CN104860465B - 一种双塔催化热耦合逆流脱氨方法及其脱氨装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了双塔催化热耦合逆流脱氨方法，在氨氮废水缓冲池中加入pH调质剂和复合解氨剂并预热，将预热后的一部分氨氮废水送入到热加压塔中段与由再沸器产生的在热加压塔内上升的热蒸汽充分接触，再将热加压塔顶产生的含氨蒸汽送入耦合低压塔再沸器中冷凝和精馏，然后将含氨蒸汽送入耦合低压塔下部精馏，而热加压塔底产生的脱氨废水送入到耦合低压塔内底部；同时将预热后的另一部分氨氮废水送入到耦合低压塔中段与由含氨蒸汽充分接触，在耦合低压塔顶产生含氨蒸汽，本发明经过脱氮之后的废水，NH3‑N指标可达到国家一级排放标准（15ppm），并能回收高质量的工业氨水，能耗大大降低，与常规蒸馏工艺相比，节能效率达40%以上，经济效益和社会效益十分显著。
Description
技术领域
本发明涉及脱氨处理方法，尤其是涉及一种双塔催化热耦合逆流脱氨方法以及脱氨装置。
背景技术
目前，对高浓度氨氮废水处理主要采用吹脱、折点氯化和MAP化学沉淀等方法。吹脱法工艺简单，效果稳定，投资较低；但能耗大，有二次污染。折点氯化法处理效果稳定，不受水温影响；但运行费用高，副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。化学沉淀法虽能较好的去除氨氮并且实现资源回收，但该方法的主要局限性在于沉淀药剂用量较大，从而致使处理成本较高。
由于废水中氨氮含量高，是水质净化处理的重点和难点。一般对高浓度氨氮废水的处理，依照工艺原理，国内常用的处理方法有以下几种：
a、生化法：这是一种传统的处理方法，其原理是利用细菌微生物对污染物进行氧化分解。由于氨氮是一种不可能通过生化降解的物质，因而传统的生化法对氨氮几乎没有去除效果。
b、A/O法：包括A/O、A2/O、A2/O2等方法，是一种改进的生化法。通过硝化和反硝化的过程使污水中的氨氮降解。此法在国内少数企业有成功运用，但此法基建投资大、运行成本高、运行操作条件苛刻，并且对进水水质要求高（如NH3-N指标要求在200mg/L以下，COD指标要求在600mg/L以下），运用范围狭窄。其致命的硬伤是对于高浓度氨氮废水的处理必需要借助耗资巨大的污水预处理设施（如蒸氨或吹脱设备）才能达到。
c、物化法：包括吹脱法、离子交换法、折点氯化法、湿式氧化法、化学沉淀法、膜过滤法以及高湿蒸发法等。这些方法或由于处理效率低、或处理量小或处理成本高等原因而没有得到有效的推广运用。
d、新物化法：是通过在设备中添加化学药剂，经过物理与化学相结合的共同作用，使污水中的固定氨絮凝沉降，挥发氨被吹脱的技术。但在直接处理剩余氮水（NH3-N≥800mg/l）时无能为力。
目前国内外生产实践中处理高浓度氨氮废水比较通行的做法是：先将高浓度氨氮废水通过汽提或吹脱将废水中的氨氮降到200mg/L以下（如无法降到300mg/L以下，则需用清水进行稀释），然后用A/O法或化学沉淀法（磷酸铵镁盐法）进行后续处理。出水NH3-N在操作管理十分良好的前提下，一般可以达到国家三级排放标准。
但是上述工艺有几个致命缺陷：
1）续接A/O法不仅投资高，而且占地面积大，对预处理出水的要求苛刻（如NH3-N必须小于200mg/l，汽提或吹脱法对超过2000mg/l以上的高浓度氨氮废水根本达不到这个要求，只能用成倍的清水稀释后再处理）。
2）续接化学沉淀法虽然投资和占地面积都比A/O法小，但药剂的消耗量太大，N：P：Mg之比都在1：1.1～1.2，处理药剂成本太高，而且出水也无法达到国家一级或二级排放标准。
3）目前氨吹脱处理工艺，氨氮的吹脱效率只能达到85-90%，而且氨气吹脱进入大气中造成二次污染。
发明内容
针对上述现有技术中脱氨处理方法所存在的问题，本发明提供了一种不仅脱氨处理效果好，且运行成本低、占地面积小、操作方便的双塔催化热耦合逆流脱氨方法及脱氨装置，
本以明所述双塔催化热耦合逆流脱氨方法步骤是，
a、在氨氮废水缓冲池中加入pH调质剂和复合解氨剂，调节氨氮废水的pH值至10.5～11.5；
b、将a步骤处理后的氨氮废水经过废水预热器预热，
c、将b步骤预热后的一部分（约11.7t/h）氨氮废水送入到热加压塔中段与由热加压塔再沸器产生的在热加压塔内上升的热蒸汽充分接触，再将热加压塔顶产生的含氨蒸汽送入耦合低压塔再沸器中冷凝和精馏，然后将含氨蒸汽送入耦合低压塔下部精馏，而热加压塔底产生的脱氨废水送入到耦合低压塔内底部；
d、同时将b步骤预热后的另一部分氨氮废水（约13.3t/h）送入到耦合低压塔中段与由b步骤中的热加压塔顶冷凝和精馏产生的并进入耦合低压塔下部的含氨蒸汽充分接触，在耦合低压塔顶产生含氨蒸汽，而耦合低压塔底产生的脱氨废水通过废水回流泵进入到废水预热器回收热量后排出；
e、将d步骤中耦合低压塔顶产生的含氨蒸汽经过冷凝器冷凝精馏后，送入氨气吸收器，吸收后的氨气送入到氨水罐，氨水罐通过氨水循环泵连接氨气吸收器进行循环氨气吸收，氨气吸收器的尾气则经过尾气洗涤塔、洗涤循环罐、洗涤塔循环泵洗涤后排出。
当经后冷却器冷却进入热加压塔回流罐中的脱氨废水和尾气净化器净化后进入耦合低压塔中脱氨废水的浓度较低（低于20-25%）时，脱氨废水分别通过热加压回流泵和耦合低压塔回流泵输入到热加压塔顶部和耦合低压塔顶部循环脱氨。
氨氮废水中的氨氮（NH3—N）即氨态氮，以氨的形态存在于水中的氮。氨氮（NH3—N）都是以铵盐（NH4+）和游离氨（NH3）两种形态存在，其比例高低取决于废水的pH值。当pH值高（碱性）时，游离氨（NH3）的比例就高；pH值低（酸性）时，铵盐（NH4+）的比例就高，铵盐和游离氨的比例随着废水pH值的变化而变化。
本发明要解决的关键技术问题有两个：（1）如何将不能强化絮凝的固态氮（铵盐）最大限度地转换成气态氨（游离氨）；（2）如何最大限度地做到气液分离把气态氨从废水中去除掉，并且不造成第二次污染。本发明在采用了传统的吹脱法的基本原理，即通过调整提高废水的pH值，使固定铵转化成游离氨，然后用空气将游离氨吹脱。但传统的吹脱法最多只能将70%左右的铵盐转化成游离氨，同时传统的吹脱法的气水比高达3000以上，能耗大、成本高。即使用上超声波、超重力等先进技术去除氨氮也只能达到90%，其主要原因是在不同温度范围内，氨在水中有相应的平衡溶解度。在20℃时1体积的水可溶解约700体积的氨，可见氨是一种亲水性物质，溶解在水中的氨和水分子之间存在一种氢键的相互作用，这增加了分子间的结活力，所以这部分溶解范围的氨很难用传统的吹脱法去除，除非继续升高吹脱温度，破坏氢键。
本发明在催化作用下全封闭碱析脱氨将废水中的铵盐最大限度的转化成游离氨；同时可以最大限度地减少氨和其他混合气体中氨的分压，加快游离氨从废水中释出的解吸过程和解吸的传递速率，使转化的游离氨能够快速充分地与剩余氨水分离，微负压循环吸氨实现氨回收。
本发明一是在废水中加入高效复合解氨剂，促使不稳定的氨盐中的氨氮最大限度地转为游离氨，同时促使废水中的游离氨快速与水分离；二是利用双塔热耦合工艺，将热加压塔的塔顶冷凝热转移至耦合低压塔中，用作耦合低压塔的热加压塔再沸器热源，同时热加压塔补充耦合低压塔热量，以此减少整个系统的蒸汽与冷却水的消耗量，与常规工艺相比，节能效率达40%以上；三是采用高效的气液传质设备（如分子磨气液传质设备供代替化合分离塔），由表面分离转为动态的液气分离，并采用分级变压控温吸收系统进行控制，克服了脱氨过程液体喷淋量大、流体表面张力大、微量不易分离等技术难点，彻底解决了氨氮废水处理难题。 经过脱氮之后的废水，NH3-N指标可达到国家一级排放标准（15ppm），彻底解决氨氮废水达标排放问题，并能回收高质量的氨水，经济效益、环境效益和社会效益十分显著。
本发明整个脱氨过程只给热加压塔再沸器补充热量和耦合低压塔冷凝器补充冷量，从而使整个过程能耗大大降低，与常规蒸馏工艺相比，节能效率达40%以上，废水进料在25℃时，蒸汽耗量理论值降到了100kg（蒸汽）/吨（废水）。
附图说明
图1是本发明所述脱氨装置的结构示意图。
在图中，1、热加压塔 2、废水预热器 3、耦合低压塔 4、热加压塔再沸器 5、废水回流泵 6、热加压塔回流泵 7、热加压塔回流罐 8、耦合低压塔回流罐 9、后冷却器 10、耦合低压塔再沸器 11、冷凝器 12、尾气洗涤器 13、洗涤循环罐 14、 耦合低压塔回流泵 15、洗涤循环泵 16、氨水循环泵 17、氨水罐 18、氨气吸收器。
具体实施方式
a、在氨氮废水缓冲池中加入pH调质剂（相当是中和剂，如盐酸、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和氨水等）和复合解氨剂（如氨水和液氯等），一立方废水加入60g～80g复合解氨剂，调节氨氮废水的pH值至10.5～11.5；
b、将a步骤处理后的氨氮废水经过废水预热器预热到40-50℃，
c、将b步骤预热后的一部分氨氮废水送入到热加压塔中段与由热加压塔再沸器产生的在热加压塔内上升的热蒸汽充分接触，所述加热蒸汽压力为0.6Mpa，再将热加压塔顶产生的含氨蒸汽送入耦合低压塔再沸器中冷凝和精馏，精馏采出含量为50~60％左右的含氨蒸气，然后将含氨蒸汽送入耦合低压塔下部精馏，而热加压塔底产生的脱氨废水送入到耦合低压塔内底部；
d、同时将b步骤预热后的另一部分氨氮废水送入到耦合低压塔中段与由b步骤中的热加压塔顶冷凝和精馏产生的并进入耦合低压塔下部的含氨蒸汽充分接触，在耦合低压塔顶产生含氨蒸汽，而耦合低压塔底产生的脱氨废水通过废水回流泵进入到废水预热器回收热量后排出；
e、将d步骤中耦合低压塔顶产生的含氨蒸汽经过冷凝器冷凝精馏后，送入氨气吸收器，吸收后的氨气送入到氨水罐，氨水罐通过氨水循环泵连接氨气吸收塔进行循环氨气吸收，氨气吸收器的尾气则经过尾气洗涤塔、洗涤循环罐、洗涤塔循环泵洗涤后排出。
当经后冷却器冷却进入热加压塔回流罐中的脱氨废水和尾气净化器净化后进入耦合低压塔中脱氨废水的浓度较低时（低于15mg/L），脱氨废水分别通过热加压回流泵和耦合低压塔回流泵输入到热加压塔顶部和耦合低压塔顶部循环脱氨。耦合低压塔顶冷凝器中采出的含量为90％左右的氨气进入氨气吸收器，采用工艺水吸收氨气，得到20％左右的浓氨水，排放尾气最终用工艺新鲜水洗涤后高空排放，确保最终尾气达到环保排放要求。
在图1中，所述双塔催化热耦合逆流脱氨装置包括热加压塔1、废水预热器2、耦合低压塔3、热加压塔再沸器4、耦合低压塔再沸器10、冷凝器11、尾气洗涤器12和氨气吸收器18，所述废水预热器分别与热加压塔1中段和耦合低压塔3中段相连，热加压塔底部与耦合低压塔下部相连，热加压塔顶部与耦合低压塔中部相连，耦合低压塔底部与耦合低压塔再沸器10相连，耦合低压塔再沸器通过后冷却器9与热加压塔回流罐7相连，热加压塔回流罐通过热加压塔回流泵6与热加压塔顶部相连，耦合低压塔再沸器下端通过废水回流泵5与废水预热器相连，耦合低压塔3顶部与冷凝器11相连，冷凝器分别与氨气吸收器18相连和耦合低压塔回流罐8相连，耦合低压塔回流罐通过耦合低压塔回流泵14与耦合低压塔顶部相连，氨气吸收器通过氨水循环泵16与氨水罐17相连，氨水罐与尾气洗涤器相连，尾气洗涤器与洗涤循环罐相连，洗涤循环罐13通过洗涤循环泵15与尾气洗涤器相连，洗涤循环罐13与氨气吸收器18相连，氨气吸收器上接有进水管，尾气洗涤器上连接有排气管。
Claims (3)
1.一种双塔催化热耦合逆流脱氨方法，其特征在于：所述方法步骤是：
a、在氨氮废水缓冲池中加入pH调质剂和复合解氨剂，调节氨氮废水pH值至10.5～11.5；
b、将a步骤处理后的氨氮废水经过废水预热器预热；
c、将b步骤预热后的一部分氨氮废水送入到热加压塔中段与由热加压塔再沸器产生的在热加压塔内上升的热蒸汽充分接触，再将热加压塔顶产生的含氨蒸汽送入耦合低压塔再沸器中冷凝和精馏，然后将含氨蒸汽送入耦合低压塔下部精馏，而热加压塔底产生的脱氨废水送入到耦合低压塔内底部；
d、同时将b步骤预热后的另一部分氨氮废水送入到耦合低压塔中段与由b步骤中的热加压塔顶冷凝和精馏产生的并进入耦合低压塔下部的含氨蒸汽充分接触，在耦合低压塔顶产生含氨蒸汽，而耦合低压塔底产生脱氨废水通过废水回流泵进入到废水预热器回收热量后排出；
e、将d步骤中耦合低压塔顶产生的含氨蒸汽经过冷凝器冷凝精馏后，送入氨气吸收器，吸收后的氨气送入到氨水罐，氨水罐通过氨水循环泵连接氨气吸收器进行循环氨气吸收，氨气吸收塔的尾气则经过尾气洗涤塔、洗涤循环罐、洗涤塔循环泵洗涤后排出。
2.根据权利要求1所述的一种双塔催化热耦合逆流脱氨方法，其特征在于：当经后冷却器冷却进入热加压塔回流罐中的脱氨废水和尾气净化器净化后进入耦合低压塔中脱氨废水的浓度较低时，脱氨废水通过热加压回流泵和耦合低压塔回流泵分别输入到热加压塔顶部和耦合低压塔顶部循环脱氨。
3.一种实现权利要求1所述双塔催化热耦合逆流脱氨方法的脱氨装置，其特征是：包括热加压塔（1）、废水预热器（2）、耦合低压塔（3）、热加压塔再沸器（4）、耦合低压塔再沸器（10）、冷凝器（11）、尾气洗涤器（12）和氨气吸收器（18），所述废水预热器分别与热加压塔和耦合低压塔中段相连，热加压塔底部与耦合低压塔下部相连，热加压塔顶部与耦合低压塔中部相连，耦合低压塔底部与耦合低压塔再沸器相连，耦合低压塔再沸器通过后冷却器（9）与热加压塔回流罐（7）相连，热加压塔回流罐通过热加压塔回流泵（6）与热加压塔顶部相连，耦合低压塔再沸器下端通过废水回流泵（5）与废水预热器相连，耦合低压塔顶部与冷凝器（11）相连，冷凝器分别与氨水吸收器（18）和耦合低压塔回流罐（8）相连，耦合低压塔回流罐通过耦合低压塔回流泵（14）与耦合低压塔顶部相连，氨水吸收器通过氨水循环泵（16）与氨水罐（17）相连，氨水罐与尾气洗涤器相连，尾气洗涤器与洗涤循环罐相连，洗涤循环罐（13）通过洗涤循环泵（15）与尾气洗涤器相连，洗涤循环罐与氨水吸收器相连，氨水吸收器上接有进水管，尾气洗涤器上连接有排气管。
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