對于高NH3-N廢水的處理技術(shù)可以分為2大類：一類是物化處理技術(shù)，如吹脫法、MAP法、折點加氯法、膜吸收法、蒸氨法等;另一類技術(shù)是以生化為主的生物脫氮技術(shù)，如厭氧氨氧化技術(shù)、AO或AAO法、膜生物反應(yīng)器法等。鑒于高NH3-N廢水的特點，單一的、傳統(tǒng)的技術(shù)難以對其進行有效處理，因此多專業(yè)技術(shù)的組合應(yīng)用、技術(shù)的突破升級勢在必行。本文以某化工廢水處理工程中的蒸氨系統(tǒng)為研究對象，對其工藝流程及運行效果做了詳細(xì)的分析說明，并以回收氨水濃度為評價指標(biāo)，通過正交試驗研究了蒸氨塔的最佳工況。
1、工藝介紹
某化工企業(yè)，主要產(chǎn)品為化工催化劑，其生產(chǎn)產(chǎn)生廢水具有含銅、含NH3-N濃度高、鹽度高、可生化性差、呈堿性等特點。原水水質(zhì)及最終排放要求見表1。
根據(jù)廢水水質(zhì)特點，考慮長期運行的經(jīng)濟性，高效性，采用廢水處理工藝見圖1。
其中作為核心單元的蒸氨系統(tǒng)工藝流程見圖2。由圖2可知，廢水首先經(jīng)過管道混合器，向廢水中投加NaOH調(diào)節(jié)廢水pH值在9~10.5范圍，之后廢水經(jīng)貧廢水換熱器，與從蒸氨塔底排出的蒸氨廢水換熱，將原廢水加熱到60℃，然后送至廢水加熱器用飽和蒸汽將原廢水加熱到90℃后進入蒸氨塔。蒸氨塔采用直接蒸餾方式，原廢水從塔頂部進入設(shè)備，同時塔底通入飽和蒸汽直接將廢水中的氨蒸出，蒸出的氨汽入蒸氨塔塔頂分縮器，用循環(huán)水冷卻，冷凝下來的液體入蒸氨塔頂作回流，未冷凝的氨汽進入氨水冷凝冷卻器，再用循環(huán)水將氨汽冷凝冷卻成濃氨水至濃氨水槽。蒸氨塔底排出的蒸氨廢水在廢水換熱器中與原廢水換熱后，溫度降至約70℃進入廢水冷卻器，用循環(huán)水冷卻至40℃以下后至后續(xù)處理系統(tǒng)。
蒸氨塔作為該系統(tǒng)的核心單元，采用大孔導(dǎo)向篩板式蒸氨塔，其具有液面梯度小、鼓泡均勻、返混小、抗堵能力強等優(yōu)點。其設(shè)備由塔底儲液段、加熱蒸餾段、分縮器3段組成，其中加熱蒸餾段，總共含有篩板31層，分縮器換熱面積10m2。在塔體各段分別設(shè)有液位計、壓力變送器及溫度變送器檢測蒸氨塔的運行狀況，其正常生產(chǎn)工藝指標(biāo)見表2。
2、運行工況分析
2.1 正交試驗設(shè)計
蒸氨塔運行的效率主要通過通入蒸氨塔的蒸汽流量及廢水pH值來控制，所以在蒸氨的操作中應(yīng)嚴(yán)格控制蒸氨塔底部溫度，分縮器出口溫度等指標(biāo)。為了分析各指標(biāo)對蒸氨塔運行效果的影響，采用正交試驗設(shè)計的方法，安排多因素試驗，尋求最優(yōu)水平組合，同時評價各因素對結(jié)果的影響顯著水平。
系統(tǒng)運行中，控制原廢水pH值在9~10范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)通入蒸氨塔的飽和蒸汽量控制塔底溫度，調(diào)節(jié)分縮器冷凝水通入量控制液氨管溫度，以進水流量、塔底溫度、液氨管溫度為因素，以蒸出濃氨水的濃度為目標(biāo)值，采用四因素三水平的正交試驗表L9(34)進行正交試驗，設(shè)計表頭見表3。
2.2 結(jié)果分析
通過對各因素做不同的組合運行分析，得出正交試驗結(jié)果見表4。正交試驗設(shè)計中空列用來估算試驗誤差。
正交試驗方差分析見表5。對試驗設(shè)計進行極差分析可知，對于目標(biāo)值，試驗中極差分別為RC=10>RB=2.6>RA=1.3，則在選定各因素對目標(biāo)值的影響作用為C>B>A。在這幾組組合參數(shù)中對產(chǎn)生氨水濃度最佳水平搭配為A2B1C1，即進水量2.5m3/h，塔底溫度105℃，液氨管溫度50℃。
由表5結(jié)果可以看出，對目標(biāo)值的影響，因素C高度顯著，因素B較顯著，因素A略有影響。分析結(jié)果同極差分析結(jié)果一致。由以上分析結(jié)果同時考慮到設(shè)備承擔(dān)負(fù)荷，確定選用最佳的因素水平組合為A2B1C1。
3、運行效果
采用確定的最佳因素組合作為設(shè)備的運行參數(shù)，嚴(yán)格控制系統(tǒng)運行。分別取原廢水、蒸氨廢水NH3-N濃度及產(chǎn)生的濃氨水NH3-N濃度作為指標(biāo)進行監(jiān)測，結(jié)果見表6。
由表6可以看出，采用蒸氨塔對高NH3-N廢水進行預(yù)處理，NH3-N去除率可達(dá)到90%以上，處理后的廢水NH3-N質(zhì)量濃度小于80mg/L，大大降低了該廢水后續(xù)處理的難度及后續(xù)廢水處理系統(tǒng)的負(fù)荷。同時產(chǎn)生高濃度純氨水，可回用于產(chǎn)線或作為產(chǎn)品，具有較好的經(jīng)濟價值。
4、設(shè)備運行異常問題及對策
4.1 蒸餾塔塔底壓力高
正常運行條件下，蒸氨塔底部壓力在15~50kPa范圍內(nèi)，當(dāng)壓力超過上限值，說明設(shè)備出現(xiàn)了問題，需要立刻停止蒸汽吹入，查明原因。經(jīng)過運行分析，該問題可能是由于設(shè)備堵塞，通入的蒸汽無法正常排出導(dǎo)致塔內(nèi)部憋壓所致。
造成此問題的主要原因及解決辦法有以下4個方面：
?、偻ㄈ胝羝窟^大，應(yīng)協(xié)同蒸汽流量、塔底溫度等數(shù)據(jù)綜合分析，合理控制蒸汽量;
?、诮Y(jié)合塔頂部壓力數(shù)據(jù)，若塔頂部壓力升高，說明液氨管內(nèi)液氨排放不暢，有液封或氨水冷凝冷卻器堵塞，應(yīng)立刻排查濃氨水管道及冷凝冷卻器;
?、鄯挚s器堵塞，需打開分縮器上封頭對其進行檢查疏通;
④塔體篩板堵塞，由于廢水含鹽量過高，長期運行會造成鹽分在篩板上析出，因此對于此類問題，需通入弱酸性液體，對塔體進行浸泡，溶解固結(jié)在篩板上的鹽分。
4.2 液氨管溫度不穩(wěn)定
由正交分析可知，液氨管溫度對蒸氨塔運行效果具有十分顯著的影響，因此需嚴(yán)格控制此處溫度。設(shè)備安裝時，由于整個塔體較高，為了便于操作及觀察，液氨管溫度變送器安裝在了高3m操作平臺位置，液氨管較長，受環(huán)境溫度及塔體內(nèi)狀況變化影響大。因此為了減少該處溫度的波動，獲得適宜的濃氨水濃度，除對液氨管進行保溫處理外，在分縮器循環(huán)冷卻水管路上增加同溫度變送器聯(lián)動的電動控制閥，自動通入冷卻水的量從而達(dá)到自動調(diào)節(jié)液氨管溫度的目的。
5、結(jié)論
(1)以某化工廢水處理工程實例為背景，詳細(xì)介紹了其中蒸氨系統(tǒng)的工藝流程及原理，蒸氨塔采用直接蒸氨的方式，同時設(shè)備采用大孔導(dǎo)向篩板，避免了常規(guī)篩板塔的一些不足。蒸氨工藝成熟可靠，流程簡單，操作方便，作為高NH3-N廢水的預(yù)處理具有很大的推廣價值。
(2)外界對蒸氨塔運行的影響因素較多，因此以蒸氨塔進水流量、塔底溫度、液氨管溫度為因素，以回收濃氨水濃度為目標(biāo)值，建立正交試驗，通過極差分析及方差分析得出，對蒸氨塔運行的影響程度依次為液氨管溫度、塔底溫度、進水流量。同時篩選出了蒸氨塔的最佳運行工況：進水量2.5m3/h，塔底溫度105℃，液氨管溫度50℃。
(3)在最佳運行工況下對高NH3-N廢水進行處理，NH3-N去除率可達(dá)到90%以上，處理后的廢水NH3-N質(zhì)量濃度小于80mg/L，大大降低了該廢水后續(xù)處理的難度及后續(xù)廢水處理系統(tǒng)的負(fù)荷。同時系統(tǒng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物濃氨水NH3-N質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到15%以上，可回收利用或作為產(chǎn)品，具有很大的經(jīng)濟價值。( >
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