高氨氮脫硫廢水處理吹脫-吸附工藝

       石灰石－石膏濕法是我國電廠尾氣脫硫的主要處理工藝，而脫硫塔定期排出的廢水中含有懸浮物、微量重金屬、亞硫酸鹽、氨氮等污染物。隨著尾氣中氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，一些項(xiàng)目的SNCR或SCR脫硝系統(tǒng)中投入了過量的氨水。過量的氨水在煙道內(nèi)蒸發(fā)轉(zhuǎn)化成氨氣，與氮氧化物進(jìn)行反應(yīng)，提高了脫硝效率。同時(shí)，未完全反應(yīng)的過量氨氣隨空氣進(jìn)入下游的脫硫塔，經(jīng)過漿液噴淋后，融入脫硫塔漿液中再進(jìn)入脫硫廢水，造成脫硫廢水中的氨氮濃度嚴(yán)重超標(biāo)。目前，國內(nèi)的脫硫廢水處理工藝分為傳統(tǒng)的中和絮凝沉淀工藝和深度處理工藝，如膜濃縮后蒸發(fā)結(jié)晶、煙道噴霧干燥。傳統(tǒng)的脫硫廢水處理系統(tǒng)采用中和絮凝沉淀工藝，并未考慮對(duì)氨氮的去除。若采用膜濃縮蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，高濃度的氨氮嚴(yán)重影響反滲透膜的正常運(yùn)行，增加了反滲透裝置的投資及運(yùn)行成本。同時(shí)，采用蒸發(fā)結(jié)晶工藝時(shí)蒸發(fā)裝置的投資及運(yùn)行成本高，蒸發(fā)結(jié)晶裝置易結(jié)垢、腐蝕。若采用煙道噴霧干燥，揮發(fā)出的氨氣又回到了廢氣中，在脫硫系統(tǒng)中循環(huán)。

       目前，處理脫硫廢水中氨氮的方法主要有生物法、離子交換、折點(diǎn)氯化法和吹脫法等。生物法需要補(bǔ)充大量堿和碳源，且脫硫廢水的高含鹽量、高氨氮對(duì)微生物的存活和繁殖有抑制作用，運(yùn)行維護(hù)困難，出水容易超標(biāo)。離子交換是利用沸石的離子交換能力，可將廢水中的NH+4交換出來，其缺點(diǎn)是高濃度的氨氮廢水使得再生頻繁，運(yùn)行維護(hù)困難。折點(diǎn)氯化法的缺點(diǎn)是副產(chǎn)物氯胺和氯代有機(jī)物會(huì)造成二次污染，只適用于低濃度的氨氮廢水。吹脫法將空氣通過風(fēng)機(jī)吹入廢水中，利用氣泡充分融合水中的溶解性氣體，空氣將溶解性氣體帶出水體。胡繼峰等采用吹脫法處理氮肥廠高氨氮廢水時(shí)，發(fā)現(xiàn)pH值大于12且溫度高于90℃時(shí)，氨氮去除效率達(dá)到90%。劉文龍等發(fā)現(xiàn)當(dāng)廢水pH值為11.5、吹脫溫度為80℃、吹脫時(shí)間為120min時(shí)，氨氮的脫除率可達(dá)99.2%。但傳統(tǒng)吹脫法具有以下缺點(diǎn)：吹脫時(shí)間長(zhǎng)，需要30min以上的停留時(shí)間；易產(chǎn)生二次污染，環(huán)境中氨氣氣味很大；容易結(jié)垢堵塞，脫硫廢水中含有大量的鈣鹽、鎂鹽，加熱和加堿后很容易生成氫氧化鈣、氫氧化鎂等沉淀物，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)堵塞填料、噴嘴，造成運(yùn)行故障。因此，本文結(jié)合工程實(shí)例介紹一種去除脫硫廢水中氨氮的吹脫－吸附裝置，該裝置采用兩級(jí)吹脫工藝去除廢水中的氨氮，加裝在濃縮澄清池和清水罐之間，使得傳統(tǒng)的脫硫廢水處理系統(tǒng)具有了脫除氨氮的功能，并且能夠克服傳統(tǒng)吹脫法吹脫時(shí)間長(zhǎng)、容易結(jié)垢堵塞的缺點(diǎn)。

 

 

       1、某熱電廠脫硫廢水高氨氮處理系統(tǒng)

 

       1.1 工程概況

       浙江嘉興某熱電有限公司采用石灰石－石膏濕法脫硫、SNCR+SCR聯(lián)合脫硝。旋風(fēng)筒入口煙氣溫度約為650℃，由于煙氣溫度低于脫硝反應(yīng)需要的溫度，造成脫硝效率偏低，故通過提高氨水的噴射量（150～200L／h）來提高脫硝效率。過量的氨水在煙道內(nèi)蒸發(fā)轉(zhuǎn)化成氨氣，與氮氧化物進(jìn)行反應(yīng)，提高了脫硝效率，未完全反應(yīng)的過量氨氣隨煙氣進(jìn)入下游的脫硫塔。經(jīng)過漿液噴淋后，融入脫硫塔漿液中，造成脫硫塔漿液中氨氮的濃度達(dá)到了1400～1500mg／L。廠區(qū)建有傳統(tǒng)的脫硫廢水中和絮凝沉淀處理系統(tǒng)，但無法去除廢水中的氨氮，氨氮濃度需要降低到200mg／L以下才能排入工業(yè)園區(qū)的廢水處理廠。

       該公司脫硫廢水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)詳見表1，出水污染物指標(biāo)滿足《火電廠石灰石－石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》（DL／T997—2006）及工業(yè)園區(qū)廢水處理廠對(duì)脫硫廢水出水的接收要求。

       進(jìn)水氨氮、懸浮物濃度高，呈弱酸性，氯離子濃度高。綜合比較生化法、折點(diǎn)氯化法、離子交換法等工藝，因廢水中缺少微生物生長(zhǎng)的碳源，無機(jī)鹽分高，故采用生化法運(yùn)行困難。折點(diǎn)氯化法和離子交換法需要消耗大量的次氯酸鈉和吸附材料，運(yùn)行成本很高。因此，考慮在原有脫硫廢水處理系統(tǒng)上進(jìn)行改造，加裝一套吹脫－吸附氨氮處理裝置，作為脫硫廢水處理系統(tǒng)中的一部分，與原有廢水系統(tǒng)串聯(lián)使用，使得原有脫硫廢水裝置具有了脫除氨氮的功能。

 

       1.2 工藝流程及技術(shù)特點(diǎn)

       原有脫硫廢水處理系統(tǒng)采用的是中和絮凝沉淀工藝，建設(shè)有廢水緩沖罐、三聯(lián)箱、濃縮澄清池、清水罐。改造后在濃縮澄清池后端、清水罐前端加裝一套吹脫－吸附氨氮處理裝置。高濃度的氨氮廢水經(jīng)過廢水收集罐后進(jìn)入三聯(lián)箱，通過加堿將pH值調(diào)整至10～11，使廢水中的氨氮能夠更好地游離。在三聯(lián)箱內(nèi)加入絮凝劑和助凝劑，使得廢水中的懸浮物形成絮凝物，在下游沉淀池內(nèi)沉淀。上層清液溢流進(jìn)入循環(huán)罐，在循環(huán)罐內(nèi)與蒸汽進(jìn)行熱交換，溫度加熱到35～45℃。隨后進(jìn)入1#吹脫塔內(nèi)的噴淋系統(tǒng)，噴淋出來的液滴與從吸附塔出來的循環(huán)空氣進(jìn)行第一次吹脫。經(jīng)過一次吹脫后的廢水輸送至2#吹脫塔內(nèi)的噴淋系統(tǒng)，噴淋出來的液滴與從吸附塔出來的循環(huán)空氣進(jìn)行第二次吹脫。吹脫后的廢水進(jìn)入二級(jí)沉淀池，隨后溢流清液流入清水罐。處理后的廢水被送入后續(xù)其他的處理系統(tǒng)進(jìn)一步處理，確保最終水質(zhì)滿足相應(yīng)的排放要求。整個(gè)系統(tǒng)占地約10m×15m。改造后處理工藝流程詳見圖1。

       因廢水中氨氮濃度很高，本裝置設(shè)置了兩級(jí)吹脫塔，可以取得更好的氨氮處理效果。在循環(huán)罐中，把水蒸氣通入廢水中，提高廢水的溫度至40～50℃。再通過高壓噴嘴霧化噴淋，在吹脫塔內(nèi)逆向與循環(huán)空氣接觸。廢水中的氨氮被吹脫出來，再以氨氣的形式被循環(huán)空氣帶走。系統(tǒng)的特點(diǎn)為：采用二級(jí)吹脫塔，更適合高氨氮廢水的處理；吹脫—吸附氨氮處理裝置在單個(gè)吹脫塔內(nèi)的停留時(shí)間為5～8min；相對(duì)于開放的氨氮吹脫系統(tǒng)，氨氣將在三個(gè)塔內(nèi)循環(huán)，廢氣不會(huì)排入環(huán)境造成二次污染；氨氣吸附在除鹽水中，可輸送至廠區(qū)的脫硝除鹽水罐，吸附的氨氣得到了回收利用；兩級(jí)吹脫塔采用旋流板塔，避免了填料塔的結(jié)垢堵塞；噴嘴采用大通徑噴嘴，具有防止堵塞的特點(diǎn)。

 

       1.3 關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)

       項(xiàng)目的設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)有塔直徑、氣液比等，詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2所示。

       在設(shè)備選型的關(guān)鍵參數(shù)中，吹脫塔塔徑的選取非常重要，影響到工程的造價(jià)和處理效果。塔徑選擇偏小會(huì)提高空氣流速，造成空氣停留時(shí)間短、除霧器除霧效果差，空氣流速低時(shí)塔的直徑大、造價(jià)高。綜合考慮后，吹脫塔和吸附塔的直徑取1.5m。其次是液氣比的選取，氣液比過高會(huì)增加風(fēng)機(jī)的風(fēng)量進(jìn)而增加項(xiàng)目造價(jià)，也會(huì)消耗更多的熱能，液氣比小會(huì)影響氨氮的脫除效果，故本項(xiàng)目取氣液比為3000∶1。然后是吹脫塔的選型，常見的吹脫塔有填料塔、旋流塔、文丘里管塔等。本項(xiàng)目吹脫塔選用旋流塔，不設(shè)填料，避免了填料層的結(jié)垢、堵塞。吸附塔除鹽水噴淋吸收氨氣，選用了吸附效率更高的填料塔。另外，本項(xiàng)目噴嘴采用的SMP實(shí)心錐噴嘴，具有通徑大、不易堵塞的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的雙層噴淋提高了噴淋的覆蓋率。

       在運(yùn)行參數(shù)的設(shè)計(jì)方面，主要的參數(shù)為pH、水溫等。周明羅等研究表明吹脫效率隨pH值的升高而增大，氣液比越大，氨吹脫傳質(zhì)動(dòng)力也越大，其吹脫效率也越大。綜合工藝要求及防止水垢生成，故廢水pH值控制在10～11。此外，溫度也會(huì)影響氨離子和游離氨的平衡，溫度升高有利于氨氣的析出。但過高的溫度，消耗更高的蒸汽且塔內(nèi)結(jié)垢情況嚴(yán)重，因此，通過蒸汽調(diào)節(jié)閥水溫控制在35～45℃。

 

 

       2、運(yùn)行效果及成本分析

 

       2.1 運(yùn)行效果

       該工程于2019年10月完成調(diào)試，然后進(jìn)行了7天總共168小時(shí)的試運(yùn)行，測(cè)量的主要參數(shù)為廢水日累計(jì)處理量（取自廢水提升泵出口流量計(jì)）、出水氨氮濃度。日累計(jì)流量為80～110m3／d，平均日處理量為95.8m3／d，達(dá)到了設(shè)計(jì)的處理量要求。試運(yùn)行期間氨氮去除效果詳見圖2所示。

       由圖2可知，試運(yùn)行七天的出口氨氮濃度均低于排放要求的200mg／L。第一天初始的氨氮濃度為1506.2mg／L，出水氨氮的濃度最高，最高一次測(cè)量達(dá)到了150.4mg／L，氨氮去除效率為90%。第六天、第七天出水氨氮的濃度最低，為40.3～50.4mg／L，出水氨氮濃度降低是因?yàn)樵及钡獫舛鹊慕档?。隨著廢水系統(tǒng)的運(yùn)行，脫硫塔里的高氨氮廢水逐漸排出，工藝水不斷補(bǔ)進(jìn)，脫硫塔內(nèi)的漿液氨氮濃度也呈下降趨勢(shì)。在運(yùn)行到第四天時(shí)，脫硫塔內(nèi)的氨氮濃度降到了1305.4mg／L，此時(shí)的氨氮出口濃度為45.2mg／L，氨氮去除效率為96.54%。在運(yùn)行到第七天時(shí)，脫硫塔內(nèi)的氨氮濃度降到了802.7mg／L，此時(shí)的氨氮出口濃度為50.1mg／L，氨氮去除效率為93.75%。在七天試運(yùn)行期間，入口水樣的氨氮濃度為1506.2～802.7mg／L，處理后出水氨氮濃度為40.3～150.4mg／L，氨氮的脫除效率為90%～96.54%。結(jié)果表明，采用二級(jí)吹脫塔處理高氨氮脫硫廢水，脫除效率達(dá)到90%以上，出水指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于工業(yè)園區(qū)廢水處理廠對(duì)脫硫廢水出水氨氮濃度200mg／L以下的指標(biāo)要求。

       此外，對(duì)吹脫塔壁和底部進(jìn)行檢查，沒有發(fā)現(xiàn)大塊的硬垢產(chǎn)生，但出水中含有大量的細(xì)小白色沉淀物，是因?yàn)閺U水中的鈣鹽、鎂鹽在加熱堿性條件下生成了Ca（OH）2、Mg（OH）2等沉淀，懸浮在廢水中。這些沉淀通過吹脫塔后設(shè)置的二級(jí)沉淀池和精密過濾器被去除。選用的SMP噴嘴，未發(fā)現(xiàn)噴嘴堵塞，但碳化硅材質(zhì)的噴嘴出現(xiàn)了破損，使得出水氨氮濃度在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了增高，替換備用噴嘴后恢復(fù)正常。吸附氨氣后的除鹽水，通過噴淋泵連續(xù)輸送至脫硝除鹽水箱回收利用。

 

       2.2 成本分析

       試運(yùn)行階段共運(yùn)行七天，七天內(nèi)噸水處理費(fèi)用詳見表3。

       藥劑主要包括液堿、PAC、PAM，藥劑費(fèi)用為6.95元／t，電費(fèi)為5.65元／t，蒸汽費(fèi)用為5.19元／t，人工費(fèi)4.15元／t。同時(shí)，吹脫－吸附聯(lián)合工藝將脫附的氨氣重新吸附到除鹽水中，使得氨氣得到了利用，產(chǎn)生了一部分經(jīng)濟(jì)利益。七天回收約氨水共145t，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益為4.15元／t?？傔\(yùn)行費(fèi)用減去氨水收益，得到處理每立方米脫硫廢水的總費(fèi)用為14.84元。

 

 

       3、結(jié)論

       （1）在嘉興某熱電廠已有的廢水處理設(shè)備基礎(chǔ)上，于濃縮澄清池和清水罐之間加裝一套配有兩級(jí)吹脫塔的吹脫－吸附氨氮處理裝置，該系統(tǒng)具有了脫除氨氮的功能。
       （2）投運(yùn)后的試運(yùn)行結(jié)果表明：濃度為1506.2mg／L的高氨氮脫硫廢水，經(jīng)過廢水處理系統(tǒng)及新增的吹脫－吸附氨氮處理裝置后，出水氨氮濃度為40.3～150.4mg／L，出水氨氮指標(biāo)滿足《火電廠石灰石－石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》（DL／T997—2006）及出水接收單位對(duì)廢水的氨氮濃度的要求。
       （3）廢水中脫除的氨氮吸附在除鹽水中被脫硝系統(tǒng)回收利用，每噸廢水處理費(fèi)用由18.99元降低到14.84元。