CN102923896A

CN102923896A - 高浓度含氨废水的脱氨方法与装置

Info

Publication number: CN102923896A
Application number: CN2012104427810A
Authority: CN
Inventors: 张书廷; 郝科慧; 姚晓琰
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明涉及一种高浓度含氨废水的脱氨方法与装置。通过加热方式对高浓度含氨原水进行蒸馏得到含氨浓度低于高浓度含氨原水的低浓度含氨废水的蒸氨工序；对所述蒸氨工序得到的低浓度含氨废水通过空气吹脱进一步除去溶解于所述废水中氨的空气吹脱工序。装置至少由蒸氨塔、空气吹脱塔、蒸氨塔与空气吹脱塔之间的低浓度含氨废水连接管路组成；蒸氨塔底部的低浓度含氨废水出口侧与空气吹脱塔含氨废水入口侧相连接。通过蒸氨塔与空气吹脱塔的串联使用，能够实现高浓度段废水的高效脱氨和低浓度段废水的低成本脱氨，达到整体工艺的高效率，低成本。

Description

高浓度含氨废水的脱氨方法与装置

技术领域

本发明涉及一种采用空气吹脱方法与蒸氨方法相结合的方式去除高浓度含氨原水中所含氨的方法和装置，属于节能及环保领域，特别是焦化行业剩余氨水的高浓度含氨废水的脱氨方法与装置。

背景技术

在工业领域，特别是焦化行业每年约排放出数千万立方米的含氨废水，废水水质复杂，组分种类繁多且污染物浓度较高，除含有氨、氰、硫氰根等无机污染物外，还含有酚、油类和其他稠环芳烃化合物等，是目前较难处理的废水之一。其中主要污染物氨氮含量高达3000-4000mg/L。通常，含氨废水经过生物处理达到排放标准后外排或回用。但高浓度的含氨原水直接进入生化系统会影响其操作稳定性和处理效果，所以，高浓度含氨原水必须经过脱氨处理后才能进入生物处理系统。

在脱氨工艺中，水蒸气蒸氨因其工艺成熟而简单，投资省，安全可靠性高而被广泛采用。但是过程蒸汽耗量大，处理成本高。因此，开发蒸汽消耗少，处理成本低的脱氨技术与设备，对于焦化行业降低处理成本，提高经济效益就显得非常重要。

发明内容

本发明的目的在于对高浓度含氨废水，在高浓度含氨段采用蒸汽蒸氨，在废水的低浓度段采用空气吹脱，达到低能耗去除高浓度含氨中氨的目的。与只采用蒸氨法脱氨相比，本方法能够大幅降低蒸氨的水蒸气消耗量，达到节能和降低处理成本的目的。

本发明是采用如下技术方案实现的：

高浓度含氨原水通过如下两个工序进行处理得到所要求的含氨处理废水。

（1）通过加热方式对高浓度含氨原水进行蒸馏得到含氨浓度低于高浓度含氨原水的低浓度含氨废水的蒸氨工序；

（2）对所述蒸氨工序（1）得到的低浓度含氨废水通过空气吹脱进一步除去溶解于所述废水中氨的空气吹脱工序。

本发明者对高浓度原水如3500mg/L的焦化剩余氨水进行蒸馏脱氨实验的结果证实蒸出单位氨气所需的蒸汽随着废水中氨浓度的降低而增加，特别是当废水中的氨浓度低于1000mg/L后，蒸出单位氨的蒸汽消耗急剧升高。而对1000mg/L以下的废水进行空气吹脱脱氨则成本远低于蒸汽脱氨。所以，本发明通过对高含氨废水用蒸汽蒸出大量的氨，使原水由高浓度含氨废水变成低浓度含氨废水；再对蒸氨工序得到的低浓度含氨废水通过空气吹脱进一步去除废水中的氨，得到达到要求的处理废水，能够大幅降低蒸汽的消耗量，达到节能的目的。

本发明所述高浓度含氨段与低浓度含氨段是指同一种废水的不同处理阶段所具有的含氨浓度，即，通过蒸氨后废水的含氨浓度就会降低，与原水的含氨浓度相比就属于低浓度段，相对于蒸氨后的废水含氨浓度，其原水的含氨浓度就属于高浓度。在实际应用中，考虑到经济可行性，本发明以含氨浓度在1000mg/L以上的废水称为高浓度含氨废水。

在所述蒸氨工序前对高浓度含氨原水进行超声波处理，之后将其送入蒸氨塔进行蒸氨。经超声波处理可以促进剩余氨水中焦油和各种组分的溶解，有利于后续操作。并且在高浓度条件下可以在很短时间内使氨迅速挥发出来，直接将其与蒸氨塔顶氨气汇合，从而降低蒸氨负荷和能耗。通常，在蒸氨之前需要向高浓度含氨原水中加入碱提高pH值，所以，超声波处理设置在与碱混合之后，进入蒸氨过程之前，更有利于碱的混合、焦油等的溶解和氨的挥发。

在所述的空气吹脱工序之前对蒸氨过程排出的低浓度含氨废水进行超声波处理，进一步促进含氨废水中难溶解组分的溶解，提高后续操作的稳定性和效果。

所述吹脱过程产生的含氨废气送入酸吸收工序将吹脱工序产生的废气中的氨除去，除去氨后的除氨净化空气或再返回到所述空气吹脱工序（2）循环吹脱，或直接放散于大气。在空气吹脱过程中产生含氨浓度比较高的废气，若直接排入大气则会造成二次污染，因此必须对其废气进行净化。通过酸吸收净化含氨废气，可以得到含氨的盐，如用硫酸作吸收剂则可得到硫酸铵，作为化学肥料使用。作为吸收剂的酸，可以使用硫酸、硝酸、盐酸或有机酸，也可以使用这些酸的混合物，可以根据其价格和吸收效果依具体情况选择。经酸吸收净化后的气体处于水分饱和状态，温度也较高，如果返回吹脱塔循环吹脱使用，则可减少吹脱过程中水分蒸发带来的废水的温度下降导致的吹脱效果的下降。当然，循环使用会使系统的操作变得复杂一些，因此，也可选择含氨废气通过净化后直接排入大气的方法，这方面可以根据具体情况选定。

实现上述蒸氨和空气吹脱低成本去除高浓度含氨原水中氨的装置，至少由蒸氨塔、空气吹脱塔、蒸氨塔与空气吹脱塔之间的低浓度含氨废水连接管路组成；蒸氨塔底部的低浓度含氨废水出口侧与空气吹脱塔含氨废水入口侧相连接。通过蒸氨塔与空气吹脱塔的串联使用，能够实现高浓度段废水的高效脱氨和低浓度段废水的低成本脱氨，达到整体工艺的高效率，低成本。

实现所述高浓度含氨原水的超声波处理方法的装置，是在蒸氨塔前的高浓度含氨废水管路上设置有超声波处理器，该处理器的液体入口与高浓度含氨原水来液管相连接，处理器的出口与蒸氨塔的高浓度含氨原水入口相连接；超声波处理器顶部与蒸氨塔顶部相连通。通过超声波处理器在进入蒸氨塔前管路上的设置实现了超声波处理促进焦油等的溶解和氨的挥发。对于pH值低于10的含氨废水，通常都需要加入碱提高pH值，在这种情况下就要将超声波布置在加碱混合器之后，以提高碱与废水的混合效果、焦油等的溶解和氨的挥发效果。超声波处理器顶部与蒸氨塔顶部相连通，可以实现超声波处理器中挥发的氨不进入蒸氨塔，而直接与蒸氨塔顶蒸出来的氨混合后导入下一个工序，从而实现降低蒸氨负荷和能耗的目的。

实现所述蒸氨后低浓度含氨废水的超声波处理方法的装置，是在空气吹脱塔前的低浓度含氨废水管路上设置有超声波处理器，该处理器的液体入口与蒸氨塔底部的低浓度含氨废水出口侧相连接，处理器的出口与空气吹脱塔的低浓度含氨废水入口侧相连接。在空气吹脱工序之前对蒸氨过程排出的低浓度含氨废水进行超声波处理，进一步促进含氨废水中难溶解组分的溶解，提高后续操作的稳定性和效果。

实现所述吹脱过程所产生含氨废气的净化方法的装置，至少由空气吹脱塔气体出口排出的含氨废空气的酸吸收塔、及所述空气吹脱塔气体排出口与酸吸收塔的含氨废空气入口间的连接管路组成；所述酸吸收塔的净化空气出口或与空气吹脱塔的空气入口相连接，或直接与大气相通。通过空气吹脱塔与酸吸收塔的串联使用，能够实现含氨废气的高效脱氨净化和资源回收。

实现所述超声波处理的超声波处理器，其特征在于超声波作用面的声能密度为0.5-3W/cm²，作用时间为0.1-2分钟。通过这样低能量密度超声波的短时间作用，可以用很小的超声波设备达到促进焦油等的溶解和氨的挥发的目的。而且低能量密度超声波的对废水的声波作用机构所受振动的材料应力小，寿命长，不仅降低设备成本，还能减少设备的更换维修频率，提高设备的利用率和增长稳定操作时间。

在实际工程中，通常蒸氨塔底部排出的废水温度较高，将其与原水换热可以起到提高原水温度，节省蒸汽的作用。超声波处理器位置的设置可根据温度不同安装在原水升温前，或设置在升温后。如原水温度升温后大于65℃，则安装在升温前较好；若升温后小于65℃，则安装在升温后较好。对高浓度含氨原水进行升温的装置，采用现有的热交换器即可。调节原水pH值的碱液，一般采用30%NaOH溶液，但也可根据实际情况选择碱浓度。由于蒸氨工序前进行超声波挥发出的氨气和蒸氨塔中排出的氨气气量大、浓度高，可以将其送入到煤气处理系统中，进入煤气脱氨工序；也可以送入吹脱塔废气的酸吸收工序回收氨。从空气吹脱塔排出的氨气，也可以用水吸收废气去除其中的氨，但含氨废水的后续处理困难，且效率较低，所以用酸溶液吸收效率高，且可回收产物，避免氨水的利用或处理方面的困难。

本发明所述高浓度含氨原水的处理方法同样也适用于含氨液体中氨易挥发，液体主体成分不易挥发的含氨混合液的脱氨，也适用于替代其他从液体中去除易挥发组分的现有的单纯蒸馏方法。

本发明所述的高浓度含氨原水的去除方法和装置，将空气吹脱方法应用于蒸氨方法之后，在含氨废水的高浓度含氨段采用蒸汽蒸氨实现了高效脱氨，在废水的低浓度含氨段采用空气吹脱，实现了低能耗脱氨；并通过低能量密度极短时间的超声波预处理实现了氨高效快速挥发和降低蒸氨负荷与能耗；通过吹脱废气的净化和循环使用，不仅降低了成本而且也避免了氨对大气可能造成的二次污染。与传统的单独蒸氨法脱氨相比，本方法能够大幅降低水蒸气消耗量，达到节能和降低处理成本的目的。

附图说明

图1为本发明实例1的工艺流程示意图；

图2为本发明实例2的工艺流程示意图；

图3为本发明实例3的工艺流程示意图；

图4为本发明实例4的工艺流程示意图；

图5为本发明实例5的工艺流程示意图；

图中所示：1—高浓度含氨原水，2—NaOH碱溶液，3—蒸氨前混合器，3a—空气吹脱前混合器，4a—蒸氨前超声波处理器，4b—空气吹脱前超声波处理器，5—热交换器，6—蒸氨塔，7a—超声波解吸氨气，7b—蒸氨塔顶氨气，7c—空气吹脱塔顶含氨废气，8—蒸汽，9—低浓度含氨废水，10—空气吹脱塔，11—空气，12—脱氨废水，13—酸吸收塔，14—稀硫酸，15—硫酸铵溶液，16—除氨净化气体。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明：

实施例1

图1表示了本发明实施例1所述的处理过程。处理过程主要由加碱、换热升温、蒸氨、空气吹脱和酸吸收工序组成。蒸氨前混合器3、热交换器5、蒸氨塔6及空气吹脱塔10依次连接，空气吹脱塔顶废气出口与酸吸收塔下部的气体入口相连接，蒸氨塔6底部的废水出口与热交换器5的热源入口相连接。

焦化厂剩余氨水作为高浓度含氨原水1，首先与浓度为30%的NaOH碱溶液2在蒸氨前混合器3中混合均匀，调节pH到10.5。pH值升高后的高浓度含氨原水送入到热交换器5与蒸氨塔6底部排出的低浓度含氨废水9换热后，送入蒸氨塔6中。在蒸氨塔6的下部通入蒸汽8进行蒸汽脱氨，使高浓度含氨原水转为低浓度含氨废水9。低浓度含氨废水9进入热交换器5经换热降温后，送入到空气吹脱塔10的上部，在吹脱塔内与从下部进入的空气11相接触，将液体中的氨转移到气相。吹脱塔底部排出的脱氨废水12送入到生化处理系统中进行后续生物处理。蒸氨塔顶氨气7b送入煤气处理系统，进入煤气脱氨工序；空气吹脱塔顶含氨废气7c送入到酸吸收塔13的下部，与从上部进入的稀硫酸14进行逆流接触，含氨废气中的氨被硫酸液吸收变成硫酸铵转移到液相。硫酸铵溶液15从酸吸收塔13底部排出，并送入化肥生产工序，除氨净化气体16从酸吸收塔13的塔顶排出并返回到空气吹脱塔10中循环使用。

高浓度含氨原水1的含氨浓度为3500mg/L，蒸氨塔7底部排出的低浓度含氨废水9的含氨浓度为600mg/L，空气吹脱塔10底部排出的脱氨废水13的含氨浓度为200mg/L。与传统的单纯蒸氨相比，蒸汽消耗量降低50%。

实施例2

高浓度含氨废水脱氨装置和流程与实施例1基本相同，如图2所示，不同之处在于蒸氨前混合器3与热交换器5之间设置了超声波处理器4a。即pH值升高后的高浓度含氨原水先经过蒸氨前超声波处理器4a的作用后，再送入热交换器5中，与蒸氨塔6底部排出的低浓度含氨废水9换热后温度达到68℃，之后送入蒸氨塔6中。此外，超声波解吸氨气7a、蒸氨塔顶氨气7b和空气吹脱塔顶含氨废气7c一起送入到酸吸收塔13的下部，用稀硫酸溶液吸收除氨。

蒸氨前超声波处理器4a的声波作用面的声能密度为3.0W/cm²，作用时间为0.2分钟。高浓度含氨原水1的含氨浓度为4000mg/L，蒸氨塔6底部排出的低浓度含氨废水9的含氨浓度为580mg/L，空气吹脱塔10底部排出的脱氨废水12的含氨浓度为140mg/L。在原水含氨浓度高，脱氨处理后的废水含氨浓度要求低的情况下，在蒸氨前加入超声波处理能进一步较大幅度地降低蒸汽消耗量。与传统的单纯蒸氨相比，蒸汽消耗量降低62%。

实施例3

高浓度含氨废水脱氨装置和流程与实施例1基本相同，如图3所示，不同之处在于在热交换器5与空气吹脱塔10之间设置了超声波处理器4b。即低浓度含氨废水9进入热交换器5经换热降温后，送入空气吹脱前超声波处理器4b进行超声波处理，之后送入空气吹脱塔10的上部。另外，蒸氨塔6所用的加热蒸汽8是间接加热，即热源蒸汽在蒸氨塔6底部通过加热管对含氨废液加热后，蒸汽冷凝成凝缩水后排出（凝缩液的排出在图中未表示）。

空气吹脱前超声波处理器4b的声波作用面的声能密度为0.5W/cm²，作用时间为2.0分钟。高浓度含氨原水1的含氨浓度为3200mg/L，蒸氨塔6底部排出的低浓度含氨废水9的含氨浓度为620mg/L，空气吹脱塔10底部排出的脱氨废水12的含氨浓度为180mg/L。与传统的单纯蒸氨相比，蒸汽消耗量降低53%。由于蒸氨塔6的间接加热，塔底排出的低浓度含氨废水9中的杂质浓度变高，在空气吹脱中可能会造成管路堵塞，通过超声波处理可在一定程度上避免管路堵塞现象，同时也提高了空气吹脱的脱氨效率。

实施例4

高浓度含氨废水脱氨装置和流程与实施例1基本相同，如图4所示，不同之处在于在蒸氨前混合器3与热交换器5之间设置了超声波处理器4a，在热交换器5与空气吹脱塔10之间设置了超声波处理器4b。即pH值升高后的高浓度含氨原水经蒸氨前超声波处理器4a的作用后送入到热交换器5，与蒸氨塔6底部排出的低浓度含氨废水9换热后温度达到67℃，之后送入蒸氨塔6中；低浓度含氨废水9进入热交换器5经换热降温后，送入空气吹脱前超声波处理器4b进行超声波处理，之后送入空气吹脱塔10的上部。而超声波解吸氨气7a与蒸氨塔顶氨气7b一起送入煤气处理系统。

蒸氨前超声波处理器4a的声波作用面的声能密度为1.5W/cm²，作用时间为1.0分钟。空气吹脱前超声波处理器4b的声波作用面的声能密度为1.0W/cm²，作用时间为0.2分钟。高浓度含氨原水1的含氨浓度为3800mg/L，蒸氨塔6底部排出的低浓度含氨废水9的含氨浓度为500mg/L，空气吹脱塔10底部排出的脱氨废水12的含氨浓度为120mg/L。蒸氨前超声波处理器4a与空气吹脱前超声波处理器4b的联合使用，既可以大幅度降低蒸汽的消耗量又可以相对地避免空气吹脱过程中出现的堵塞现象，提高脱氨效率。与传统的单纯蒸氨相比，蒸汽消耗量降低65%。

实施例5

高浓度含氨废水脱氨装置和流程与实施例1基本相同，如图5所示，不同之处在于在热处理器5与蒸氨塔6之间设置了超声波处理器5a，在热处理器5与空气吹脱塔10之间加设了混合器3a。即pH值升高后的高浓度含氨原水先送入热交换器5中与蒸氨塔6底部排出的低浓度含氨废水9换热后温度达到60℃，再送入蒸氨前超声波处理器4a进行超声波处理，之后送入蒸氨塔7中；低浓度含氨废水9在空气吹脱前混合器3a中经30%NaOH碱溶液重新调节pH值后，送入空气吹脱塔10的上部。由于在经过蒸氨工序后低浓度含氨废水9的pH值降低，缓冲容量降低，可通过加入少量的碱提升废水的pH，使低浓度废水9中的氨更易在空气吹脱塔中被空气吹脱出来。

蒸氨前超声波处理器4a的声波作用面的声能密度为2.0W/cm²，作用时间为0.3分钟。空气吹脱前超声波处理器4b的声波作用面的声能密度为2.0W/cm²，作用时间为0.5分钟。高浓度含氨原水1的含氨浓度为4000mg/L，蒸氨塔6底部排出的低浓度含氨废水9的含氨浓度为700mg/L，空气吹脱塔10底部排出的脱氨废水12的含氨浓度为130mg/L。与传统的单纯蒸氨相比，蒸汽消耗量降低66%。

实施例6

高浓度含氨废水脱氨装置和流程与实施例4基本相同，不同之处在于蒸氨前超声波处理器4a的声波作用面的声能密度为2.0W/cm²，作用时间为1.0分钟；空气吹脱前超声波处理器4b的声波作用面的声能密度为1.5W/cm²，作用时间为1.0分钟。高浓度含氨原水1的含氨浓度为3000mg/L，蒸氨塔6底部排出的低浓度含氨废水9的含氨浓度为500mg/L，空气吹脱塔10底部排出的脱氨废水12的含氨浓度为200mg/L。从酸吸收塔13顶部排出的除氨净化气体16直接排放到大气中。

Claims

1.一种高浓度含氨废水的除氨方法，其特征在于至少由如下工序组成；

（1）通过加热方式对高浓度含氨原水进行蒸馏得到含氨浓度低于含氨原水的低浓度含氨废水的蒸氨工序；

2.如权利要求1所述的高浓度含氨原水的除氨方法，其特征是在蒸氨工序前对含氨原水进行超声波处理。

3.如权利要求1所述的高浓度含氨原水的除氨方法，其特征是在空气吹脱工序之前对低浓度含氨废水进行超声波处理。

4.如权利要求1所述的除氨方法，其特征在空气吹脱工序，吹脱过程产生的含氨废气送入酸吸收工序将吹脱工序产生的废气中的氨除去，除去氨后的废空气或再返回到所述空气吹脱工序（2）循环吹脱，或直接放散于大气。

5.实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于至少由蒸氨塔、空气吹脱塔、蒸氨塔与空气吹脱塔之间的低浓度含氨废水连接管路组成；蒸氨塔底部的低浓度含氨废水出口侧与空气吹脱塔含氨废水入口侧相连接。

6.实现权利要求2所述方法的装置，其特征是在蒸氨塔前的高浓度含氨原水管路上设置有超声波处理器，该处理器的液体入口与高浓度含氨原水来液管相连接，处理器的出口与蒸氨塔的高浓度含氨原水入口相连接；超声波处理器顶部与蒸氨塔顶部相连通。

7.实现权利要求3所述方法的装置，其特征是在空气吹脱塔前的低浓度含氨废水管路上设置有超声波处理器，该处理器的液体入口与蒸氨塔底部的低浓度含氨废水出口侧相连接，处理器的出口与空气吹脱塔的低浓度含氨废水入口侧相连接。

8.实现权利要求4所述方法的装置，其特征在于至少由空气吹脱塔气体出口排出的含氨废空气的酸吸收塔、和所述空气吹脱塔气体排出口与酸吸收塔的含氨废空气入口间的连接管路组成；所述酸吸收塔的净化空气出口或与空气吹脱塔的空气入口相连接，或直接与大气相通。

9.如权利要求6和7所述的装置，其特征在于超声波处理器中，超声波作用面的声能密度为0.5-3.0W/cm²，作用时间为0.1-2.0分钟。