利用垃圾滲濾液中的氨進(jìn)行煙氣脫硝研究分析

張帥

（北京京城環(huán)保股份有限公司，北京 100027）

垃圾滲濾液是一種成分特別復(fù)雜、高濃度、難處理的有機(jī)廢水。《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）規(guī)定了化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、總氮（TN）、總磷（TP）、色度、懸浮物（SS）等指標(biāo)的排放限值[1]。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)垃圾滲濾液處理一直面臨諸多問(wèn)題，在新標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格的情況下，垃圾滲濾液中高氨氮問(wèn)題更加嚴(yán)峻。氨氮（NH3-N）濃度高導(dǎo)致了碳/氮（C/N）比降低，對(duì)微生物有一定的抑制作用，而且后續(xù)硝化需要大量堿度、反硝化需大量碳源，增加了運(yùn)行成本。此外，NH3-N 含量的絕對(duì)值較高對(duì)微生物會(huì)產(chǎn)生毒副作用。因此，降低進(jìn)入好氧生化系統(tǒng)的NH3-N 濃度，對(duì)生物脫氮有著重大意義。工程上，垃圾滲濾液的主要處理工藝為預(yù)處理—主處理—后處理。其中預(yù)處理多采用混凝沉淀、氨吹脫、化學(xué)氧化、電解等物理、化學(xué)方法，主處理多為好氧、厭氧以及厭氧-好氧組合工藝，后處理多采用活性炭吸附、化學(xué)氧化、離子交換、膜分離等。

針對(duì)高NH3-N 廢水的預(yù)處理方式主要有氨吹脫法、化學(xué)沉淀法、沸石選擇性交換吸附和折點(diǎn)氯化等[2]。氨吹脫法應(yīng)用比較廣泛，主要包括曝氣吹脫法和塔吹脫法。塔吹脫法的原理是通過(guò)向滲濾液中投加氫氧化鈉（NaOH）提高溶液pH 值，促進(jìn)游離氨的生成及揮發(fā)，從而起到降低滲濾液中NH3-N 含量的作用。磷酸銨鎂（MAP）沉淀法具有不受溫度限制、反應(yīng)時(shí)間短、工藝簡(jiǎn)單、不產(chǎn)生有毒和臭味氣體的特點(diǎn)，去除NH3-N 效果也較好[3]。超聲波技術(shù)由于具有簡(jiǎn)便、高效、污染小的特點(diǎn)，近年來(lái)受到國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注，并開始用于處理垃圾滲濾液。Roodbari 等[4]用超聲波對(duì)滲濾液進(jìn)行了預(yù)處理，在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，證明滲濾液的可生化性得到顯著提高，由原來(lái)的0.210 提高到0.786。Neczaj 等[5]用超聲波技術(shù)預(yù)處理滲濾液，當(dāng)頻率為20kHz、振幅為12m 時(shí)，COD 和NH3-N 的去除率分別為90%和70%。Wang 等[6]用超聲波輻射180min 后，滲濾液中NH3-N 的去除率可高達(dá)96%。另外，硝化和反硝化一般作為滲濾液的主處理工藝。

目前，垃圾焚燒發(fā)電廠采用的脫硝技術(shù)主要是在焚燒后階段進(jìn)行煙氣脫硝，如選擇性催化還原法（SCR）和選擇性非催化還原法（SNCR）。其中SNCR是在第1 煙道合適溫度下噴入還原劑，不需要催化劑作用，從而避免了催化劑堵塞或中毒等工程問(wèn)題的發(fā)生，并且投資運(yùn)行成本相對(duì)較低，在垃圾焚燒發(fā)電中應(yīng)用廣泛[7-9]。SNCR 以氨水或尿素為還原劑將煙氣中的NOx還原脫除，利用脫氨塔蒸汽汽提回收垃圾滲濾液中的游離氨，并將收集的氨氣配制成合適濃度的氨水從鍋爐特定位置噴入煙道，解決了垃圾滲濾液中NH3-N 濃度高、難處理的問(wèn)題，而且解決了所回收NH3-N 的去向問(wèn)題，同時(shí)節(jié)約了煙氣脫硝所需氨水成本。

1 脫氨塔汽提及煙氣脫硝原理

1.1 蒸汽汽提原理

蒸汽汽提法是一種利用蒸汽將廢水中的游離氨轉(zhuǎn)變?yōu)榘睔庖莩龅姆椒ǎ脧U水中所含的NH3-N 等揮發(fā)性物質(zhì)的實(shí)際濃度與平衡濃度之間存在的差異，在堿性條件下使用蒸汽汽提。由于在汽提過(guò)程中不斷加入蒸汽直接加熱，使NH3-N 在沸點(diǎn)下富集于氣相，最終使廢水中溶解的氨不斷穿過(guò)氣液界面，使廢水中的NH3-N 得以脫除。處理機(jī)理與吹脫法一樣是一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程，即在高pH 值時(shí)，使廢水與氣體密切接觸，從而降低廢水中的氨濃度，傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力是氣體中氨的分壓與廢水中氨濃度相當(dāng)?shù)钠胶夥謮褐g的壓差。

1.2 煙氣脫硝

SNCR 是利用氨或者尿素作為還原劑，在合適溫度（850℃—1050℃）條件下[10]，將氮氧化合物還原為氮?dú)馀c水。其中發(fā)生的主要反應(yīng)式為：

2 工藝系統(tǒng)

2.1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

該項(xiàng)目垃圾焚燒量為1000t/d，產(chǎn)生的垃圾滲濾液為500t/d，煙氣污染物中氮氧化合物濃度為300—400mg/Nm3（NO 占92.5%、NO2占7.5%）（見表1）。

表1 進(jìn)水及出水水質(zhì)

此蒸汽汽提脫氨塔設(shè)計(jì)游離氨去除率為95%，進(jìn)入汽提塔的廢水中的NH3-N 含量約為4000mg/L，汽提出水中的NH3-N 含量約為200mg/L（見表2）。

表2 汽提脫氨后氨氮量

汽提脫氨煙氣脫硝流程圖

2.2 工藝流程（見上圖）

經(jīng)上流式厭氧污泥床（UASB）處理后的垃圾滲濾液通過(guò)NaOH 調(diào)節(jié)pH 值為11，將調(diào)節(jié)好pH 值的廢水送入汽提脫氨塔，廢水自塔頂向下流動(dòng)，通過(guò)分布器與塔底通入的高溫蒸汽逆流接觸，在堿性、高溫和動(dòng)力作用下，加速?gòu)U水中游離氨的轉(zhuǎn)化和生成，廢水中氨含量逐漸降低，從汽提塔頂部排出的含氨蒸汽在塔頂分凝器中進(jìn)行冷凝，控制塔頂分凝器操作溫度以及氨溶液密度（在線密度計(jì)），最終制成5%—10%濃度的氨水存于氨水儲(chǔ)罐中。氨水稀溶液經(jīng)噴槍霧化后噴入爐膛內(nèi)進(jìn)行脫硝反應(yīng)，從而完成NH3-N 的回收利用，汽提塔產(chǎn)生的廢水通過(guò)換熱冷卻后進(jìn)入滲濾液后處理系統(tǒng)。

3 經(jīng)濟(jì)分析

3.1 汽提收集及煙氣脫硝原料費(fèi)用

蒸汽汽提游離氨去除率為95%，每噸廢水收集氨氣約3.8kg，每天收集氨氣為1.9t，配制成10%濃度的氨水19t，10%濃度氨水市場(chǎng)價(jià)格為600 元/t，每年汽提收集氨水效益為416.1 萬(wàn)元（見表3）。

表3 汽提收集氨水量

煙氣污染物中氮氧化合物濃度為300—400mg/Nm3（NO 占92.5%、NO2占7.5%），按照最高濃度計(jì)算，去除60%的氮氧化合物每天需要10%濃度氨水約10t，每年氨水費(fèi)用約219 萬(wàn)元、藥劑費(fèi)用約2.3 萬(wàn)元，每年原料費(fèi)用共計(jì)221.3 萬(wàn)元（見表4）。

表4 煙氣脫硝消耗量

3.2 運(yùn)行成本分析

蒸汽汽提脫氨系統(tǒng)噸水處理成本約為17.3 元，年處理成本約為315.7 萬(wàn)元（見表5）。

表5 噸水運(yùn)行成本

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

蒸汽汽提游離氨去除率為95%，每天收集氨氣1.9t，配制成10%濃度氨水19t，10%濃度氨水市場(chǎng)價(jià)格為600 元/t，每年汽提收集氨水效益為416.1 萬(wàn)元。煙氣污染物中氮氧化合物濃度為300—400mg/Nm3（NO占92.5%、NO2占7.5%），按照最高濃度計(jì)算，去除60%氮氧化合物每天需要10%濃度氨水約10t，每年氨水費(fèi)用約為219 萬(wàn)元、藥劑費(fèi)用約為2.3 萬(wàn)元，每年原料費(fèi)用共計(jì)221.3 萬(wàn)元。蒸汽汽提脫氨系統(tǒng)噸水處理成本約為17.3 元，年處理成本約為315.7 萬(wàn)元。通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析，應(yīng)用此工藝后，基本對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠的成本無(wú)較大影響，考慮應(yīng)用此工藝后大大減輕了滲濾液生化及膜系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，將間接節(jié)約滲濾液處理成本。

4 結(jié)語(yǔ)

在垃圾焚燒發(fā)電廠中，有效利用廢棄物，實(shí)現(xiàn)廢棄物的高效回收與資源化，達(dá)到“以廢治廢”目的，是環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。應(yīng)用脫氨塔蒸汽汽提將滲濾液中的游離氨回收并用于煙氣脫硝，不僅解決了滲濾液高氨氮和二次污染問(wèn)題，而且為煙氣脫硝提供了還原劑，同時(shí)也能降低垃圾焚燒發(fā)電廠運(yùn)行成本，是垃圾焚燒發(fā)電廠未來(lái)的發(fā)展方向。