CN111995105A - 一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备及使用方法，所述设备包括多介质催化吸附过滤器、循环水箱、第一水泵、第二水泵、分离器、加氯反应器、引射器、气体分离器和加药箱；所述多介质催化吸附过滤器、循环水箱、第一水泵、引射器、分离器依次连接；所述分离器的入端通过管道与循环水箱连接，分离器的输出端通过管道与加氯反应器的输入端连接；加氯反应器的输出端与引射器输入端连接；所述加药箱的输入端和输出端分别与气体分离器的输出端和第二水泵连接。
Description
技术领域
本发明涉及化肥废水处理领域，尤其涉及一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备及使用方法。
背景技术
我国是化肥生产（尿素、氯铵、硝铵、碳铵）与消费第一大国，化肥在农业粮食增产中的作用占50%左右，由化肥增产的粮食能养活全国约一半的人口，这使我国以不到世界7%的耕地养活了世界20%的人口。通过以粉煤为原料气化的合成氨工业制取的尿素是氮含量最高、使用量最多的氮肥品种，在我国被广泛使用。然而，在合成氨工业、尿素制取及氮肥生产过程中，合成气分离利用、污染气体减排与氨氮废水处理已成为制约该行业发展的世界性环保难题。化肥含氮、含磷废水不经过有效处理，最后排入江河湖海，将引起环境问题。因此，在氮肥生产过程中，如何从源头控制污染气体和氨氮废水减排，对环境健康有着重要意义。
尿素在生产过程中会产生反应生成水，加上外部引入水和水蒸气，这些水最后均被带入蒸发工段蒸发并冷凝成为解析废水。废液中含有部分尿素、氨、二氧化碳及缩二脲等物质，如果直接外排，废液中的氨氮将会给水环境带来严重污染，一直是化肥企业重点治理项目。尿素生产过程中产生的废液会对环境产生污染，并且其中含有的金属离子和氧化物会对后续工艺中的设备造成污堵和腐蚀、生产过程能源消耗高和尿素回收利用率不高等问题。
近年来，尿素废液处理工艺也在不断的改进，最初使用的是水解解析工艺，它只能处理20 m3/h的废液，但是不能分解工艺废液中的尿素。处理后的废水也不能够直接进行使用，还需要再做处理。2011年使用水解汽提工艺，它的处理能力为25 m3/h。2012年对处理工艺做出了进一步的改善，采用了二氧化碳汽提工艺尿素装置，它使用2.5 MP 的水解来对废液进行解析，装置处理能力得到了提高，达了35 m3/h （胡捷，2019）。然后，这些工艺都存在能耗过高，建造费用高，处理能力低的缺点。为此，本发明旨在提供一种低能耗，经济适用的尿素解吸废液氨氮减排及废水回用方法和设备。
发明内容
为了解决尿素解吸液直接进入环境中的氨氮负荷、降低了综合废水的碳氮比、氨氮含量高的问题，本发明提供了一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备，可以有效降低氨氮负荷，处理后的废水可以作为循环水补水回用。
本发明至少通过如下技术方案之一实现。
一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备，包括多介质催化吸附过滤器、循环水箱、第一水泵、第二水泵、分离器、加氯反应器、引射器、气体分离器和加药箱；
所述多介质催化吸附过滤器、循环水箱、第一水泵、引射器、分离器依次连接；
所述分离器的输入端通过管道与循环水箱连接，分离器的输出端通过管道与加氯反应器的输入端连接；加氯反应器的输出端与引射器输入端连接；
所述加药箱的输入端和输出端分别与气体分离器的输出端和第二水泵连接。
优选的，所述多介质催化吸附过滤器、循环水箱和气体分离器的输入端均有冷却水输入。
优选的，所述水泵需调控循环水箱水中尿素、氨以及蒸汽气相中NH3和CO2浓度,使液相浓度大于气相, 浓度高有利于较快解析出NH3和CO2 , 离平衡点越远, 推动力越大,越有利于水解和解析。
优选的，所述循环水箱输出端与第一水泵的输入端连接，所述第一水泵的一输出端与多介质催化吸附过滤器的输入端连接，进行再次的吸附催化，提高吸附催化效率。
优选的，所述加氯反应器采用折点加氯法，控制氯气输入量将废水中的NH3-N氧化成N2，从而降低废液的色度，去除恶臭，降低废液水中有机物含量，提高混凝效果。
优选的，所述加药箱利用加分散干扰剂去调整夹套内炉水的水质成分, 防止在夹套内生成难以清除的缩二脲或三脲，同时在加药箱中加入处理药剂进行除铁、催化、降氧及降硬缓蚀的综合处理。
根据所述的一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备使用方法，包括以下步骤：
1）、尿素解吸废液经过多介质催化吸附过滤器与循环水箱进入水泵，一部分尿素解吸废液重新进入多介质催化吸附过滤器进行再一次的催化吸附，一部分尿素解吸废液通过引射器进入气体分离器；
2）、冷却水由气体分离器的输入端进入气体分离器，其作用在于调节水体的温度和压力，有利于提高尿素水解的速度和深度；第二水泵连接气体分离器和加药箱的输出端，其作用在于调节作用药剂于废水的混合比例，有利于药剂的充分混合作用；
3）、循环水箱的含氮废水由分离器的输出端进入加氯反应器，加氯反应器通过折点加氯法控制氯气输入量将废水中的NH3-N氧化成N2，再经由引射器进入气体分离器；
4）、气体分离器中的废液经过加药箱利用加分散干扰剂以及调整夹套内炉水水质成分，同时加入处理药剂进行除铁、催化、降氧及降硬缓蚀处理。
优选的，所述处理药剂为气相缓蚀剂、六偏磷酸钠、羟基乙叉二膦酸（HEDP）或絮凝剂 （TS-609）。
本发明中，尿素解吸废液经过该套回收处理设备后，废液氨氮平均浓度从834.4mg/L降低至158.9mg/L；COD（化学需氧量）平均浓度从3308.2mg/L降低至1324.4mg/L，减小了污水站的COD负荷；平均碳氮比从4.29提高至11.52。
本发明相对于现有技术具有如下优点和效果：
（1）本发明中的将尿素解吸废液中铁离子和氧气去除后，直接作为夹套和余热锅炉作为循环水补水回用，降低了生产成本，提高了经济效益；
（2）本发明降低了造气脱盐水消耗量，回收了废液中的低位热能；另一方面，有效减少污水产生量，降低了进入污水站的原水氨氮的浓度，有效提高了废水的碳氮比，为后续废水的脱氮处理创造了合适的条件。
附图说明
图1为本实施例一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备图；
图2为本实施例一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备开启前后各60天时间段内，进入回收处理设备的综合污水COD浓度变化图；
图3为本实施例一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备开启前后各60天时间段内，进入回收处理设备的综合污水氨氮浓度变化图；
图4为本实施例一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备开启前后各60天时间段内，进入回收处理设备的综合污水碳氮比变化图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但是实施例并不构成对本发明要求保护范围的限制。
如图1所示的一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备，包括多介质催化吸附过滤器1、循环水箱2、第一水泵3-1、第二水泵3-2、分离器4、加氯反应器5、引射器6、气体分离器7和加药箱8；
所述多介质催化吸附过滤器1、循环水箱2、第一水泵3-1、引射器6、分离器7依次连接；
所述循环水箱2输出端与第一水泵3-1的输入端连接，所述第一水泵3-1的一输出端与多介质催化吸附过滤器1的输入端连接，使一部分尿素解吸废液重新进入多介质催化吸附过滤器1进行再一次的催化吸附，提高吸附催化效率；
所述分离器4的入端通过管道与循环水箱2连接，分离器4的输出端通过管道与加氯反应器5的输入端连接， 加氯反应器5的输出端与引射器6输入端连接；
所述加药箱8的输入端和输出端分别与气体分离器7的输出端和第二水泵3-2连接。
所述多介质催化吸附过滤器1、循环水箱2和气体分离器7的输入端均有冷却水输入。冷却水由气体分离器7的输入端进入气体分离器7，其作用在于调节水体的温度和压力，有利于提高尿素水解的速度和深度；
所述多介质催化吸附过滤器1不仅有效的除去悬浮杂质使废液澄清防止工艺后续堵塞，而且其复涂催化剂的过滤材料也有利于水解速度的加快。
调节第一水泵3-1的流量, 使循环水箱2水中的尿素、氨以及蒸汽气相中NH3和CO2浓度保持适当水平，并使液相浓度大于气相，浓度高有利于较快解析出NH3和CO2, 离平衡点越远，推动力越大，越有利于水解和解析。
所述加氯反应器5采用折点加氯法，控制氯气输入量将废水中的NH3-N氧化成N2，从而降低废液的色度，去除恶臭，降低废液水中有机物含量，提高混凝效果。
所述一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备使用方法，包括以下步骤：
1）、尿素解吸废液经过多介质催化吸附过滤器1与循环水箱2进入第一水泵3-1，一部分重新进入多介质催化吸附过滤器1进行再一次的催化吸附，一部分通过引射器6进入气体分离器7，因为尿素解吸废液组分对后端尿素水解反应有影响，当溶液中氨气和二氧化碳含量较高时，不利于水解反应，无法达到氨氮含量减排的目标，尿素解析废液经过多介质催化吸附过滤器1和循环水箱2的步骤处理后，其组分含量能有效提高后端尿素深度水解的效率。循环水箱2加入冷却水确保操作温度稳定在230-236℃的范围内；
2）、冷却水由气体分离器7的输入端进入气体分离器7，其作用在于调节水体的温度和压力，有利于提高尿素水解的速度和深度；第二水泵3-2连接气体分离器7和加药箱8的输出端，其作用在于调节作用药剂于废水的混合比例，有利于药剂的充分混合作用；
3）、循环水箱2中的含氮废水由分离器4的输出端进入加氯反应器5，通过折点加氯法控制氯气输入量将废水中的NH3-N氧化成N2，从而极大的降低废液的色度，去除恶臭，降低废液水中有机物含量，提高混凝效果，再经由引射器6进入气体分离器7；
4）、气体分离器7中的废液经过加药箱8利用加分散干扰剂以及调整夹套内炉水水质成分, 防止在夹套内生成难以清除的缩二(或三)脲。同时加入处理药剂（六偏磷酸钠等磷酸盐）进行除铁、催化、降氧及降硬缓蚀等综合处理。该设备和方法合理利用热量，回收了废液中的低位热能，减轻了循环水系统负荷，同时保证了锅炉用水水质，极大地减少了氨氮的排放量。
化肥生产废水经过解吸处理后，尿素解吸废液原始平均COD浓度为3308mg/L，氨氮平均浓度为1324mg/L，碳氮比平均值为4.29，铁离子含量为0.51 mg/L，氧气含量为3mg/L，尿素含量为1%左右。尿素解析废液首先进入多介质催化吸附过滤器，有效的除去悬浮杂质使废液澄清防止工艺后续堵塞。澄清废液经循环水箱经深度水解后进入分离器分离氨氮废水。分离的氨氮废水进入氯反应器，通过折点加氯法进行除氨工艺。再经由引射器进入气体分离器，通过投药进行除铁、催化、降氧及降硬缓蚀等综合处理，再由水泵送往夹套和余热锅炉回用。
本实施例采用多介质催化吸附—深度水解—折点加氯—处理回用工艺，尿素解析废液首先进入三级多介质催化吸附过滤器，有效的除去悬浮杂质使废液澄清防止工艺后续堵塞。澄清废液经循环水箱经深度水解后进入分离器分离氨氮废水。分离的氨氮废水进入氯反应器，通过折点加氯法进行除氨工艺。
从图2、图3和图4可知:在正常生产情况下，尿素解吸废液原始平均COD浓度为3308.2mg/L，氨氮平均浓度为834.4 mg/L，经过该设备处理后，COD浓度较之前有大幅度下降，降低至1324.4mg/L，废水氨氮平均浓度也大幅度降为158.92mg/L。氨氮浓度的降低主要是由于尿素生产车间产生的尿素解吸废液得到了回收利用，平均碳氮比由4.29提高至11.52，有利于为反硝化脱氮提供充足的碳源。铁离子和氧气含量处理后均低于0.2mg/L。降低了尿素解吸废液中的铁和氧含量，从而可以保护碳钢设备，解决无法直接送入造气夹套进行回收而排放的问题，降低污水处理站运行成本，减少热水外排的情况，提高了经济效益。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备，其特征在于：包括多介质催化吸附过滤器（1）、循环水箱（2）、第一水泵（3-1）、第二水泵（3-2）、分离器（4）、加氯反应器（5）、引射器（6）、气体分离器（7）和加药箱（8）；
所述多介质催化吸附过滤器（1）、循环水箱（2）、第一水泵（3-1）、引射器（6）、分离器（7）依次连接；
所述分离器（4）的输入端通过管道与循环水箱（2）连接，分离器（4）的输出端通过管道与加氯反应器（5）的输入端连接；加氯反应器（5）的输出端与引射器（6）输入端连接；
所述加药箱（8）的输入端和输出端分别与气体分离器（7）的输出端和第二水泵（3-2）连接。
2.根据权利要求1所述的一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备，其特征在于：所述多介质催化吸附过滤器（1）、循环水箱（2）和气体分离器（7）的输入端均有冷却水输入。
3.根据权利要求2所述的一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备，其特征在于：所述水泵（3-1）需调控循环水箱（2）水中尿素、氨以及蒸汽气相中NH3和CO2浓度,使液相浓度大于气相, 浓度高有利于较快解析出NH3和CO2 , 离平衡点越远, 推动力越大, 越有利于水解和解析。
4.根据权利要求3所述的一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备，其特征在于：所述循环水箱（2）输出端与第一水泵（3-1）的输入端连接，所述第一水泵（3-1）的一输出端与多介质催化吸附过滤器（1）的输入端连接，进行再次的吸附催化，提高吸附催化效率。
5.根据权利要求4所述的一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用收设备，其特征在于：所述加氯反应器（5）采用折点加氯法，控制氯气输入量将废水中的NH3-N氧化成N2，从而降低废液的色度，去除恶臭，降低废液水中有机物含量，提高混凝效果。
6.根据权利要求1~5任一项所述的一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备，其特征在于：所述加药箱（8）利用加分散干扰剂去调整夹套内炉水的水质成分, 防止在夹套内生成难以清除的缩二脲或三脲，同时在加药箱（8）中加入处理药剂进行除铁、催化、降氧及降硬缓蚀的综合处理。
7.根据权利要求6所述的一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）、尿素解吸废液经过多介质催化吸附过滤器（1）与循环水箱（2）进入水泵（3-1），一部分尿素解吸废液重新进入多介质催化吸附过滤器（1）进行再一次的催化吸附，一部分尿素解吸废液通过引射器（6）进入气体分离器（7）；
2）、冷却水由气体分离器（7）的输入端进入气体分离器（7），其作用在于调节水体的温度和压力，有利于提高尿素水解的速度和深度；第二水泵（3-2）连接气体分离器（7）和加药箱（8）的输出端，其作用在于调节作用药剂于废水的混合比例，有利于药剂的充分混合作用；
3）、循环水箱（2）的含氮废水由分离器（4）的输出端进入加氯反应器（5），加氯反应器（5）通过折点加氯法控制氯气输入量将废水中的NH3-N氧化成N2，再经由引射器（6）进入气体分离器（7）；
4）、气体分离器（7）中的废液经过加药箱（8）利用加分散干扰剂以及调整夹套内炉水水质成分，同时加入处理药剂进行除铁、催化、降氧及降硬缓蚀处理。
8.根据权利要求7所述的一种尿素解吸废液氨氮减排及废水回用设备使用方法，其特征在于：所述处理药剂为气相缓蚀剂、六偏磷酸钠、羟基乙叉二膦酸（HEDP）或絮凝剂（TS-609）。
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