高氨氮廢水處理工藝

　　隨著國民經濟及科技的發(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)境還會對人體產生毒害作用。因此，氨氮廢水處理，尤其是高氨氮廢水的處理在國內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。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，在國內外得到廣泛應用。

　　一、廢水來源與水質水量

　　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，產生一股高氨氮廢水，廢水量為6m3/d，具有高氨氮、高F-及高H2O2濃度等特點。設計進水水質及排放要求見表1。

　　二、工藝流程設計

　　2.1工藝選擇項目為該廢水的預處理，主要去除廢水內含有的氨氮，經取樣分析，廢水內氨氮主要以銨離子(NH+4)的形態(tài)存在，對于該類廢水，常采用氨氮吹脫的處理工藝。然而，傳統(tǒng)吹脫法具有能耗較高、容易造成二次污染、氨去除率低等缺點。為了解決以上問題，根據廢水水質及相關工程經驗，采用“二級吹脫+硫酸吸附冶處理工藝，工藝流程見圖1。

　　2.2工藝原理

　　吹脫法的基本原理是氣液相平衡和傳質速度理論，是以廢水中氨氣濃度與空氣中物質的濃度差為推動力的一個傳質過程。當pH為中性時，NH3-N主要以銨離子(NH+4)形式存在，并在水中保持平衡，當pH值為堿性，NH3-N主要以游離氨(NH3)狀態(tài)存在。吹脫法即是將氣體通入含氨氮的堿性廢水中，在氣液相互接觸過程中，使水中溶解的游離氨從液相擴散轉移至氣相并隨著氣體流動被帶走，從而達到去除氨氮的目的。

　　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。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2.5~5m3/m2?h，氣水比為2500~5000范圍，吹脫除氨效率可達90%以上。

　　2.3工藝流程說明

　　鑒于企業(yè)生產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1m3/h，每天運行6h。

　　廢水由車間輸送管道排入原水箱，由提升泵將廢水打入pH調整槽，向其中投加NaOH，調節(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，同時在塔內設置填料，以促進空氣和水的充分接觸。根據傳質種類及性質的不同，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，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氨進行吸收，經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。

　　三、主要設備參數

　　(1)原水箱：1座，F(xiàn)RP材質，φ1600×1800(mm)，有效池容：3m3，HRT：12h。配套提升泵2臺，1用1備，Q=1.5m3/h、H=35m、N=0.46kW;超聲波液位計1臺;DN25電磁流量計1臺。

　　(2)pH調整槽及中間水槽：1座，F(xiàn)RP材質，φ1500×2300(mm)，其中淤pH調整槽：有效池容1m3，HRT：1h，配套NaOH加藥泵2臺，1用1備，Q=0.5L/min，P=1MPa，N=0.37kW;攪拌機1臺，R=150rpm、N=0.75kW;pH計一套。于中間水槽：有效池容2m3，HRT：2h，配套提升泵2臺，1用1備，Q=1.5m3/h、H=35m、N=0.46kW;差壓液位計1臺;轉子流量計1個。

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

　　(4)一級吹脫塔：1座，F(xiàn)RP材質，φ800×H7300(mm)，內裝填鮑爾環(huán)填料3m3，配套提升泵2臺，1用1備，Q=1.5m3/h、H=35m、N=0.46kW;壓差液位計1臺。

　　(5)二級吹脫塔：1座，F(xiàn)RP材質，φ800×H7300(mm)，內裝填鮑爾環(huán)填料3m3，配套提升泵2臺，1用1備，Q=1.5m3/h、H=35m、N=0.46kW;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，風量4000m3/hr，風壓2500Pa，功率5.5kW;出水氨氮檢測儀1套。

　　(6)吸附塔：1座，F(xiàn)RP材質，φ800×H7300(mm)，內裝填鮑爾環(huán)填料1.5m3，配套提升泵2臺，1用1備，Q=3m3/h、H=25m、N=1.5kW;pH計一套;壓差液位計1臺;硫酸加藥泵，2臺，1用1備，Q=0.85L/min，P=1MPa，N=0.37kW。

　　(7)硫酸銨收集箱：1座，F(xiàn)RP材質，φ2100×H2900(mm)，有效池容：10m3。配套提升泵2臺，1用1備，Q=10m3/h、H=25m、N=2.2kW;超聲波液位計1臺。

　　四、運行要點及效果

　　該污水處理系統(tǒng)吹脫塔為2級串聯(lián)，調試時，主要調節(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節(jié)閥聯(lián)動，調節(jié)熱水水量，從而控制廢水溫度在55℃;

　　(3)吹脫塔內，控制氣水比在1500~3000范圍內;

　　(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月調試運行以來，運轉穩(wěn)定。運行時，實際廢水氨氮濃度在450~600mg/L，經過吹脫處理，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，同時產生15%硫酸銨廢液約65L/d。

　　五、效益分析

　　該工程占地55.5m2，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。

　　六、結論

　　實際運行結果表明，采用“二級吹脫+硫酸吸附冶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450~600mg/L，經過吹脫處理，排放廢水氨氮濃度在10mg/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。（來源：栗田工業(yè)(蘇州)水處理有限公司）