汽提脫氨技術在高氨氮廢水處理中的應用

楊守聯

（上海勤世環?？萍加邢薰荆虾?200000）

垃圾焚燒火力發電廠中的垃圾滲濾液[1]是生活垃圾、殘渣等在一起厭氧發酵后產生廢水，是一種成分復雜的高氨氮濃度的有機廢水。目前，國內垃圾滲濾液的處理仍以生化處理為主，需加入大量碳源，極其依賴人工檢測，需不斷測定數據進行人工調整參數，致使運行及人工成本極高，且隨著各類物質的加入，使滲瀝液中鹽濃度大大增加，存在污泥量大，鈣鎂離子含量高，后續膜處理產水率不高，且清洗頻繁等問題。而汽提脫氨技術是一個針對垃圾滲濾液選擇性分離的高效環保技術，是針對垃圾焚燒行業高氨氮垃圾滲濾液處理系統的特定處理工藝技術。該技術利用廠區余熱，采用汽提脫氨技術，將廢水中的氨氮脫除并回收作為氨水用于焚燒線回噴，脫氨處理后達到削減生物處理系統的氮負荷，同時回收氨水實現廢物再資源化的目的。與國內傳統的生物脫氮法[2]、折點加氯法[3]、吹脫法[4]、化學沉淀法[5]、吸附法[6]相比，汽提脫氨法具備運行成本低，無二次污染，降低碳源成本，回收效率高、氨氮去除徹底等優點。目前該技術處于行業領先地位，具有技術先進性以及前瞻性。

1 項目概況

上海某集團旗下生活垃圾焚燒廠滲濾液脫氮處理項目位于紹興某生活垃圾焚燒火力發電廠，處理量達到300 m3/d。該廠運用生化法工藝處理垃圾滲濾液，由于該廠生化系統年代過長，導致生化系統碳氮比失衡，運行成本急劇增高，同時該廠殘留的填埋廢水極難處理。針對這個問題，提出利用汽提脫氨技術處理垃圾滲濾液中高氨氮的問題的觀點。利用現有廠區余熱對高氨氮廢水進行脫氨處理，改善垃圾滲濾液水質，并降低能耗，達到節能環保的目的。

2 工藝原理

2.1 原水水質

設計汽提脫氨裝置進水為該廠調節池出水以及填埋水，經過多次持續的水質分析后得知該廠水質參數。見表1。

表1 某垃圾滲濾液站水質參數

由表1可見，該廠COD、BOD很高且不穩定，同時氨氮濃度最高達到2 300 mg/L；提高了氨氮脫離的難度。氯離子（CL-）濃度為4 000～4 500 mg/L，對金屬材質的腐蝕性增加，對工藝材質的選擇造成了不小的影響。SS、總硬度及總堿度等參數過高，造成設備的結垢，對工藝的運行增加了難度。針對該廠的水質參數，將汽提脫氨工藝進行優化及提高。

2.2 汽提脫氨工藝原理

該廠調節池出水作為汽提脫氨裝置的進水即含氨廢水，廢水中的氨氮多以游離氨（NH3）和銨離子（NH4+）形式存在，其平衡關系如式（1）所示：

這個關系受pH值的影響，當pH值高時，平衡向左移動，游離氨的比例增大。常溫時，當pH值為7左右時，氨氮大多數以銨離子（NH4+）狀態存在，而pH為11左右時，游離氨大致占98%，具體見表2。

表2 不同pH、溫度下氨氮的離解率

利用氨在堿性和高溫條件下，在水中的溶解度變小的原理，調節含氨廢水的pH值，通過汽提脫氨技術的高效分離作業實現氨從廢水中脫除，涉及主要化學反應方程式如下：

2.3 工藝流程介紹

如圖1所示，含氨廢水自調節池打入廢水調節罐，利用廢水提升泵送入進水換熱罐。為了提高效率降低能耗，利用脫氨后高溫水與原水進行換熱，換熱后的原水送入汽提脫氨塔進行脫氨，同時利用廠區余熱對汽提脫氨塔進行升溫，使得余熱蒸汽與含氨原水進行對流，并利用液堿調節汽提脫氨塔的pH值，在一定的堿度與溫度的條件下，氨氮以氣相形態被送入冷凝吸收裝置，在冷凝回收裝置中持續噴入去離子水，利用去離子水把氨氣回收變成液態，并與濃氨水冷卻器反復循環提濃，直至達到濃度要求，送入氨水儲罐進行保存。脫氨后的廢水進行冷卻降溫，達到溫度要求后送入后續工藝處理。在工藝運行過程中的不凝氣體經過有組織收集，脫氨洗滌后達標排放。

圖1 汽提脫氨裝置工藝流程

3 工況、設備要求分析

3.1 工況

汽提脫氨塔采用常壓及微正壓操作，塔頂操作溫度控制在92～98℃之間，塔底溫度在103～115℃，利用廠區余熱蒸汽對含氨廢水進行脫氨。汽提脫氨塔內pH值控制在11左右，回收的氨水濃度5%～15%，脫氨后的廢水溫度≤40℃，脫氨后的廢水氨氮濃度≤300 mg/L（已滿足企業排放要求）。

3.2 設備要求

垃圾滲濾液廢水中的懸浮物、硬度高，在汽提脫氨過程中，鈣、鎂離子會和解析出的二氧化碳反應生成碳酸鈣、鎂，很容易在塔板或塔內填料上滯留，形成堵塔現象，影響汽提脫氨塔的正常運行。因此所用設備要解決這些問題。

3.2.1 汽提脫氨塔

根據垃圾滲濾液水質參數特性（見表1），優化提升汽提脫氨塔的材質與防堵特性，在于含氨廢水接觸面采用2205雙向不銹鋼材質，減緩氯離子的腐蝕（CL-）；同時設計防堵型的塔板，保證在3%含泥率的脫氨廢水進塔的情況下可以穩定運行，并在汽提脫氨塔內多層塔板均設置自清洗刮板與自清洗裝置，可實現不停機清洗。

3.2.2 換熱器

換熱器是汽提脫氨的關鍵設備，一般管式、板式都不能適應高懸浮物、高鈣鎂條件下的廢水換熱（易結垢堵塞）。設計采用流體間接式換熱器，利用自來水或者工業用水為過渡循環傳熱介質，通過分道式熱交換罐，不斷將原水和脫氨出水進行換熱，保證原水在換熱板內不堵塞，換熱板安裝在換熱攪拌罐內，換熱罐可在線清洗，也可拆卸清洗，解決堵塞結垢問題。

4 設備安裝與調試

汽提脫氨系統裝置涉及汽提脫氨塔、氨氣回收塔、進水調節罐、脫氨前液罐、脫氨后液罐、進水換熱罐、出水換熱罐、換熱循環罐、出水冷卻罐、清洗罐、氨水儲罐、冷卻塔等主體設備。水泵包括提升泵、計量泵、循環泵等。儀表包括壓力變送器、溫度變送器、流量計、液位計、蒸汽調節閥、進出水調節閥、pH計、電磁閥、氣動閥等。剩余涉及管道制作安裝、液堿加藥系統、電氣設計等。整套系統的安裝使用工具包含不限于氬弧焊機、交流弧焊機、吊裝、切割機、角向磨光機、活動扳手、水平尺等。

調試流程分為初次開車與正常開車。初次開車前做好準備工作，檢查電氣閥門、儀表、用電、蒸汽就位、進出水管路、冷卻循環管路、清洗管路、去離子水吸收氨氣管路等。

初次開車時先開啟清洗泵將清洗水送入出水換熱罐，自流進入出水冷卻罐及脫氨后液罐。當脫氨后液罐液位顯示到一定值時，關閉清洗泵；向冷卻塔托水盤內注水至可使用液位，并依次開啟冷卻塔、冷卻水循環泵，檢查各冷卻水用水點是否正常上水、回水；向換熱中間罐內注水至一定值，并開啟換熱循環泵。氨氣回收塔內注入去離子水至一定值時開啟濃氨水循環泵。在進原水之前，將脫氨后液罐里的清洗水打入汽提脫氨塔進行預熱，當塔中溫度達到95℃時可進原水，同時關閉清洗水進塔管路閥門。根據原水氨氮濃度，調整進汽提脫氨塔流量，并調整蒸汽閥門開度，根據pH值調整液堿加藥量。此時初次開車算完成。

正常開車時，先對汽提脫氨塔進行預熱，預熱用水采用脫氨后液水，并打開蒸汽閥門，調整閥門開度，此時塔內廢水與蒸汽逆向接觸，對系統進行預熱。當塔頂溫度達到90℃，氨水回流正常進行。預熱結束后，關閉脫氨后液進塔閥門并開始送入原水，根據設定氨水回收濃度，逐漸提升原水流量并設置自控狀態，蒸汽閥門開度與塔中溫度連鎖，自動調節開度。系統運行溫度后設置系統自控狀態，同時清洗系統單獨設定。此時汽提脫氨塔自控狀態設置完成。當汽提脫氨塔析出氨氣后進入氨氣回收塔，通過與去離子水逆向接觸對氨氣進行吸收變成氨水，此時開啟冷循環系統，進行降溫。利用氨氣回收塔密度計控制去離子水多次循環吸收直至達到設定濃度后送入氨水儲罐，至此氨水吸收完成。

5 運行效果

5.1 裝置處理能力

該項目設計處理量為300 m3/d，根據現場所產生的垃圾滲濾液產量浮動區間在70%～110%之間，工作時間為24 h/d，每小時處理量達到12.5 m3。系統運行穩定，自動化程度可滿足運行操作需求。同時氨水產量符合垃圾焚燒使用條件，資源化回收利用，降低垃圾焚燒廠運行成本，并解決垃圾滲濾液實際問題。

5.2 氨氮去除率

根據垃圾焚燒廠滲濾液處理參數，當氨氮濃度≤300 mg/L時即可滿足排入后續處理要求。所以針對該行業特性，對氨氮去除要求可以輕松滿足。同時氨水回收濃度在15%～20%之間。已回收氨水打入垃圾焚燒車間進行回噴脫硝[7]工藝使用。

6 結束語

本文基于如何解決垃圾滲濾液高濃度氨氮問題，就優化處理工藝展開分析，最終經過汽提脫氨技術技術與企業實際項目結合的應用，證明汽提脫氨技術處理高氨氮濃度的垃圾滲濾液方案的有效性以及最終結果的達標，基于此證明了汽提脫氨技術的優勢，可降低碳源成本，無二次污染，節能降耗并資源化回收利用。綜上所述，本文提出的處理高氨氮濃度的垃圾滲濾液的優化技術取得了有效且解決實際問題的成果，對該行業具有積極的影響，帶來良好的社會收益和經濟效益。