某硝酸銨廢水零排放項目設計淺析

蔡宇拓

摘 要：在工業廢水處理項目中，對高氨氮、高鹽度廢水的回收、利用一直是一個難題，在目前的環保壓力下如何能夠有效地解決零排放問題是我們探討的目的，本文以某國有煤氣企業的零排放項目經驗為例簡單分析，以此分享。本工程是為某國有煤氣公司硝酸銨廢水資源化利用項目而設計。

關鍵詞：硝酸銨廢水；電滲析；EDI；離子交換；零排放

某國有煤氣公司氣化廠，為將生產過程中產生的硝酸銨廢水資源化利用，有限削減污染物排放總量，根據廢水的特征，擬對硝酸銨廢水采用組合的膜工藝濃縮，濃縮液用于生產系統中，采用蒸發工藝制成晶體，作為副產品外售，淡水可作為冷卻循環水回用，基本實現硝酸銨廢水零排放。

一、工藝設計

本項目利用膜集成技術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回用，膜系統的透過液（清潔水）控制氨氮小于10mg/l，作為循環冷卻水補充水，水的回用率可達100%。實現水和硝酸銨資源的充分利用，促進硝銨工業可持續發展。

據建設單位的要求，本項目處理規模為320m3/h，設計每天運行時間20h，即16m3/h。進水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到105.1g/L。

1.工藝流程說明

1、硝酸銨冷凝廢水經降溫和調節pH后進入電滲析膜濃縮系統，該系統設三級濃縮裝置，第一級運行時，淡化側廢水一次性處理至含鹽量小于400mg/l進入三級電滲析脫鹽系統進行進一步淡化，一級電滲析濃縮側廢水排出的濃水含鹽量達到20000mg/l（2%）左右；進入第二級濃縮系統；第二級電滲析運行時，淡化側廢水淡化至含鹽量小于8000mg/l回流至一級電滲析裝置處理；二級電滲析濃縮側廢水排出的濃水硝酸銨量達到100000mg/l（10%）以上，二級電滲析濃水水量約1.6m3/h，作為配料水直接進入系統回用或進入硝酸銨蒸發系統，回收硝酸銨；第一級電滲析濃縮系統的淡化水進入第三級除鹽系統，經電滲析膜脫鹽處理后，氨氮含量在10mg/l以下，三級電滲析淡水量約14.4m3/h，PH6.5～7，淡水再經過EDI系統制備超純水回用到生產工藝中或作為循環冷卻水使用，三級電滲析系統的濃縮液返回一級電滲析濃縮系統繼續濃縮。

2、在極水儲罐中加入脫鹽水，并加入氯化鈉溶液調節到所需電導率5000～10000us/cm，然后用水泵輸送到設備極室中。

2、單元工藝原理及介紹

2.1 電滲析（ED）系統

電滲析是一種利用膜的選擇透過性對水中的帶電電解質和不帶電物質進行分離而達到脫鹽、濃縮等預期目的的一種膜分離設備。電滲析器的主要部件為陰、陽離子交換膜、隔板與電極三部分。隔板構成的隔室為液體流經過的通道。物料經過的隔室為脫鹽室，濃水經過的隔室為濃縮室。在直流電場的作用下，利用離子交換膜的選擇透過性，陽離子透過陽膜，陰離子透過陰膜，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性而無法向脫鹽室遷移。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逐漸升高。即把廢水中的鹽分進行淡化或濃縮。

硝銨廢水ED系統設計采用模塊化設計，系統設計為三級濃縮方式，為了確保系統連續穩定運行，共設19套電滲析裝置。一級兩組10臺，每組5臺并聯運行。二級1組4臺，三級1組5臺。

ED系統設計參數：

1）設計溫度：≤40℃

2）設計濃縮濃度：≥10%

2.2 EDI系統

電去離子（Electrodeionization簡稱EDI）是將電滲析膜分離技術與離子交換技術有機地結合起來的一種新的制備超純水的技術，它利用電滲析過程中的極化現象對填充在淡水室中的離子交換樹脂進行電化學再生。

EDI設備主要由交替排列的陽離子交換膜、濃水室、陰離子交換膜、淡水室和正、負電極組成。在直流電場的作用下，淡水室中離子交換樹脂中的陽離子和陰離子沿樹脂和膜構成的通道分別向負極和正極方向遷移，陽離子透過陽離子交換膜，陰離子透過陰離子交換膜，分別進入濃水室形成濃水。同時EDI進水中的陽離子和陰離子跟離子交換樹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生的大量氫離子和氫氧根離子對離子交換樹脂進行連續的再生。傳統的離子交換，離子交換樹脂飽和后需要化學間歇再生。而EDI膜堆中的樹脂通過水的電解連續再生，工作是連續的，不需要化學再生。

本項目中由于部分水需要回用至循環冷卻系統做到氨氮低于10mg/l，即做到接近超純水標準。由于納濾（反滲透）技術對于低無機鹽濃度廢水的截留率比較低，無法直接制備超純水，而且效率較低，不經濟。而EDI技術是當今國際上制備超純水最先進技術，無需對樹脂再生，無需消耗化學藥劑，投資和運行比較經濟，是一種環境友好型超純水制備技術，產品水可以做到0.06?s/cm以下，非常適合也比較經濟能把氨氮脫除至10mg/l以下。

A、硝銨廢水EDI回用系統主要技術參數：

設計處理量：12m3/h

回用水氨氮：≤10mg/l

操作溫度： ≤40℃

設計壓力： ≤0.2MPa

三、改造后處理效果

本項目建成后出水指標達到設計要求，回用的冷卻循環水NH4-N濃度為0.83 mg/L，二級濃縮液硝酸銨濃度為105.1g/L，廢水處理系統各工藝單元達到預期效果，運行成本約為=4.84元/m3。

對硝酸銨高鹽類化工廢水的處理應根據不同水質建立適合的廢水預處理裝置，通過過濾裝置等預處理手段，滿足設備進水要求。以利于后續系統的啟動和正常運轉，對于離子交換膜處理單元借鑒現有應用案例，結合水質分析和實驗結論，采用靈活的工藝路線強化膜處理的能力，最終通過膜分離系統達到廢水回收、利用，從而達到零排放目的。

參考文獻

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（作者單位：浙江省杭州市浙江開創環保科技股份有限公司）