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高氨氮廢水蒸氨工藝

  對(duì)于高NH3-N廢水的處理技術(shù)可以分為2大類:一類是物化處理技術(shù),如吹脫法、MAP法、折點(diǎn)加氯法、膜吸收法、蒸氨法等;另一類技術(shù)是以生化為主的生物脫氮技術(shù),如厭氧氨氧化技術(shù)、AO或AAO法、膜生物反應(yīng)器法等。鑒于高NH3-N廢水的特點(diǎn),單一的、傳統(tǒng)的技術(shù)難以對(duì)其進(jìn)行有效處理,因此多專業(yè)技術(shù)的組合應(yīng)用、技術(shù)的突破升級(jí)勢在必行。本文以某化工廢水處理工程中的蒸氨系統(tǒng)為研究對(duì)象,對(duì)其工藝流程及運(yùn)行效果做了詳細(xì)的分析說明,并以回收氨水濃度為評(píng)價(jià)指標(biāo),通過正交試驗(yàn)研究了蒸氨塔的最佳工況。

  1、工藝介紹

  某化工企業(yè),主要產(chǎn)品為化工催化劑,其生產(chǎn)產(chǎn)生廢水具有含銅、含NH3-N濃度高、鹽度高、可生化性差、呈堿性等特點(diǎn)。原水水質(zhì)及最終排放要求見表1。

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  根據(jù)廢水水質(zhì)特點(diǎn),考慮長期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,高效性,采用廢水處理工藝見圖1。

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  其中作為核心單元的蒸氨系統(tǒng)工藝流程見圖2。由圖2可知,廢水首先經(jīng)過管道混合器,向廢水中投加NaOH調(diào)節(jié)廢水pH值在9~10.5范圍,之后廢水經(jīng)貧廢水換熱器,與從蒸氨塔底排出的蒸氨廢水換熱,將原廢水加熱到60℃,然后送至廢水加熱器用飽和蒸汽將原廢水加熱到90℃后進(jìn)入蒸氨塔。蒸氨塔采用直接蒸餾方式,原廢水從塔頂部進(jìn)入設(shè)備,同時(shí)塔底通入飽和蒸汽直接將廢水中的氨蒸出,蒸出的氨汽入蒸氨塔塔頂分縮器,用循環(huán)水冷卻,冷凝下來的液體入蒸氨塔頂作回流,未冷凝的氨汽進(jìn)入氨水冷凝冷卻器,再用循環(huán)水將氨汽冷凝冷卻成濃氨水至濃氨水槽。蒸氨塔底排出的蒸氨廢水在廢水換熱器中與原廢水換熱后,溫度降至約70℃進(jìn)入廢水冷卻器,用循環(huán)水冷卻至40℃以下后至后續(xù)處理系統(tǒng)。

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  蒸氨塔作為該系統(tǒng)的核心單元,采用大孔導(dǎo)向篩板式蒸氨塔,其具有液面梯度小、鼓泡均勻、返混小、抗堵能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其設(shè)備由塔底儲(chǔ)液段、加熱蒸餾段、分縮器3段組成,其中加熱蒸餾段,總共含有篩板31層,分縮器換熱面積10m2。在塔體各段分別設(shè)有液位計(jì)、壓力變送器及溫度變送器檢測蒸氨塔的運(yùn)行狀況,其正常生產(chǎn)工藝指標(biāo)見表2。

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  2、運(yùn)行工況分析

  2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

  蒸氨塔運(yùn)行的效率主要通過通入蒸氨塔的蒸汽流量及廢水pH值來控制,所以在蒸氨的操作中應(yīng)嚴(yán)格控制蒸氨塔底部溫度,分縮器出口溫度等指標(biāo)。為了分析各指標(biāo)對(duì)蒸氨塔運(yùn)行效果的影響,采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法,安排多因素試驗(yàn),尋求最優(yōu)水平組合,同時(shí)評(píng)價(jià)各因素對(duì)結(jié)果的影響顯著水平。

  系統(tǒng)運(yùn)行中,控制原廢水pH值在9~10范圍內(nèi),調(diào)節(jié)通入蒸氨塔的飽和蒸汽量控制塔底溫度,調(diào)節(jié)分縮器冷凝水通入量控制液氨管溫度,以進(jìn)水流量、塔底溫度、液氨管溫度為因素,以蒸出濃氨水的濃度為目標(biāo)值,采用四因素三水平的正交試驗(yàn)表L9(34)進(jìn)行正交試驗(yàn),設(shè)計(jì)表頭見表3。

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  2.2 結(jié)果分析

  通過對(duì)各因素做不同的組合運(yùn)行分析,得出正交試驗(yàn)結(jié)果見表4。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中空列用來估算試驗(yàn)誤差。

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  正交試驗(yàn)方差分析見表5。對(duì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行極差分析可知,對(duì)于目標(biāo)值,試驗(yàn)中極差分別為RC=10>RB=2.6>RA=1.3,則在選定各因素對(duì)目標(biāo)值的影響作用為C>B>A。在這幾組組合參數(shù)中對(duì)產(chǎn)生氨水濃度最佳水平搭配為A2B1C1,即進(jìn)水量2.5m3/h,塔底溫度105℃,液氨管溫度50℃。

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  由表5結(jié)果可以看出,對(duì)目標(biāo)值的影響,因素C高度顯著,因素B較顯著,因素A略有影響。分析結(jié)果同極差分析結(jié)果一致。由以上分析結(jié)果同時(shí)考慮到設(shè)備承擔(dān)負(fù)荷,確定選用最佳的因素水平組合為A2B1C1。

  3、運(yùn)行效果

  采用確定的最佳因素組合作為設(shè)備的運(yùn)行參數(shù),嚴(yán)格控制系統(tǒng)運(yùn)行。分別取原廢水、蒸氨廢水NH3-N濃度及產(chǎn)生的濃氨水NH3-N濃度作為指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測,結(jié)果見表6。

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  由表6可以看出,采用蒸氨塔對(duì)高NH3-N廢水進(jìn)行預(yù)處理,NH3-N去除率可達(dá)到90%以上,處理后的廢水NH3-N質(zhì)量濃度小于80mg/L,大大降低了該廢水后續(xù)處理的難度及后續(xù)廢水處理系統(tǒng)的負(fù)荷。同時(shí)產(chǎn)生高濃度純氨水,可回用于產(chǎn)線或作為產(chǎn)品,具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

  4、設(shè)備運(yùn)行異常問題及對(duì)策

  4.1 蒸餾塔塔底壓力高

  正常運(yùn)行條件下,蒸氨塔底部壓力在15~50kPa范圍內(nèi),當(dāng)壓力超過上限值,說明設(shè)備出現(xiàn)了問題,需要立刻停止蒸汽吹入,查明原因。經(jīng)過運(yùn)行分析,該問題可能是由于設(shè)備堵塞,通入的蒸汽無法正常排出導(dǎo)致塔內(nèi)部憋壓所致。

  造成此問題的主要原因及解決辦法有以下4個(gè)方面:

 ?、偻ㄈ胝羝窟^大,應(yīng)協(xié)同蒸汽流量、塔底溫度等數(shù)據(jù)綜合分析,合理控制蒸汽量;

  ②結(jié)合塔頂部壓力數(shù)據(jù),若塔頂部壓力升高,說明液氨管內(nèi)液氨排放不暢,有液封或氨水冷凝冷卻器堵塞,應(yīng)立刻排查濃氨水管道及冷凝冷卻器;

 ?、鄯挚s器堵塞,需打開分縮器上封頭對(duì)其進(jìn)行檢查疏通;

 ?、芩w篩板堵塞,由于廢水含鹽量過高,長期運(yùn)行會(huì)造成鹽分在篩板上析出,因此對(duì)于此類問題,需通入弱酸性液體,對(duì)塔體進(jìn)行浸泡,溶解固結(jié)在篩板上的鹽分。

  4.2 液氨管溫度不穩(wěn)定

  由正交分析可知,液氨管溫度對(duì)蒸氨塔運(yùn)行效果具有十分顯著的影響,因此需嚴(yán)格控制此處溫度。設(shè)備安裝時(shí),由于整個(gè)塔體較高,為了便于操作及觀察,液氨管溫度變送器安裝在了高3m操作平臺(tái)位置,液氨管較長,受環(huán)境溫度及塔體內(nèi)狀況變化影響大。因此為了減少該處溫度的波動(dòng),獲得適宜的濃氨水濃度,除對(duì)液氨管進(jìn)行保溫處理外,在分縮器循環(huán)冷卻水管路上增加同溫度變送器聯(lián)動(dòng)的電動(dòng)控制閥,自動(dòng)通入冷卻水的量從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)液氨管溫度的目的。

  5、結(jié)論

  (1)以某化工廢水處理工程實(shí)例為背景,詳細(xì)介紹了其中蒸氨系統(tǒng)的工藝流程及原理,蒸氨塔采用直接蒸氨的方式,同時(shí)設(shè)備采用大孔導(dǎo)向篩板,避免了常規(guī)篩板塔的一些不足。蒸氨工藝成熟可靠,流程簡單,操作方便,作為高NH3-N廢水的預(yù)處理具有很大的推廣價(jià)值。

  (2)外界對(duì)蒸氨塔運(yùn)行的影響因素較多,因此以蒸氨塔進(jìn)水流量、塔底溫度、液氨管溫度為因素,以回收濃氨水濃度為目標(biāo)值,建立正交試驗(yàn),通過極差分析及方差分析得出,對(duì)蒸氨塔運(yùn)行的影響程度依次為液氨管溫度、塔底溫度、進(jìn)水流量。同時(shí)篩選出了蒸氨塔的最佳運(yùn)行工況:進(jìn)水量2.5m3/h,塔底溫度105℃,液氨管溫度50℃。

  (3)在最佳運(yùn)行工況下對(duì)高NH3-N廢水進(jìn)行處理,NH3-N去除率可達(dá)到90%以上,處理后的廢水NH3-N質(zhì)量濃度小于80mg/L,大大降低了該廢水后續(xù)處理的難度及后續(xù)廢水處理系統(tǒng)的負(fù)荷。同時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物濃氨水NH3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到15%以上,可回收利用或作為產(chǎn)品,具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。( >

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