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高氨氮废水蒸氨工艺

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人气:-发表时间:2021-08-18 11:08【

 对于高NH3-N废水的处理技术可以分为2大类:一类是物化处理技术,如吹脱法、MAP法、折点加氯法、膜吸收法、蒸氨法等;另一类技术是以生化为主的生物脱氮技术,如厌氧氨氧化技术、AO或AAO法、膜生物反应器法等。鉴于高NH3-N废水的特点,单一的、传统的技术难以对其进行有效处理,因此多专业技术的组合应用、技术的突破升级势在必行。本文以某化工废水处理工程中的蒸氨系统为研究对象,对其工艺流程及运行效果做了详细的分析说明,并以回收氨水浓度为评价指标,通过正交试验研究了蒸氨塔的最佳工况。

  1、工艺介绍

  某化工企业,主要产品为化工催化剂,其生产产生废水具有含铜、含NH3-N浓度高、盐度高、可生化性差、呈碱性等特点。原水水质及最终排放要求见表1。

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  根据废水水质特点,考虑长期运行的经济性,高效性,采用废水处理工艺见图1。

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  其中作为核心单元的蒸氨系统工艺流程见图2。由图2可知,废水首先经过管道混合器,向废水中投加NaOH调节废水pH值在9~10.5范围,之后废水经贫废水换热器,与从蒸氨塔底排出的蒸氨废水换热,将原废水加热到60℃,然后送至废水加热器用饱和蒸汽将原废水加热到90℃后进入蒸氨塔。蒸氨塔采用直接蒸馏方式,原废水从塔顶部进入设备,同时塔底通入饱和蒸汽直接将废水中的氨蒸出,蒸出的氨汽入蒸氨塔塔顶分缩器,用循环水冷却,冷凝下来的液体入蒸氨塔顶作回流,未冷凝的氨汽进入氨水冷凝冷却器,再用循环水将氨汽冷凝冷却成浓氨水至浓氨水槽。蒸氨塔底排出的蒸氨废水在废水换热器中与原废水换热后,温度降至约70℃进入废水冷却器,用循环水冷却至40℃以下后至后续处理系统。

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  蒸氨塔作为该系统的核心单元,采用大孔导向筛板式蒸氨塔,其具有液面梯度小、鼓泡均匀、返混小、抗堵能力强等优点。其设备由塔底储液段、加热蒸馏段、分缩器3段组成,其中加热蒸馏段,总共含有筛板31层,分缩器换热面积10m2。在塔体各段分别设有液位计、压力变送器及温度变送器检测蒸氨塔的运行状况,其正常生产工艺指标见表2。

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  2、运行工况分析

  2.1 正交试验设计

  蒸氨塔运行的效率主要通过通入蒸氨塔的蒸汽流量及废水pH值来控制,所以在蒸氨的操作中应严格控制蒸氨塔底部温度,分缩器出口温度等指标。为了分析各指标对蒸氨塔运行效果的影响,采用正交试验设计的方法,安排多因素试验,寻求最优水平组合,同时评价各因素对结果的影响显著水平。

  系统运行中,控制原废水pH值在9~10范围内,调节通入蒸氨塔的饱和蒸汽量控制塔底温度,调节分缩器冷凝水通入量控制液氨管温度,以进水流量、塔底温度、液氨管温度为因素,以蒸出浓氨水的浓度为目标值,采用四因素三水平的正交试验表L9(34)进行正交试验,设计表头见表3。

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  2.2 结果分析

  通过对各因素做不同的组合运行分析,得出正交试验结果见表4。正交试验设计中空列用来估算试验误差。

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  正交试验方差分析见表5。对试验设计进行极差分析可知,对于目标值,试验中极差分别为RC=10>RB=2.6>RA=1.3,则在选定各因素对目标值的影响作用为C>B>A。在这几组组合参数中对产生氨水浓度最佳水平搭配为A2B1C1,即进水量2.5m3/h,塔底温度105℃,液氨管温度50℃。

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  由表5结果可以看出,对目标值的影响,因素C高度显著,因素B较显著,因素A略有影响。分析结果同极差分析结果一致。由以上分析结果同时考虑到设备承担负荷,确定选用最佳的因素水平组合为A2B1C1。

  3、运行效果

  采用确定的最佳因素组合作为设备的运行参数,严格控制系统运行。分别取原废水、蒸氨废水NH3-N浓度及产生的浓氨水NH3-N浓度作为指标进行监测,结果见表6。

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  由表6可以看出,采用蒸氨塔对高NH3-N废水进行预处理,NH3-N去除率可达到90%以上,处理后的废水NH3-N质量浓度小于80mg/L,大大降低了该废水后续处理的难度及后续废水处理系统的负荷。同时产生高浓度纯氨水,可回用于产线或作为产品,具有较好的经济价值。

  4、设备运行异常问题及对策

  4.1 蒸馏塔塔底压力高

  正常运行条件下,蒸氨塔底部压力在15~50kPa范围内,当压力超过上限值,说明设备出现了问题,需要立刻停止蒸汽吹入,查明原因。经过运行分析,该问题可能是由于设备堵塞,通入的蒸汽无法正常排出导致塔内部憋压所致。

  造成此问题的主要原因及解决办法有以下4个方面:

  ①通入蒸汽量过大,应协同蒸汽流量、塔底温度等数据综合分析,合理控制蒸汽量;

  ②结合塔顶部压力数据,若塔顶部压力升高,说明液氨管内液氨排放不畅,有液封或氨水冷凝冷却器堵塞,应立刻排查浓氨水管道及冷凝冷却器;

  ③分缩器堵塞,需打开分缩器上封头对其进行检查疏通;

  ④塔体筛板堵塞,由于废水含盐量过高,长期运行会造成盐分在筛板上析出,因此对于此类问题,需通入弱酸性液体,对塔体进行浸泡,溶解固结在筛板上的盐分。

  4.2 液氨管温度不稳定

  由正交分析可知,液氨管温度对蒸氨塔运行效果具有十分显著的影响,因此需严格控制此处温度。设备安装时,由于整个塔体较高,为了便于操作及观察,液氨管温度变送器安装在了高3m操作平台位置,液氨管较长,受环境温度及塔体内状况变化影响大。因此为了减少该处温度的波动,获得适宜的浓氨水浓度,除对液氨管进行保温处理外,在分缩器循环冷却水管路上增加同温度变送器联动的电动控制阀,自动通入冷却水的量从而达到自动调节液氨管温度的目的。

  5、结论

  (1)以某化工废水处理工程实例为背景,详细介绍了其中蒸氨系统的工艺流程及原理,蒸氨塔采用直接蒸氨的方式,同时设备采用大孔导向筛板,避免了常规筛板塔的一些不足。蒸氨工艺成熟可靠,流程简单,操作方便,作为高NH3-N废水的预处理具有很大的推广价值。

  (2)外界对蒸氨塔运行的影响因素较多,因此以蒸氨塔进水流量、塔底温度、液氨管温度为因素,以回收浓氨水浓度为目标值,建立正交试验,通过极差分析及方差分析得出,对蒸氨塔运行的影响程度依次为液氨管温度、塔底温度、进水流量。同时筛选出了蒸氨塔的最佳运行工况:进水量2.5m3/h,塔底温度105℃,液氨管温度50℃。

  (3)在最佳运行工况下对高NH3-N废水进行处理,NH3-N去除率可达到90%以上,处理后的废水NH3-N质量浓度小于80mg/L,大大降低了该废水后续处理的难度及后续废水处理系统的负荷。同时系统产生的副产物浓氨水NH3-N质量分数可达到15%以上,可回收利用或作为产品,具有很大的经济价值。


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