CN110605003B - 一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废弃物循环利用技术，尤其是涉及一种垃圾焚烧飞灰水洗的废气吸收液处理方法。本发明通过羌飞灰水洗系统挥发的氨气收集后经吸收塔底部通入吸收塔，吸收液从上部喷淋，与氨气逆向接触吸收；经喷淋吸收后的吸收液引入电解装置进行再生处理；在电解装置中经电化学处理后氨被氧化为氮气逸出，吸收液重新打回吸收塔回用。本发明的优点是电极材料不含贵金属，成本较低；处理中无需引入Cl离子，避免了电解过程中产生氯气；再生过程无需添加额外的化学氧化剂，无二次污染，实现废水零排放。

Description

一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法
技术领域
本发明涉及一种废弃物循环利用技术，尤其是涉及一种垃圾焚烧飞灰水洗的废气吸收液处理方法。
背景技术
生活垃圾焚烧飞灰中氯含量较高，进行水泥窑协同处置前需要水洗预处理除氯。飞灰水洗及水洗废水净化过程中会有氨气逸出。逸出的氨气用吸收塔吸收，常用的吸收液为水或者稀硫酸。对于吸收液的处理，目前采用的方法为加入化学氧化剂将氨和铵离子氧化，或者选择直接喷入水泥窑焚烧。化学氧化剂成本较高，可能造成二次污染。直接喷入水泥窑焚烧会对水泥生产造成一定影响，且没有充分回收利用吸收液。电化学氧化法无需外加药剂，可将吸收液中的氨氧化为氮气后，实现吸收液重复循环利用，无外排废水。
目前电化学氧化氨的电极材料性能不理想，氧化过电位高，处理过程需要消耗大量的电能。此外目前电氧化氨需要采用间接氧化法，需要在电解液中添加 Cl离子，过程中会产生Cl2并腐蚀设备。
本发明提出了一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法，可高效地电化学氧化氨和铵离子为氮气，实现吸收液循环使用，具有能耗低、氨氮转化率高、无需外加氧化剂的特点。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法，其特征在于：飞灰水洗系统逸出的氨气收集后通入吸收塔，吸收液从上部喷淋，与氨气逆向接触吸收；设置浓度传感器实时监测吸收液中氨和铵离子浓度，达到设定浓度后将其引入电解装置进行再生处理；电解装置中以吸收液作为电解液，阳极采用镍铜铬复合电极，氨在阳极失去电子被氧化为氮气，阴极采用不锈钢电极，发生析氢还原反应。
氨在阳极被电化学氧化为氮气逸出，吸收液得到再生，重新打回吸收塔回用。阴极析出的氢气收集后用作燃料在锅炉中燃烧，也可以直接从水泥窑篦冷机引入水泥窑燃烧。
具体方案如下：
一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法，其特征在于：
(1)飞灰水洗系统挥发的氨气收集后经吸收塔底部通入吸收塔，吸收液从上部喷淋，与氨气逆向接触吸收；
(2)经喷淋吸收后的吸收液引入电解装置进行再生处理；
(3)在电解装置中经电化学处理后氨被氧化为氮气逸出，吸收液重新打回吸收塔回用。
作为优选，上述一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法中，在喷淋塔内靠近吸收液的排出口位置设置浓度传感器，实时监测吸收液中氨和铵离子浓度。当实时监测到吸收液中氨和铵离子浓度设定浓度后即引入到电解装置。
作为优选，上述一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法中电解装置中以吸收液作为电解液，阳极采用镍铜铬复合电极，阴极采用不锈钢电极。其中阳极采用镍铜铬复合电极中镍、铜、铬的摩尔比例为镍：铜：铬＝4:a:b，a＝1～4， b＝0.1～0.5。
作为优选，上述一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法的步骤(3)中阴极析出的氢气收集后用作燃料在锅炉中燃烧，或直接从水泥窑篦冷机引入水泥窑燃烧。
作为优选，上述一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法的吸收塔使用的吸收液为中性或弱酸性的硫酸钠溶液。
作为优选，上述一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法的电解装置由多个电解池单元串联组成，电解装置具有搅拌功能。
有益效果：镍铜铬复合电极对于氨的电氧化具有很好的催化性能，是目前除贵金属Pt之外性能最好的氨氧化阳极，其氧化过电位低，运行能耗相比于商业 DSA阳极大大减少。电极材料不含贵金属，长期稳定性好，成本较低。
本发明使用的镍铜铬复合电极可以对氨直接催化氧化，无需引入Cl离子，避免了电解过程中产生氯气，造成二次污染及设备的腐蚀。。本发明电化学氧化彻底，氨分解率在90％以上，再生吸收液中氨浓度低于40mg/L，满足回用要求。
再生过程无需添加额外的化学氧化剂，无二次污染，实现废水零排放。电解装置阴极产生的氢气用作燃料在锅炉中燃烧，也可以直接引入水泥窑篦冷机焚烧，实现资源充分利用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
图2为镍铜铬复合电极的循环伏安曲线图(镍铜铬摩尔比为2:1：0.2)，扫描速率25mV/s,电解液为硫酸钠水溶液。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施作具体说明：
一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法，其实施方法如下：如图1所示，飞灰水洗系统产生的氨气用收集装置收集后通入吸收塔。水洗飞灰200t/d生产线产生氨气量约170kg/d。吸收塔采用旋流筛板塔，吸收液从上部喷淋，与氨气逆向接触吸收；设置浓度传感器实时监测吸收液中氨和铵离子浓度，达到设定浓度后，将40％至70％的吸收液引入电解装置进行再生处理；电解装置具有搅拌功能，强化传质。电解过程采用恒电流或者恒电压法控制。电化学处理后氨被分解为氮气逸出，吸收液得到再生，重新打回吸收塔回用。电解装置阴极析出的氢气收集后用作燃料在锅炉中燃烧，也可以直接从水泥窑篦冷机引入水泥窑燃烧。产生氮气和氢气的摩尔比约为1:3。
吸收塔使用的初始吸收液为0.5～3g/L的硫酸钠溶液，用硫酸调节pH为3～7。
电解装置中以吸收液作为电解液，由多个电解池单元串联组成。阳极采用镍铜铬复合电极，阴极采用不锈钢电极。电解原理为氨在阳极失去电子被氧化为氮气，阴极水分解发生析氢还原反应，反应式如下：
阳极反应：2NH3(aq)+6OH-→N2+6H2O+6e-或2NH4 +→N2+8H++6e-
阴极反应：2H2O+2e-→H2+2OH-
总反应：2NH3(aq)→N2+3H2或2NH4 +→N2+3H2+2H+
镍铜铬复合电极中镍、铜、铬的摩尔比例为4:a:b，a＝1～4，b＝0.1～0.5。图2为镍铜铬复合电极的循环伏安图，虚线为不存在氨的情况下的结果，实线为存在氨浓度1g/L的情况下的结果，加入氨后电流相应显著增高，说明镍铜铬复合电极对于氨的电氧化具有催化活性，可直接将氨氧化为氮气。
实施例1
废气中氨浓度为207mg/m3，以2g/L的硫酸钠溶液作为吸收液，吸收氨后引入电解装置作为电解液。电解液中初始氨氮浓度为1.02g/L，体积为1m3。阳极为Ni：Cu：Cr摩尔比1:1：0.1的镍铜铬合金，阴极为不锈钢电极，电极间距 1.5cm，每个电解池单元电极面积为0.5m2，共5个电解池单元。电解装置中搅拌电解液强化传质，在电流密度750A/m2下恒电流电解4h，氨氮浓度降到37.2mg/L，分解率为96.3％，电解后吸收液可通入吸收塔回用。
实施例2
废气中氨浓度为207mg/m3，以2g/L的硫酸钠溶液作为吸收液，吸收氨后引入电解装置作为电解液。电解液中初始氨氮浓度为1.02g/L，体积为1m3。阳极为Ni：Cu：Cr摩尔比4:1：0.2的镍铜铬合金，阴极为不锈钢电极，电极间距 1.5cm，每个电解池单元电极面积为0.5m2，共5个电解池单元。电解装置中搅拌电解液强化传质，在电流密度750A/m2下恒电流电解4h，氨氮浓度降到36.7mg/L，分解率为96.4％，电解后吸收液可通入吸收塔回用。
实施例3
废气中氨浓度为207mg/m3，以2g/L的硫酸钠溶液作为吸收液，吸收氨后引入电解装置作为电解液。电解液中初始氨氮浓度为0.612g/L，体积为1m3。阳极为Ni：Cu：Cr摩尔比4:1：0.2的镍铜铬合金，阴极为不锈钢电极，电极间距 1.5cm，每个电解池单元电极面积为0.5m2，共5个电解池单元。电解装置中搅拌电解液强化传质，在电流密度750A/m2下恒电流电解4h，氨氮浓度降到28.5mg/L，分解率为95.3％，电解后吸收液可通入吸收塔回用。
实施例4
废气中氨浓度为207mg/m3，以2g/L的硫酸钠溶液作为吸收液，吸收氨后引入电解装置作为电解液。电解液中初始氨氮浓度为1.43g/L，体积为1m3。阳极为Ni：Cu：Cr摩尔比4:1：0.2的镍铜铬合金，阴极为不锈钢电极，电极间距 1.5cm，每个电解池单元电极面积为0.5m2，共5个电解池单元。电解装置中搅拌电解液强化传质，在电流密度1050A/m2下恒电流电解4h，氨氮浓度降到 38.6mg/L，分解率为97.3％，电解后吸收液可通入吸收塔回用。
实施例5
废气中氨浓度为207mg/m3，以2g/L的硫酸钠溶液作为吸收液，吸收氨后引入电解装置作为电解液。电解液中初始氨氮浓度为1.02g/L，体积为1m3。阳极为Ni：Cu：Cr摩尔比4:1：0.2的镍铜铬合金，阴极为不锈钢电极，电极间距1.5cm，每个电解池单元电极面积为0.5m2，共5个电解池单元。电解装置中搅拌电解液强化传质，在电流密度1050A/m2下恒电流电解3h，氨氮浓度降到 31.5mg/L，分解率为96.9％，电解后吸收液可通入吸收塔回用。

Claims (4)

1.一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法，其特征在于：
(1)飞灰水洗系统挥发的含氨废气收集后经吸收塔底部通入吸收塔，吸收液从上部喷淋，与氨气逆向接触吸收；
(2)经喷淋吸收氨后的吸收液引入电解装置进行电化学再生处理；电解装置中以吸收液作为电解液，阳极采用镍铜铬三元复合电极，阴极采用不锈钢电极；阳极采用镍铜铬三元复合电极中镍铜铬摩尔比例为镍：铜：铬为4:a:b，a＝1～4，b＝0.1～0.5；
(3)在电解装置中经电化学直接催化氧化作用后吸收液中的氨被氧化为氮气逸出，吸收液实现再生，重新返回到吸收塔循环利用。
2.根据权利要求1所述的一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法，其特征在于：在喷淋塔内靠近吸收液的排出口位置设置浓度传感器，实时监测吸收液中氨和铵离子浓度。
3.根据权利要求1所述的一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法，其特征在于：吸收塔使用的吸收液为中性或弱酸性的硫酸盐溶液。
4.根据权利要求1所述的一种飞灰水洗废气吸收液的循环再利用方法，其特征在于：电解装置由多个电解池单元串联组成，电解装置具有搅拌功能。
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