某硝酸銨廢水零排放項(xiàng)目設(shè)計(jì)淺析

蔡宇拓

摘 要：在工業(yè)廢水處理項(xiàng)目中，對(duì)高氨氮、高鹽度廢水的回收、利用一直是一個(gè)難題，在目前的環(huán)保壓力下如何能夠有效地解決零排放問(wèn)題是我們探討的目的，本文以某國(guó)有煤氣企業(yè)的零排放項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)為例簡(jiǎn)單分析，以此分享。本工程是為某國(guó)有煤氣公司硝酸銨廢水資源化利用項(xiàng)目而設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：硝酸銨廢水；電滲析；EDI；離子交換；零排放

某國(guó)有煤氣公司氣化廠，為將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的硝酸銨廢水資源化利用，有限削減污染物排放總量，根據(jù)廢水的特征，擬對(duì)硝酸銨廢水采用組合的膜工藝濃縮，濃縮液用于生產(chǎn)系統(tǒng)中，采用蒸發(fā)工藝制成晶體，作為副產(chǎn)品外售，淡水可作為冷卻循環(huán)水回用，基本實(shí)現(xiàn)硝酸銨廢水零排放。

一、工藝設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目利用膜集成技術(shù)濃縮硝酸銨冷凝廢水，可將硝酸銨溶液濃縮至8%～12%，濃縮液可以直接被硝銨系統(tǒng)回用，膜系統(tǒng)的透過(guò)液（清潔水）控制氨氮小于10mg/l，作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水，水的回用率可達(dá)100%。實(shí)現(xiàn)水和硝酸銨資源的充分利用，促進(jìn)硝銨工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

據(jù)建設(shè)單位的要求，本項(xiàng)目處理規(guī)模為320m3/h，設(shè)計(jì)每天運(yùn)行時(shí)間20h，即16m3/h。進(jìn)水PH=6-9， 硝酸銨濃度約為6000 mg/L； 出水PH=6-9， 回收淡水氨氮濃度≤2.47mg/L，濃縮液硝酸銨濃度達(dá)到105.1g/L。

1.工藝流程說(shuō)明

1、硝酸銨冷凝廢水經(jīng)降溫和調(diào)節(jié)pH后進(jìn)入電滲析膜濃縮系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)三級(jí)濃縮裝置，第一級(jí)運(yùn)行時(shí)，淡化側(cè)廢水一次性處理至含鹽量小于400mg/l進(jìn)入三級(jí)電滲析脫鹽系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步淡化，一級(jí)電滲析濃縮側(cè)廢水排出的濃水含鹽量達(dá)到20000mg/l（2%）左右；進(jìn)入第二級(jí)濃縮系統(tǒng)；第二級(jí)電滲析運(yùn)行時(shí)，淡化側(cè)廢水淡化至含鹽量小于8000mg/l回流至一級(jí)電滲析裝置處理；二級(jí)電滲析濃縮側(cè)廢水排出的濃水硝酸銨量達(dá)到100000mg/l（10%）以上，二級(jí)電滲析濃水水量約1.6m3/h，作為配料水直接進(jìn)入系統(tǒng)回用或進(jìn)入硝酸銨蒸發(fā)系統(tǒng)，回收硝酸銨；第一級(jí)電滲析濃縮系統(tǒng)的淡化水進(jìn)入第三級(jí)除鹽系統(tǒng)，經(jīng)電滲析膜脫鹽處理后，氨氮含量在10mg/l以下，三級(jí)電滲析淡水量約14.4m3/h，PH6.5～7，淡水再經(jīng)過(guò)EDI系統(tǒng)制備超純水回用到生產(chǎn)工藝中或作為循環(huán)冷卻水使用，三級(jí)電滲析系統(tǒng)的濃縮液返回一級(jí)電滲析濃縮系統(tǒng)繼續(xù)濃縮。

2、在極水儲(chǔ)罐中加入脫鹽水，并加入氯化鈉溶液調(diào)節(jié)到所需電導(dǎo)率5000～10000us/cm，然后用水泵輸送到設(shè)備極室中。

2、單元工藝原理及介紹

2.1 電滲析（ED）系統(tǒng)

電滲析是一種利用膜的選擇透過(guò)性對(duì)水中的帶電電解質(zhì)和不帶電物質(zhì)進(jìn)行分離而達(dá)到脫鹽、濃縮等預(yù)期目的的一種膜分離設(shè)備。電滲析器的主要部件為陰、陽(yáng)離子交換膜、隔板與電極三部分。隔板構(gòu)成的隔室為液體流經(jīng)過(guò)的通道。物料經(jīng)過(guò)的隔室為脫鹽室，濃水經(jīng)過(guò)的隔室為濃縮室。在直流電場(chǎng)的作用下，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，陽(yáng)離子透過(guò)陽(yáng)膜，陰離子透過(guò)陰膜，脫鹽室的離子向濃縮室遷移，濃縮室的離子由于膜的選擇透過(guò)性而無(wú)法向脫鹽室遷移。這樣淡室的鹽分濃度逐漸降低，相鄰濃縮室的鹽分濃度相應(yīng)逐漸升高。即把廢水中的鹽分進(jìn)行淡化或濃縮。

硝銨廢水ED系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為三級(jí)濃縮方式，為了確保系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，共設(shè)19套電滲析裝置。一級(jí)兩組10臺(tái)，每組5臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行。二級(jí)1組4臺(tái)，三級(jí)1組5臺(tái)。

ED系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)：

1）設(shè)計(jì)溫度：≤40℃

2）設(shè)計(jì)濃縮濃度：≥10%

2.2 EDI系統(tǒng)

電去離子（Electrodeionization簡(jiǎn)稱EDI）是將電滲析膜分離技術(shù)與離子交換技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)的一種新的制備超純水的技術(shù)，它利用電滲析過(guò)程中的極化現(xiàn)象對(duì)填充在淡水室中的離子交換樹(shù)脂進(jìn)行電化學(xué)再生。

EDI設(shè)備主要由交替排列的陽(yáng)離子交換膜、濃水室、陰離子交換膜、淡水室和正、負(fù)電極組成。在直流電場(chǎng)的作用下，淡水室中離子交換樹(shù)脂中的陽(yáng)離子和陰離子沿樹(shù)脂和膜構(gòu)成的通道分別向負(fù)極和正極方向遷移，陽(yáng)離子透過(guò)陽(yáng)離子交換膜，陰離子透過(guò)陰離子交換膜，分別進(jìn)入濃水室形成濃水。同時(shí)EDI進(jìn)水中的陽(yáng)離子和陰離子跟離子交換樹(shù)脂中的氫離子和氫氧根離子交換，形成超純水。極限電流使水電解產(chǎn)生的大量氫離子和氫氧根離子對(duì)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行連續(xù)的再生。傳統(tǒng)的離子交換，離子交換樹(shù)脂飽和后需要化學(xué)間歇再生。而EDI膜堆中的樹(shù)脂通過(guò)水的電解連續(xù)再生，工作是連續(xù)的，不需要化學(xué)再生。

本項(xiàng)目中由于部分水需要回用至循環(huán)冷卻系統(tǒng)做到氨氮低于10mg/l，即做到接近超純水標(biāo)準(zhǔn)。由于納濾（反滲透）技術(shù)對(duì)于低無(wú)機(jī)鹽濃度廢水的截留率比較低，無(wú)法直接制備超純水，而且效率較低，不經(jīng)濟(jì)。而EDI技術(shù)是當(dāng)今國(guó)際上制備超純水最先進(jìn)技術(shù)，無(wú)需對(duì)樹(shù)脂再生，無(wú)需消耗化學(xué)藥劑，投資和運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)，是一種環(huán)境友好型超純水制備技術(shù)，產(chǎn)品水可以做到0.06?s/cm以下，非常適合也比較經(jīng)濟(jì)能把氨氮脫除至10mg/l以下。

A、硝銨廢水EDI回用系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)：

設(shè)計(jì)處理量：12m3/h

回用水氨氮：≤10mg/l

操作溫度： ≤40℃

設(shè)計(jì)壓力： ≤0.2MPa

三、改造后處理效果

本項(xiàng)目建成后出水指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，回用的冷卻循環(huán)水NH4-N濃度為0.83 mg/L，二級(jí)濃縮液硝酸銨濃度為105.1g/L，廢水處理系統(tǒng)各工藝單元達(dá)到預(yù)期效果，運(yùn)行成本約為=4.84元/m3。

對(duì)硝酸銨高鹽類化工廢水的處理應(yīng)根據(jù)不同水質(zhì)建立適合的廢水預(yù)處理裝置，通過(guò)過(guò)濾裝置等預(yù)處理手段，滿足設(shè)備進(jìn)水要求。以利于后續(xù)系統(tǒng)的啟動(dòng)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于離子交換膜處理單元借鑒現(xiàn)有應(yīng)用案例，結(jié)合水質(zhì)分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，采用靈活的工藝路線強(qiáng)化膜處理的能力，最終通過(guò)膜分離系統(tǒng)達(dá)到廢水回收、利用，從而達(dá)到零排放目的。

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（作者單位：浙江省杭州市浙江開(kāi)創(chuàng)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆?/p>