隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)及科技的發(fā)展，我國(guó)化學(xué)制造業(yè)、石油加工業(yè)以及半導(dǎo)體等行業(yè)規(guī)模得到快速發(fā)展，與此同時(shí)，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(zhì)量的首要指標(biāo)之一，大量氨氮廢水排入水體，能夠引起水體富營(yíng)養(yǎng)化、導(dǎo)致水生動(dòng)物死亡，不僅污染環(huán)境還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)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(guó)內(nèi)外都受到極大的關(guān)注。目前，對(duì)于氨氮廢水處理主要有化學(xué)沉淀法、吹脫法、折點(diǎn)氯化法、離子交換法、生物處理法等技術(shù)。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(shè)備操作簡(jiǎn)單、處理效果穩(wěn)定、運(yùn)行費(fèi)用低，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。
一、廢水 >
上海某集成電路研發(fā)中心，聚焦集成電路主流技術(shù)路線，致力于解決重大共性技術(shù)的研發(fā)及服務(wù)支撐問(wèn)題，并為自主可控產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)提供公共的裝備和材料驗(yàn)證平臺(tái)。在企業(yè)研發(fā)試驗(yàn)過(guò)成中，產(chǎn)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(diǎn)。設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)及排放要求見(jiàn)表1。
二、工藝流程設(shè)計(jì)
2.1工藝選擇項(xiàng)目為該廢水的預(yù)處理，主要去除廢水內(nèi)含有的氨氮，經(jīng)取樣分析，廢水內(nèi)氨氮主要以銨離子(NH+4)的形態(tài)存在，對(duì)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(diǎn)。為了解決以上問(wèn)題，根據(jù)廢水水質(zhì)及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，采用“二級(jí)吹脫+硫酸吸附冶處理工藝，工藝流程見(jiàn)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(zhì)速度理論，是以廢水中氨氣濃度與空氣中物質(zhì)的濃度差為推動(dòng)力的一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程。當(dāng)pH為中性時(shí)，NH3-N主要以銨離子(NH+4)形式存在，并在水中保持平衡，當(dāng)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(guò)程中，使水中溶解的游離氨從液相擴(kuò)散轉(zhuǎn)移至氣相并隨著氣體流動(dòng)被帶走，從而達(dá)到去除氨氮的目的。
相關(guān)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(guān)系。隨著pH、溫度及氣液比的增大，對(duì)氨氮的吹脫效率和吸收效率呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，一般來(lái)說(shuō)pH值要提高到10.8~11.5，水溫不低50℃，水力負(fù)荷為2.5~5m3/m2•h，氣水比為2500~5000范圍，吹脫除氨效率可達(dá)90%以上。
2.3工藝流程說(shuō)明
鑒于企業(yè)生產(chǎn)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(shè)計(jì)規(guī)模1m3/h，每天運(yùn)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(diào)整槽，向其中投加NaOH，調(diào)節(jié)廢水pH在10.5~11.5范圍，之后進(jìn)入中間水箱，再由提升泵將廢水打入換熱器，通過(guò)同熱水熱量交換，將廢水溫度提升至55℃后進(jìn)入吹脫塔。
為了提高氨氮的去除效率，采用二級(jí)吸附塔串聯(lián)的設(shè)計(jì)，同時(shí)在塔內(nèi)設(shè)置填料，以促進(jìn)空氣和水的充分接觸。根據(jù)傳質(zhì)種類及性質(zhì)的不同，分為廢水路、氣路及吸收液回路，其各運(yùn)行模式如下：
(1)水路：廢水首先進(jìn)入一級(jí)吹脫塔，再由提升泵將廢水打入二級(jí)吹脫塔。在吹脫塔內(nèi)，廢水從塔的上部淋灑到填料上形成水滴并流向塔底，同時(shí)用風(fēng)機(jī)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(jìn)過(guò)處理的廢水集中在二級(jí)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(guò)廢水風(fēng)機(jī)從二級(jí)吹脫塔底部向塔內(nèi)送氣，形成與廢水的一次脫氨處理，含有氨的廢氣從二級(jí)吹脫塔頂部排出，從一級(jí)吹脫塔底部進(jìn)入二級(jí)吹脫塔，再?gòu)捻敳颗懦鲞M(jìn)入吸附塔，采用吸收液對(duì)廢氣內(nèi)氨進(jìn)行吸收，經(jīng)過(guò)凈化的氣體由風(fēng)機(jī)吸出，形成一個(gè)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(guò)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(jìn)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(guò)程是硫酸銨溶液的濃縮過(guò)程，當(dāng)吸收液中的硫酸銨達(dá)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(shè)備參數(shù)
(1)原水箱：1座，F(xiàn)RP材質(zhì)，φ1600×1800(mm)，有效池容：3m3，HRT：12h。配套提升泵2臺(tái)，1用1備，Q=1.5m3/h、H=35m、N=0.46kW;超聲波液位計(jì)1臺(tái);DN25電磁流量計(jì)1臺(tái)。
(2)pH調(diào)整槽及中間水槽：1座，F(xiàn)RP材質(zhì)，φ1500×2300(mm)，其中淤pH調(diào)整槽：有效池容1m3，HRT：1h，配套NaOH加藥泵2臺(tái)，1用1備，Q=0.5L/min，P=1MPa，N=0.37kW;攪拌機(jī)1臺(tái)，R=150rpm、N=0.75kW;pH計(jì)一套。于中間水槽：有效池容2m3，HRT：2h，配套提升泵2臺(tái)，1用1備，Q=1.5m3/h、H=35m、N=0.46kW;差壓液位計(jì)1臺(tái);轉(zhuǎn)子流量計(jì)1個(gè)。
(3)板式換熱器：1臺(tái)，板片SUS316材質(zhì)，換熱面積0.98m2，加熱范圍15~55℃，配套壓力變送器1套;比例調(diào)節(jié)閥1個(gè)。
(4)一級(jí)吹脫塔：1座，F(xiàn)RP材質(zhì)，φ800×H7300(mm)，內(nèi)裝填鮑爾環(huán)填料3m3，配套提升泵2臺(tái)，1用1備，Q=1.5m3/h、H=35m、N=0.46kW;壓差液位計(jì)1臺(tái)。
(5)二級(jí)吹脫塔：1座，F(xiàn)RP材質(zhì)，φ800×H7300(mm)，內(nèi)裝填鮑爾環(huán)填料3m3，配套提升泵2臺(tái)，1用1備，Q=1.5m3/h、H=35m、N=0.46kW;壓差液位計(jì)1臺(tái);DN25電磁流量計(jì)1臺(tái);廢氣風(fēng)機(jī)，1臺(tái)，F(xiàn)RP材質(zhì)，風(fēng)量4000m3/hr，風(fēng)壓2500Pa，功率5.5kW;出水氨氮檢測(cè)儀1套。
(6)吸附塔：1座，F(xiàn)RP材質(zhì)，φ800×H7300(mm)，內(nèi)裝填鮑爾環(huán)填料1.5m3，配套提升泵2臺(tái)，1用1備，Q=3m3/h、H=25m、N=1.5kW;pH計(jì)一套;壓差液位計(jì)1臺(tái);硫酸加藥泵，2臺(tái)，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(zhì)，φ2100×H2900(mm)，有效池容：10m3。配套提升泵2臺(tái)，1用1備，Q=10m3/h、H=25m、N=2.2kW;超聲波液位計(jì)1臺(tái)。
四、運(yùn)行要點(diǎn)及效果
該污水處理系統(tǒng)吹脫塔為2級(jí)串聯(lián)，調(diào)試時(shí)，主要調(diào)節(jié)廢水的pH、進(jìn)水溫度、氣水比及硫酸銨濃度等指標(biāo)，整個(gè)系統(tǒng)采用PLC控制，全自動(dòng)運(yùn)行，主要控制點(diǎn)如下：
(1)在pH調(diào)整槽，通過(guò)pH計(jì)同NaOH加藥泵聯(lián)動(dòng)，控制NaOH加藥量，控制廢水pH在11.5~11.8范圍;
(2)廢水經(jīng)過(guò)板式換熱器，同熱水源進(jìn)行換熱，通過(guò)溫度變送器同比例調(diào)節(jié)閥聯(lián)動(dòng)，調(diào)節(jié)熱水水量，從而控制廢水溫度在55℃;
(3)吹脫塔內(nèi)，控制氣水比在1500~3000范圍內(nèi);
(4)在吸附塔，通過(guò)液位控制硫酸銨溶液的排放。運(yùn)行時(shí)，先在吸附塔內(nèi)補(bǔ)充自來(lái)水至中液位，同時(shí)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(huì)升高，需繼續(xù)補(bǔ)充H2SO4，當(dāng)吸附塔底部吸收液達(dá)到高液位，開(kāi)啟自動(dòng)排放閥，將吸收液排入硫酸銨收集箱。
在管路設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證出水效果，在氨氮檢測(cè)儀前段及后端各增加自動(dòng)閥，控制廢水的排放與循環(huán)：當(dāng)排放廢水氨氮達(dá)標(biāo)時(shí)排入含氟廢水處理系統(tǒng);當(dāng)排放廢水不達(dá)標(biāo)時(shí)，將廢水排入中間水池，循環(huán)處理。
系統(tǒng)自2019年6月調(diào)試運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。運(yùn)行時(shí)，實(shí)際廢水氨氮濃度在450~600mg/L，經(jīng)過(guò)吹脫處理，最終排放廢水氨氮濃度在10以下，去除率達(dá)到97%以上，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)產(chǎn)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(wàn)元(不含土建費(fèi)用)，系統(tǒng)運(yùn)行總費(fèi)用280.8元/d(不含人工費(fèi)及硫酸銨廢液處理費(fèi)用)，其中藥劑費(fèi)173元/d，電費(fèi)77.8元/d，折合噸水成本為46.8元/m3。
六、結(jié)論
實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，采用“二級(jí)吹脫+硫酸吸附冶工藝處理高氨氮廢水是穩(wěn)定可行的，運(yùn)行中，原廢水氨氮濃度450~600mg/L，經(jīng)過(guò)吹脫處理，排放廢水氨氮濃度在10mg/L以下，去除率達(dá)到97%以上。
系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，控制進(jìn)入吹脫塔廢水pH在11.5~11.8范圍、進(jìn)水溫度55℃、氣水比1500~3000范圍，吹脫產(chǎn)生的氨用硫酸吸收，避免造成二次污染。
采用PLC控制，整個(gè)系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)人值守，運(yùn)行穩(wěn)定高效，操作維護(hù)簡(jiǎn)單。（ >
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