注入去離子水至一定值時(shí)開啟濃氨水循環(huán)泵。在進(jìn)原水之前，將脫氨后液罐里的清洗水打入汽提脫氨塔進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)塔中溫度達(dá)到95℃時(shí)可進(jìn)原水，同時(shí)關(guān)閉清洗水進(jìn)塔管路閥門。根據(jù)原水氨氮濃度，調(diào)整進(jìn)汽提脫氨塔流量，并調(diào)整蒸汽閥門開度，根據(jù)pH值調(diào)整液堿加藥量。此時(shí)初次開車算完成。

正常開車時(shí)，先對汽提脫氨塔進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱用水采用脫氨后液水，并打開蒸汽閥門，調(diào)整閥門開度，此時(shí)塔內(nèi)廢水與蒸汽逆向接觸，對系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱。當(dāng)塔頂溫度達(dá)到90℃，氨水回流正常進(jìn)行。預(yù)熱結(jié)束后，關(guān)閉脫氨后液進(jìn)塔閥門并開始送入原水，根據(jù)設(shè)定氨水回收濃度，逐漸提升原水流量并設(shè)置自控狀態(tài)，蒸汽閥門開度與塔中溫度連鎖，自動(dòng)調(diào)節(jié)開度。系統(tǒng)運(yùn)行溫度后設(shè)置系統(tǒng)自控狀態(tài)，同時(shí)清洗系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)定。此時(shí)汽提脫氨塔自控狀態(tài)設(shè)置完成。當(dāng)汽提脫氨塔析出氨氣后進(jìn)入氨氣回收塔，通過與去離子水逆向接觸對氨氣進(jìn)行吸收變成氨水，此時(shí)開啟冷循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)行降溫。利用氨氣回收塔密度計(jì)控制去離子水多次循環(huán)吸收直至達(dá)到設(shè)定濃度后送入氨水儲(chǔ)罐，至此氨水吸收完成。

5 運(yùn)行效果

5.1 裝置處理能力

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理量為300 m3/d，根據(jù)現(xiàn)場所產(chǎn)生的垃圾滲濾液產(chǎn)量浮動(dòng)區(qū)間在70%～110%之間，工作時(shí)間為24 h/d，每小時(shí)處理量達(dá)到12.5 m3。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，自動(dòng)化程度可滿足運(yùn)行操作需求。同時(shí)氨水產(chǎn)量符合垃圾焚燒使用條件，資源化回收利用，降低垃圾焚燒廠運(yùn)行成本，并解決垃圾滲濾液實(shí)際問題。

5.2 氨氮去除率

根據(jù)垃圾焚燒廠滲濾液處理參數(shù)，當(dāng)氨氮濃度≤300 mg/L時(shí)即可滿足排入后續(xù)處理要求。所以針對該行業(yè)特性，對氨氮去除要求可以輕松滿足。同時(shí)氨水回收濃度在15%～20%之間。已回收氨水打入垃圾焚燒車間進(jìn)行回噴脫硝[7]工藝使用。

6 結(jié)束語

本文基于如何解決垃圾滲濾液高濃度氨氮問題，就優(yōu)化處理工藝展開分析，最終經(jīng)過汽提脫氨技術(shù)技術(shù)與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目結(jié)合的應(yīng)用，證明汽提脫氨技術(shù)處理高氨氮濃度的垃圾滲濾液方案的有效性以及最終結(jié)果的達(dá)標(biāo)，基于此證明了汽提脫氨技術(shù)的優(yōu)勢，可降低碳源成本，無二次污染，節(jié)能降耗并資源化回收利用。綜上所述，本文提出的處理高氨氮濃度的垃圾滲濾液的優(yōu)化技術(shù)取得了有效且解決實(shí)際問題的成果，對該行業(yè)具有積極的影響，帶來良好的社會(huì)收益和經(jīng)濟(jì)效益。