CN103130361A - 高浓度含氨废水的脱氨方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高浓度含氨废水的脱氨方法与装置；包括向含氨原水中加入碱液，提高pH值的加碱过程；加碱高浓度含氨废水加热提高温度的升温过程；高浓度含氨废水通过空气吹脱除去溶解于所述废水中氨的吹脱过程；含氨废气通过酸吸收来净化的酸吸收过程。装置至少由加碱混合器（2）、加热器（5a）、吹脱塔（9）、酸吸收塔（12）和他们之间的连接管路组成；本发明结合超声波处理技术、闪蒸技术，再进行空气吹脱，提高了吹脱的效率，减少空气用量，减少动力消耗；通过酸吸收的方法净化吹脱废气和回收氮素，不仅避免了对大气可能造成的二次污染而且还实现了氮素的资源化利用。与其他的脱氨方法相比，本方法实现了效率高成本低的目的。

Description

高浓度含氨废水的脱氨方法与装置

技术领域

本发明涉及一种采用空气吹脱方法去除高浓度含氨废水中所含氨氮的方法和装置，属于节能及环保领域，特别是焦化行业剩余氨水的高浓度含氨废水的脱氨方法与装置。

背景技术

含氨废水广泛存在于人们的日常生活和各个行业中，特别是焦化行业每年约排放出数千万立方米的含氨废水，其成分复杂，较难处理。通常此含氨废水经过生物处理达标后外排或回用。但这些高浓度含氨废水若直接采用生物方法处理，由于氨氮浓度含量高，会对生物处理产生严重的冲击，影响处理效果。因此，首先应对高浓度含氨废水采取合适的预处理技术，脱除氨氮。蒸氨法由于工艺成熟、脱氨效率相对较高，是焦化行业处理含氨废水最常用的方法。但是蒸氨过程蒸汽消耗量大，造成处理成本较高。空气吹脱法由于工艺简单也常被采用。传统的吹脱技术脱氨的过程是提高废水的pH值，在碱性条件下，废水中的NH₃-N主要呈游离NH₃的形态，通过吹脱排入大气。但是此空气吹脱法通常只用来处理氨氮浓度较低的废水。对于氨氮浓度较高的废水，比如氨氮浓度高达4000mg/L的含氨废水,常因需要的吹脱塔塔高很大而难以实现，且需要大量的空气，动力消耗大，运行成本高，还会造成吹脱塔顶出口气量大，含氨浓度低，不利于氨氮回收再利用。因此，研究开发一种高效率，低能耗的脱氨方法和装置具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于对传统空气吹脱法进行改进，提出一种处理能力高、动力消耗小的高含氨废水吹脱方法，并利用酸吸收的方法净化吹脱塔排出的含氨废气。与传统吹脱法和蒸氨法相比，具有节能、高效、资源化、不产生二次污染等特点。

本发明的具体技术方案如下：

一种高浓度含氨废水的除氨方法，其特征在于至少由如下过程组成；

（1）向含氨原水中加入碱液，提高pH值的加碱过程；

（2）对经过所述加碱过程（1）后的加碱高浓度含氨废水加热提高温度的升温过程；

（3）对经过所述升温过程（2）提高温度后的高浓度含氨废水通过空气吹脱除去溶解于所述废水中氨的吹脱过程；

（4）对所述吹脱过程（3）产生的含氨废气通过酸吸收来净化的酸吸收过程。

所述的过程（1）加碱过程适宜的pH值范围为10-11.5；过程（2）升温过程适宜的温度范围为45-75℃。

在过程（2）升温过程前或后对含氨废水进行超声波处理。

在过程（3）吹脱过程前对高浓度含氨废水进行闪蒸处理。

过程（3）吹脱过程排出的脱氨废水与高浓度含氨原水换热对含氨原水进行加热。

经过程（4）酸吸收过程净化的废空气或再返回到所述吹脱过程循环吹脱，或直接放散于大气。

本发明的装置，至少由加碱混合器2、加热器5a、吹脱塔9、酸吸收塔12、加碱混合器2与加热器5a之间的含氨废水连接管路、加热器5a与吹脱塔9之间的含氨废水连接管路、吹脱塔9与酸吸收塔12之间的连接管路组成；加碱混合器2的含氨废水出口侧与加热器5a的含氨废水入口侧相连；加热器5a的含氨废水出口侧与吹脱塔9含氨废水入口侧相连接；吹脱塔9气体排出口与酸吸收塔12的含氨废空气入口相连接，酸吸收塔12的净化空气出口或与吹脱塔的空气入口相连接，或直接与大气相通。

在含氨废水加热器5a前或后含氨废水管路上设置有超声波处理器6；如果是两级加热器5a与5b串联加热则超声波处理器6设置于一级加热器5a与二级加热器5b之间的含氨废水的管路上；超声波作用面的声能密度为0.5-3W/cm²,作用时间为0.1-2分钟。

在吹脱塔9前含氨废水管路上设置闪蒸器8，闪蒸器8的含氨废水出口侧与吹脱塔9的含氨废水入口侧相连。

在加碱混合器2后含氨废水管路上设置换热器4，换热器4的冷源入口侧与加碱混合器含氨废水出口侧相连，热源入口侧与吹脱塔底部的脱氨废水出口侧相连。

具体说明如下：

本发明者对高浓度含氨原水如3500mg/L的焦化剩余氨水进行吹脱实验的结果证实，pH值和温度对吹脱效率影响很大，提高废水的pH值和温度可大大提高吹脱效率，并可减少空气用量。所以，本发明首先向高浓度含氨废水中加入碱液，提高废水的pH值；然后通过加热，提高废水的温度；再采用空气吹脱方法来除去溶解在高浓度含氨废水中的氨。由于当高浓度含氨废水的pH值超过12之后，吹脱效率的变化趋于平缓，无明显升高；温度达到75℃后，随着温度的升高吹脱效率上升也变得缓慢；所以，综合考虑吹脱效率、药剂成本和能耗，适宜选择的pH值范围为10-11.5，温度范围为45-75℃。在吹脱过程中产生的含氨浓度比较高的废气，若直接排入大气会造成二次污染，且会造成氮资源的浪费。利用酸吸收净化含氨废气，在吸收塔底部可得到含铵盐的塔底液，这些塔底液可以回收利用，实现资源化，如用硫酸作吸收剂则可得到硫酸铵，可作为氮肥的原料。作为吸收剂的酸，可以使用硫酸、硝酸、盐酸、或有机酸，也可使用这些酸的混合物，可以综合考虑其价格、吸收效果和产物回收价值依具体情况而定。

本发明所述高浓度含氨废水中的高浓度是相对于吹脱后的脱氨废水的氨氮浓度而言。

在所述的过程（2）加热过程前或后对高浓度含氨废水进行超声波处理。经超声波处理不但可以促进含氨原水的一些难降解有机物的降解，提高后续生物处理的效果，还可以加强废水中NH₃-N的挥发和传质，使其更容易从液相向气相传递。

在所述的过程（3）吹脱过程前对高浓度含氨废水进行闪蒸处理。将高浓度含氨废水升压后升高到100-110℃，在降低压力的过程中，废水中的氨氮发生闪蒸，使含氨废水的氨氮浓度短时间内大量降低，从而减小吹脱负荷，有利于提高氨氮去除效率。

所述的过程（3）吹脱过程排出的脱氨废水与高浓度含氨原水换热对含氨原水进行加热。采用加热后再吹脱的方法，通常吹脱塔底部排出的脱氨废水温度仍然较高，可以在加热之前首先将其与高浓度含氨原水换热，充分利用其余热提高含氨原水的温度，再进入加热器，即可以降低加热的能耗，又可以避免因脱氨废水温度较高影响后续生物处理工序。换热的装置采用现有的热交换器即可。

经过程（4）酸吸收过程净化的废空气或再返回到所述吹脱过程循环吹脱，或直接放散于大气。经酸吸收净化后的气体处于水分饱和状态，温度也较高，如果返回吹脱塔循环吹脱使用，则可减少吹脱过程中水分蒸发带来的废水的温度下降导致的吹脱效果的下降。当然，循环使用会使操作***变得复杂，因此，也可选择含氨废气通过净化后直接排入大气的方法，这方面可以根据具体情况选定。

实现所述高浓度含氨废水脱氨方法的装置，如图1所示，至少由加碱混合器2、加热器5a、吹脱塔9、酸吸收塔12、加碱混合器2与加热器5a之间的含氨废水连接管路、加热器5a与吹脱塔9之间的含氨废水连接管路、吹脱塔9与酸吸收塔12之间的连接管路组成；加碱混合器2的含氨废水出口侧与加热器5a的含氨废水入口侧相连；加热器5a的含氨废水出口侧与吹脱塔9含氨废水入口侧相连接；吹脱塔9气体排出口与酸吸收塔12的含氨废空气入口相连接，酸吸收塔12的净化空气出口或与吹脱塔的空气入口相连接，或直接与大气相通。

实现所述的超声波处理的装置，是在含氨废水加热器5a前或后含氨废水管路上设置超声波处理器6；如果是两级加热器5a与5b串联加热则超声波处理器6设置于一级加热器5a与二级加热器5b之间的含氨废水的管路上；超声波作用面的声能密度为0.5-3W/cm²,作用时间为0.1-2分钟。通过这样低能量密度超声波的短时间作用，用很小的超声波设备即可实现促进难降解物的降解和氨挥发的目的。并且承受低能量密度超声波的振动作用所需的材料应力小，寿命长，不但可以减少设备的成本，还可以降低设备更换维修频率。

实现所述闪蒸处理的装置，是在吹脱塔9前含氨废水管路上设置闪蒸器8，闪蒸器8的含氨废水出口侧与吹脱塔9的含氨废水入口侧相连。通过在吹脱塔前增设闪蒸器，可减小吹脱负荷，进一步提高对氨氮浓度较高的含氨废水的处理能力。闪蒸器增设与否可根据待处理的高浓度含氨原水的氨氮浓度及期望达到的氨氮去除效果来决定。

实现所述脱氨废水与高浓度含氨原水换热的装置，其特征是在加碱混合器2后含氨废水管路上设置换热器4，换热器4的冷源入口侧与加碱混合器含氨废水出口侧相连，热源入口侧与吹脱塔底部的脱氨废水出口侧相连。这样可实现将脱氨废水的热量传递给高浓度含氨废水，可减少后续加热过程的能耗，也可以避免脱氨废水温度过高影响后续生物处理。

在实际工程中，调节原水pH值的碱液，一般采用30%NaOH溶液，但也可根据实际情况选择碱浓度和药剂。由于超声波挥发出的氨气和闪蒸器中排出的氨气气量大、浓度高，可以将其送入到煤气处理***中，进入煤气脱氨工序；也可以送入吹脱塔含氨废气的酸吸收工序回收氨。从空气吹脱塔排出的氨气，也可以用水吸收废气去除其中的氨，但所得氨水浓度较低难以利用，且吸收效率较低，所以用酸溶液吸收效率高，且可回收产物，避免氨水的利用或处理方面的困难。

本发明所述的高浓度含氨废水的处理方法同样也适用于其他行业产生的含氨液体中氨易挥发，液体主体成分不易挥发的含氨废水的脱氨，也适用于替代其他从液体中去除易挥发组分的现有的传统吹脱方法。

本发明所述的高浓度含氨废水的去除方法和装置，在吹脱之前对含氨原水进行加碱和升温，并结合超声波处理技术、闪蒸技术，再进行空气吹脱，大大提高了吹脱的效率，并可减少空气用量，减少动力消耗，节省运行成本；通过酸吸收的方法净化吹脱废气和回收氮素，不仅避免了对大气可能造成的二次污染而且还实现了氮素的资源化利用。与其他的脱氨方法相比，本方法实现了效率高成本低的目的。

附图说明

图1为本发明实例1的工艺流程示意图；

图2为本发明实例2的工艺流程示意图；

图3为本发明实例3的工艺流程示意图；

图4为本发明实例4的工艺流程示意图；

图5为本发明实例5的工艺流程示意图；

图6为本发明实例6的工艺流程示意图；

图中所示：1—高浓度含氨原水，2—加碱混合器，3—NaOH碱溶液，4—换热器，5a—一级加热器，5b—二级加热器，6—超声波处理器，7a—超声波解吸氨气，7b—闪蒸器蒸出氨气，7c—吹脱塔顶含氨废气，8—闪蒸器，9—吹脱塔，10—空气，11—吹脱塔底脱氨废水，12—酸吸收塔，13—稀硫酸，14—除氨净化气体，15—硫酸铵溶液，16—换热后脱氨废水。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明：

实施例1

图1表示了本发明实施例1所述的处理过程。处理过程主要由加碱、加热、空气吹脱和酸吸收工序组成。加碱混合器2、一级加热器5a、吹脱塔9、酸吸收塔12依次相连，空气吹脱塔顶废气出口与酸吸收塔下部的气体入口相连接，吹脱塔9底部的废水出口通往后续生物处理工序。

焦化厂剩余氨水作为高浓度含氨原水1，与38%的NaOH碱溶液3在加碱混合器2以一定比例混合，pH达到11.2后，送入一级加热器5a中，加热到72℃。加热后的含氨废水送入到吹脱塔9的上部，在吹脱塔内与从下部进入的空气10相接触，将液体中的氨转移到气相。吹脱塔底排出的脱氨废水11进入后续生物处理环节进一步处理。吹脱塔顶含氨废气7c送入到酸吸收塔12的下部，与从上部进入的稀硫酸13进行逆流接触，含氨废气中的氨被硫酸液吸收变成硫酸铵转移到液相。硫酸铵溶液15从酸吸收塔12底部排出，并送入化肥生产工序，除氨净化气体14从酸吸收塔12的塔顶排出并返回到吹脱塔9中循环使用。

高浓度含氨原水1的含氨浓度为3000mg/L，吹脱塔9底部排出的脱氨废水11的含氨浓度为220mg/L。采用本发明所述的空气吹脱脱氨方法，在合理的吹脱塔高和较小空气量条件下，即可实现对于剩余氨水这种浓度很高的含氨废水的高效脱氮。由此可见，本发明所述的高浓度含氨废水脱氨方法处理能力大，效率高，耗能少。

实施例2

图2表示了本发明实施例2所述的处理过程。处理过程主要由加碱、换热、加热、超声波处理、闪蒸处理、空气吹脱和酸吸收工序组成。加碱混合器2、换热器4、一级加热器5a、超声波处理器6、闪蒸器8、吹脱塔9、酸吸收塔12依次相连，空气吹脱塔顶废气出口与酸吸收塔下部的气体入口相连接，吹脱塔9底部的废水出口与换热器4的热源入口相连接。

焦化厂剩余氨水作为高浓度含氨原水1，与30%的NaOH碱溶液3在加碱混合器2以一定比例混合，pH达到10.5后，送入到换热器4与吹脱塔9底部排出的脱氨废水11换热后，送入一级加热器5a中，加热到65℃。加热后的含氨废水进入超声波处理器6经超声波处理后，进入闪蒸器8，超声波解吸氨气7a和闪蒸器蒸出氨气7b混合后送往煤气处理***脱氨工序。闪蒸器排出的含氨废水送入到吹脱塔9的上部，在吹脱塔内与从下部进入的空气10相接触，将液体中的氨转移到气相。吹脱塔底排出的脱氨废水11通过换热器与含氨原水换热，换热后脱氨废水16进入后续生物处理环节进一步处理。吹脱塔顶含氨废气7c送入到酸吸收塔12的下部，与从上部进入的稀硫酸13进行逆流接触，含氨废气中的氨被硫酸液吸收变成硫酸铵转移到液相。硫酸铵溶液15从酸吸收塔12底部排出，并送入化肥生产工序，除氨净化气体14从酸吸收塔12的塔顶排出并返回到吹脱塔9中循环使用。

超声波处理器6的声波作用面的声能密度为1.0W/cm²，作用时间为1分钟。高浓度含氨原水1的含氨浓度为4000mg/L，吹脱塔9底部排出的脱氨废水11的含氨浓度为185mg/L。本实施例高浓度含氨原水氨氮浓度较实施例1要高33%，因此在实施例1的基础上增设了超声波处理器和闪蒸器。由其处理效果可以看出，增设超声波处理器和闪蒸器进一步提高了整个工艺的处理能力，适合于更高氨氮浓度的含氨废水的处理。

实施例3

高浓度含氨废水脱氨装置和流程与实施例2基本相同，如图3所示，不同之处在于超声波处理器的位置位于一级加热器之前。即含氨废水经加碱调节pH值并与吹脱塔排出的脱氨废水11换热之后，进入超声波处理器6，经超声波处理后的含氨废水再经一级加热器5a加热升温。此外，高浓度含氨原水与35%NaOH碱溶液3混合后，pH值达到11.0，经加热器5a加热到55℃。

超声波处理器6的声波作用面的声能密度为1.5W/cm²，作用时间为0.5分钟。高浓度含氨原水1的含氨浓度为3600mg/L，吹脱塔9底部排出的脱氨废水11的含氨浓度为190mg/L。

实施例4

高浓度含氨废水脱氨装置和流程与实施例2基本相同，如图4所示，不同之处在于减少了超声波处理与吹脱工序之间的闪蒸处理工序。即含氨废水经超声波处理后直接送入吹脱塔9的上部进行吹脱处理。此外，超声波解吸氨气7a与吹脱塔顶含氨废气7c相通，一起送入酸吸收塔12经酸吸收净化。高浓度含氨原水与40%NaOH碱溶液3混合后，pH值达到11.5，经加热器5a加热到70℃。

超声波处理器6的声波作用面的声能密度为3.0W/cm²，作用时间为1.5分钟。高浓度含氨原水1的含氨浓度为3200mg/L，吹脱塔9底部排出的脱氨废水11的含氨浓度为210mg/L。

实施例5

高浓度含氨废水脱氨装置和流程与实施例4基本相同，如图5所示，不同之处在于采用两级加热器串联对含氨废水进行加热，超声波处理器6的位置位于一级加热器5a与二级加热器5b之间。此外，从酸吸收塔12顶部排出的除氨净化空气14直接放散于大气。高浓度含氨原水与25%NaOH碱溶液3混合后，pH值达到10.3，经一级加热器5a与二级加热器5b加热后，温度达75℃。

超声波处理器6的声波作用面的声能密度为2.8W/cm²，作用时间为2分钟。高浓度含氨原水1的含氨浓度为3300mg/L，吹脱塔9底部排出的脱氨废水11的含氨浓度为195mg/L。

实施例6

高浓度含氨废水脱氨装置和流程与实施例2基本相同，如图6所示，不同之处在于减少了加热器之后的超声波处理工序，即加热后的含氨废水直接进入闪蒸器8进行闪蒸处理。此外，高浓度含氨原水与28%NaOH碱溶液3混合后，pH值达到10.8，经加热器5a加热到50℃。

高浓度含氨原水1的含氨浓度为3500mg/L，吹脱塔9底部排出的脱氨废水11的含氨浓度为175mg/L。

Claims (10)

1.一种高浓度含氨废水的除氨方法，其特征在于至少由如下过程组成；

1）向含氨原水中加入碱液，提高pH值的加碱过程；

2）对经过所述加碱过程1）后的加碱高浓度含氨废水加热提高温度的升温过程；

3）对经过所述升温过程2）提高温度后的高浓度含氨废水通过空气吹脱除去溶解于所述废水中氨的吹脱过程；

4）对所述吹脱过程3）产生的含氨废气通过酸吸收来净化的酸吸收过程。

2.如权利要求1所述的高浓度含氨废水的除氨方法，其特征是过程1）加碱过程适宜的pH值范围为10-11.5；过程2）升温过程适宜的温度范围为45-75℃。

3.如权利要求1所述的高浓度含氨废水的除氨方法，其特征是在过程2）升温过程前或后对含氨废水进行超声波处理。

4.如权利要求1所述的高浓度含氨废水的除氨方法，其特征是在过程3）吹脱过程前对高浓度含氨废水进行闪蒸处理。

5.如权利要求1所述的高浓度含氨废水的除氨方法，其特征是过程3）吹脱过程排出的脱氨废水与高浓度含氨原水换热对含氨原水进行加热。

6.如权利要求1所述的高浓度含氨废水的除氨方法，其特征是经过程4）酸吸收过程净化的废空气或再返回到所述吹脱过程循环吹脱，或直接放散于大气。

7.实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于至少由加碱混合器（2）、加热器（5a）、吹脱塔（9）、酸吸收塔（12）、加碱混合器（2）与加热器（5a）之间的含氨废水连接管路、加热器（5a）与吹脱塔（9）之间的含氨废水连接管路、吹脱塔（9）与酸吸收塔（12）之间的连接管路组成；加碱混合器（2）的含氨废水出口侧与加热器（5a）的含氨废水入口侧相连；加热器（5a）的含氨废水出口侧与吹脱塔（9）含氨废水入口侧相连接；吹脱塔（9）气体排出口与酸吸收塔（12）的含氨废空气入口相连接，酸吸收塔（12）的净化空气出口或与吹脱塔的空气入口相连接，或直接与大气相通。

8.如权利要求6所述的装置，其特征是在含氨废水加热器（5a）前或后含氨废水管路上设置有超声波处理器（6）；如果是两级加热器（5a）与（5b）串联加热则超声波处理器（6）设置于一级加热器（5a）与二级加热器（5b）之间的含氨废水的管路上；超声波作用面的声能密度为0.5-3W/cm²,作用时间为0.1-2分钟。

9.如权利要求6所述的装置，其特征是在吹脱塔（9）前含氨废水管路上设置闪蒸器（8），闪蒸器（8）的含氨废水出口侧与吹脱塔（9）的含氨废水入口侧相连。

10.如权利要求6所述的装置，其特征是在加碱混合器（2）后含氨废水管路上设置换热器（4），换热器（4）的冷源入口侧与加碱混合器含氨废水出口侧相连，热源入口侧与吹脱塔底部的脱氨废水出口侧相连。

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