CN207361983U - 一种高浓度氨氮废水与氮氧化物协同治理的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高浓度氨氮废水与氮氧化物协同治理的系统，包括：调pH池，包括碱液投加装置和加热区蒸汽预热装置，通过调节pH和预热使废水温度升高，促使废水中游离氨的比例增大；汽提塔，包括液体分布器、多层填料和换热器，氨氮废水从塔顶液体分布器进入，加热蒸汽从塔底进风口进入；粗氨气精制系统，用来进行提纯以产生的精氨气；SNCR脱硝系统，用来进行选择性费催化剂还原。本实用新型具有原理简单、易实现、处理效果好等。

Description

一种高浓度氨氮废水与氮氧化物协同治理的系统

技术领域

本实用新型主要涉及到环保技术领域，特指一种高浓度氨氮废水与氮氧化物协同治理的系统。

背景技术

消化污泥脱水液、垃圾渗滤液、催化剂生产厂废水、肉类加工废水和合成氨化工废水等含有极高浓度的氨氮（500mg/L以上，甚至达到几千mg/L）。过量氨氮排入水体将导致水体富营养化，降低水体观赏价值，并且被氧化生成的硝酸盐和亚硝酸盐还会影响水生生物甚至人类的健康。因此，废水脱氮处理受到人们的广泛关注，也是废水处理中的一大难点。

目前，对于氨氮废水，主要的脱氮方法有生物硝化反硝化、折点加氯、气提吹脱和离子交换法等，但是对于高浓度氨氮废水，一般的物化方法不能将氨氮浓度降到足够低（如100mg/L以下），多采用生化联合法处理。低浓度氨氮废水通常在常温下用空气吹脱，而高浓度废水则常用蒸汽进行吹脱，又称汽提。采用汽提法+生化法降解水中的氨氮，可减少氨对后续生化处理的毒性，配合消化反硝化脱氮，能够实现污水处理后氨氮达标排放。

高浓度氨氮废水经汽提工艺后会产生大量粗氨气，目前对于氨气的处理大多是通过后续吸收塔或精馏段精馏产生一定浓度的氨水，或直接用氨气制成液氨，但面临粗氨气回收利用工艺繁琐，回收产物处理麻烦等问题。生成的氨水或液氨浓度低，产品不纯，杂质含量多，有些甚至无法工业回用，同时运输和存储要求严格，外运手续复杂且存在大量安全隐患。处理不掉的氨气直排到火炬燃烧掉，不但浪费了瓦斯气，而且造成空气污染。因此汽提产物粗氨气得到妥善处置既是生产要求，也是环保工作的迫切需要。

在NOx排放控制技术中的烟气脱硝技术里选择性催化还原法和选择性非催化还原法应用比较广泛。SNCR技术，即选择性非催化还原技术，它是目前主要的烟气脱硝技术之一。在炉膛 800℃～1250℃这一狭窄的温度范围内、在无催化剂作用下，NH₃ 或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的 NOx。SCR技术，即选择性催化还原技术，是在催化剂的作用下，还原剂（一般为液氨蒸发出来的氨气）与烟气中的氮氧化物反应生成无害的氮气和水，从而去除烟气中的NOx，脱除效率可达90%以上。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种原理简单、易实现、处理效果好的高浓度氨氮废水与氮氧化物协同治理的系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种高浓度氨氮废水与氮氧化物协同治理的系统，包括：

调pH池，包括碱液投加装置和加热区蒸汽预热装置，通过调节pH和预热使废水温度升高，促使废水中游离氨的比例增大；

汽提塔，包括液体分布器、多层填料和换热器，氨氮废水从塔顶液体分布器进入，加热蒸汽从塔底进风口进入；

粗氨气精制系统，用来进行提纯以产生的精氨气；

SNCR脱硝系统，用来进行选择性费催化剂还原。

作为本实用新型系统的进一步改进：所述粗氨气精制系统包括：

浓氨水循环洗涤塔，包括液体分布器、填料、浓氨水循环泵；

结晶罐，罐内具有一定压力和低温条件，氨与硫化氢发生反应生成结晶体以完成脱硫；

吸附罐，罐内布置活性炭填料，用来吸附粗氨水中的有机物杂质。

作为本实用新型系统的进一步改进：所述SNCR脱销系统包括：

氨的储存系统包括氨压缩机和氨气缓冲罐，氨气经压缩机向氨气缓冲罐内输送，进入氨气缓冲罐内减压，再通过氨气输送管线送到锅炉侧的脱硝系统；

氨的输送系统，用于将氨气缓冲罐中的氨气送至氨气/热空气静力混合器；

稀释空气系统，包括稀释风机和稀释空气加热器，喷入反应器烟道的氨气为空气稀释后的含氨气的混合气体；

氨的喷射系统，包括静力混合器、供应函箱、喷雾管格子和喷嘴；氨气和热空气在静力混合器和管路内充分混合，再将此混合物导入氨气分配总管内，经供应函箱使氨气混合物在喷雾管格子内达到均匀分布，经由喷嘴喷到炉膛第一烟道；

压缩空气分配系统，设在氨注入格栅分布管上，当注入格栅喷头发生堵塞时进行吹扫。

作为本实用新型系统的进一步改进：还包括氮气吹扫系统，作为辅助保护系统，在氨气进入之前通过氮气吹扫系统对设备进行严密性检查和氮气吹扫，并在当设备出现问题时通过氮气吹扫系统置换出罐内的氨气。

作为本实用新型系统的进一步改进：还包括工业水喷淋系统，设置于可能发生氨气泄漏的区域周边，当氨气检测器检测氨气的泄漏测得大气中氨浓度过高时，启用工业水喷淋系统与泄露氨气反应生成稀氨水排至氨气稀释槽再做后续处理。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的浓度氨氮废水与氮氧化物协同治理的系统，具有原理简单、易实现、处理效果好等优点，其主要为了解决高浓度氨氮废水脱氮困难，采用单一工艺很难实现氨氮的达标排放的问题，引入了汽提塔使废水中的氨氮含量大幅度降低，脱氨效率高达90%以上，配合后续消化反硝化脱氮，能够实现污水处理后氨氮达标排放。同时汽提工艺产生副产物氨气也能得到妥善处理,与垃圾焚烧发电厂协同处置，不仅能使焚烧烟气中的NOx污染物达标排放，还能节省垃圾焚烧厂另外购置脱销还原剂的费用。

2、本实用新型的浓度氨氮废水与氮氧化物协同治理的系统，对于不需要进行烟气脱硝，仅单纯进行汽提塔副产物粗氨气综合处理的场所，可以根据产气量配置相应规格脱氨反应塔。一方面使氨气通过反应生成氮气和水，解决了粗氨气回收利用工艺繁琐，回收产物处理麻烦的问题，回收生成的氨水或液氨浓度低，杂质含量多，运输的存储要求严格，难以达到。一方面燃烧塔产生的热量最终回收利用，使燃料产生的热量除了提供反应所需温度条件还能得到妥善处置。本系统在综合固废处理园区（污水、污泥、垃圾焚烧发电）一体化建设的大环境下更具可行性，能够实现污染物之间的协同处理，将其中一种污染物处理工艺产生的副产物作为另一种污染物处理所需的原料。使两种污染物都得到妥善处理，最后达标排放，还解决了中间环节副产物处理的诸多问题，实现了环保和经济效益的结合，既产生一定的经济效益，实现了资源的综合利用，又能解决目前高浓度氨氮废水NH3-N指标能达标排放这一难题，符合可持续发展的理念。

附图说明

图1是本实用新型在具体应用实例中的原理示意图。

图例说明：

1、调pH池；2、汽提塔；3、粗氨气精制系统；4、氨的储存系统；5、氨的输送系统；6、氨的喷射系统；7、压缩空气分配系统；8、稀释空气系统；9、氮气吹扫系统。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的一种高浓度氨氮废水与氮氧化物协同治理的系统，包括:调pH池1、汽提塔2、粗氨气精制系统3及SNCR脱销系统。

调pH池1，包括碱液投加装置和加热区蒸汽预热装置，通过调节pH到11左右和预热使废水温度升高，促使废水中游离氨的比例增大，能提高氨氮离解率。

汽提塔2，包括液体分布器、两层填料、换热器等。氨氮废水从塔顶液体分布器进入，加热蒸汽从塔底进风口进入。采用逆流操作，液体分布器+两层填料保证气液接触面积，从而有利于氨气从废水中解吸。换热器的设置，利用汽提塔2底部废水和进塔前的氨氮废水进行换热，一是可以促进汽提后高温废水尽快冷却，从而减少后续循环冷却水量和中间水池面积，二是可以用高温废水给调节池氨氮废水加热，从而减少或停用加热区的加热蒸汽，节约蒸汽，提高经济效益。

粗氨气精制系统3，包括浓氨水循环洗涤塔、结晶罐和吸附罐。具体工艺组合和运行改造可根据粗氨气进气质量做相应调整。浓氨水循环洗涤塔，包括液体分布器、填料、浓氨水循环泵。浓氨水与粗氨气逆向接触洗涤，生成NH₄HS和（NH₄）₂S结晶体，固定在精制塔的循环液中，使氨气脱硫提纯，同时可以脱除一部分有机硫和挥发性有机酸，浓氨水循环液需定期补充除盐水，排放少量循环液。

在具体应用实例中，结晶罐利用在一定压力和低温条件下，氨可与硫化氢发生反应生成结晶体从而达到脱硫效果。

在具体应用实例中，吸附罐是在罐内布置活性炭填料，可以吸附粗氨水中的有机物杂质，有脱硫效果，同时有一定过滤效果。

经过粗氨气精制系统3产生的精氨气杂质含量少，能达到现有技术下烟气脱硝所需还原剂如氨水或尿素溶液高温分解下产生的氨气同等的质量要求。

在具体应用实例中，SNCR脱硝系统包括氨的储存系统4、氨的输送系统5、氨的喷射系统6、压缩空气分配系统7、稀释空气系统8、氮气吹扫系统9和工业水喷淋系统。

氨的储存系统4包括氨压缩机和氨气缓冲罐（储气罐），氨气经压缩机不断地向氨气缓冲罐内输送，进入氨气缓冲罐内通过调压阀减压成一定压力，再通过氨气输送管线送到锅炉侧的脱硝系统。氨气缓冲罐应满足为SNCR系统供应稳定的氨气，避免受汽提塔2或精制氨系统操作不稳定的影响。氨气缓冲罐上设置有安全阀保护设备，同时汽提塔2到氨的储存系统设置一条旁路，以应对氨精制系统运行出现问题的紧急情况。氨气缓冲罐的安全阀排放的氨气用管线送至氨气稀释槽处理，缓冲罐上预留一路阀门管道，为脱氨反应塔做预留出气口。

氨的输送系统5用于将氨气缓冲罐中的氨气送至氨气/热空气静力混合器。

稀释空气系统8，包括稀释风机和稀释空气加热器，喷入反应器烟道的氨气为空气稀释后的含5%左右氨气的混合气体。氨气是爆炸性气体，因此空气将氨稀释时，要避免接近爆炸限度(16%)。稀释风机应按每台机组两台100%容量(一用一备)设置。

氨的喷射系统6，包括静力混合器、供应函箱、喷雾管格子和喷嘴。氨气和热空气在静力混合器和管路内充分混合，再将此混合物导入氨气分配总管内，经供应函箱使氨气混合物在喷雾管格子内达到均匀分布，经由喷嘴喷到炉膛第一烟道，喷射配合NOx浓度分布靠雾化喷嘴来调整。

压缩空气分配系统7，设在氨注入格栅分布管上，当注入格栅喷头发生堵塞时可进行吹扫。

在较佳实施例中，还包括氮气吹扫系统9，作为辅助保护系统。氨气储存及供应系统保持系统的严密性防止氨气的泄漏和氨气与空气的混合造成爆炸是最关键的安全问题。本系统的储氨罐备有氮气吹扫管线。在氨气进入之前通过氮气吹扫管线对以上设备分别要进行严格的系统严密性检查和氮气吹扫，防止氨气泄漏和系统中残余的空气混合造成危险，同时当设备出现问题时，用氮气吹扫置换出罐内的氨气，通过安全阀排至氨气稀释槽处理。

在较佳实施例中，还包括工业水喷淋系统，作为辅助保护系统。氨气储存系统、供应系统、反应装置以及其他可能发生氨气泄漏的区域周边设有工业水喷淋系统，当氨气检测器检测氨气的泄漏测得大气中氨浓度过高时，启用工业水喷淋系统与泄露氨气反应生成稀氨水排至氨气稀释槽再做后续处理。

在较佳实施例中，还包括脱氨反应塔，作为汽提产物粗氨气处理设备，参照SCR烟气脱硝原理在催化剂的作用下高浓度氨氮废水汽提产生的副产物粗氨气与氮氧化物反应生成氮气和水，氮氧化物脱除效率可达90%以上，氨气作为反应物被消耗。脱氨反应塔出口不管是氨气和氮氧化物含量都大幅降低，满足大气排放标准。根据汽提生成氨气量的大小，配备不同规模的脱氨反应塔，据产生热量的多少，能与水换热产生不同规模的蒸汽，用于发电、供暖等，使热量最终能回收利用。

参见图1，本实用新型上述系统的工作流程为:

S1：高浓度氨氮废水首先进入调pH池1加碱调pH到10-12左右（PH选择11为较佳），使废水中游离氨的比例增大，同时在调pH池1的加热区通过加热蒸汽给氨氮废水预热，温度升高。一方面，可以通过升温使废水中的游离铵盐（NH4+）向游离氨（NH3）的方向转变，另一方面可以减小后续汽提塔2中氨氮废水与加热蒸汽的温度差，影响氨气解吸效果，减少加热蒸汽用量。

S2：调pH池1中的废水经废水供应泵经过换热器后打入汽提塔2的液体分布器，通过分布器均匀分布到填料的整个表面，顺着填料往下流；同时有压加热蒸汽从塔体下部进入，蒸汽与废水逆向充分接触，蒸汽将游离状态的氨吹出，由塔顶排气口排出。

S3：经过蒸汽汽提后的废水在塔体汇集，经过换热器与进塔废水换热后送入后续污水处理单元，配合生物法进行深度脱氮能够实现污水处理后氨氮达标排放。

在本实用新型的上述技术方案中，从汽提塔2顶部排气筒排出的粗氨气可以根据实际应用需要采用以下两种处理方式的一种或两种。

第一种处理方式：

S100：从汽提塔2顶部排气筒排出的粗氨气的一路粗氨气，经过粗氨气精制系统3（浓氨水循环洗涤塔+结晶罐+吸附罐）去除其中的有害杂质，减少水分后送入氨气输送压缩机。氨气经压缩机不断地向氨气缓冲罐（储气罐）内输送氨气，使罐内压力逐渐增大，从而获得所需的压缩氨气。

S200：氨气缓冲罐内的氨气作为锅炉烟气SNCR脱硝的还原剂，经过氨气输送系统送入氨气/热空气静力混合器，空气经由稀释风机送入空气加热器加热后送入静力混合器。

S300：氨气和热空气在静力混合器和管路内充分混合，再将此混合物导入氨气分配总管内，经供应函箱使氨气混合物在喷雾管格子内达到均匀分布，经由喷嘴喷到炉膛第一烟道，喷射配合NOx浓度分布靠雾化喷嘴调整。氨注入分配管上设有压缩空气分配管，当注入格栅喷头发生堵塞时可用压缩空气进行吹扫。

在上述整套系统中，进一步还可以配有氮气吹扫系统9作为辅助保护系统，在氨气进入之前通过氮气吹扫管线对以上设备分别要进行严格的系统严密性检查和氮气吹扫，防止氨气泄漏和系统中残余的空气混合造成危险，同时当设备出现问题时，用氮气吹扫置换出罐内的氨气，通过安全阀排至氨气稀释槽处理。

在上述整套系统中，进一步还在氨气储存系统、供应系统、反应装置以及其他可能发生氨气泄漏的区域周边设有工业水喷淋系统，当氨气检测器检测氨气的泄漏测得大气中氨浓度过高时，启用工业水喷淋系统与泄露氨气反应生成稀氨水排至氨气稀释槽再做后续处理。在最佳的温度（950℃～1050℃）条件下氨气与焚烧炉燃烧产生的烟气中的氮氧化物反应，生成氮气和水，主要反应如下：4NH3 + 4NO + O2→4N2 + 6H2O ，使烟气中的氮氧化物含量控制在排放标准之内。

第二种处理方式：

一路粗氨气经过氨气缓冲罐进入脱氨反应塔，参照SCR烟气脱硝原理在催化剂的作用下高浓度氨氮废水汽提产生的副产物粗氨气与氮氧化物反应生成氮气和水，氮氧化物脱除效率可达90%以上。这样，脱氨反应塔出口不管是氨气和氮氧化物含量都大幅降低，满足大气排放标准，反应塔产生的余热据产生热量的多少用于发电、供暖等，使热量最终能回收利用。

因此，采用高浓度氨氮废水通过汽提法生成的副产物氨气作为烟气中氮氧化物脱硝的还原剂，一方面可以直接利用氨气，解决了系统副产物氨气回收利用中存在的各种难点；另一方面汽提处理高浓度氨氮废水脱氨效果好，废水中氨氮去除率可达90%以上，解决了废水氨氮排放达标困难的问题；同时节省了烟气脱硝另外购置还原剂的费用，使NOx含量控制在排放标准之内，解决了氨气直接排火炬燃烧污染空气的环境问题。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种高浓度氨氮废水与氮氧化物协同治理的系统，其特征在于，包括:

调pH池（1），包括碱液投加装置和加热区蒸汽预热装置，通过调节pH和预热使废水温度升高，促使废水中游离氨的比例增大；

汽提塔（2），包括液体分布器、多层填料和换热器，氨氮废水从塔顶液体分布器进入，加热蒸汽从塔底进风口进入；

粗氨气精制系统（3），用来进行提纯以产生的精氨气；

SNCR脱硝系统，用来进行选择性费催化剂还原。

2.根据权利要求1所述的高浓度氨氮废水与氮氧化物协同治理的系统，其特征在于，所述粗氨气精制系统（3）包括：

浓氨水循环洗涤塔，包括液体分布器、填料、浓氨水循环泵；

结晶罐，罐内具有一定压力和低温条件，氨与硫化氢发生反应生成结晶体以完成脱硫；

吸附罐，罐内布置活性炭填料，用来吸附粗氨水中的有机物杂质。

3.根据权利要求1或2所述的高浓度氨氮废水与氮氧化物协同治理的系统，其特征在于，所述SNCR脱销系统包括：

氨的储存系统（4）包括氨压缩机和氨气缓冲罐，氨气经压缩机向氨气缓冲罐内输送，进入氨气缓冲罐内减压，再通过氨气输送管线送到锅炉侧的脱硝系统；

氨的输送系统（5），用于将氨气缓冲罐中的氨气送至氨气/热空气静力混合器；

稀释空气系统（8），包括稀释风机和稀释空气加热器，喷入反应器烟道的氨气为空气稀释后的含氨气的混合气体；

氨的喷射系统（6），包括静力混合器、供应函箱、喷雾管格子和喷嘴；氨气和热空气在静力混合器和管路内充分混合，再将此混合物导入氨气分配总管内，经供应函箱使氨气混合物在喷雾管格子内达到均匀分布，经由喷嘴喷到炉膛第一烟道；

压缩空气分配系统（7）,设在氨注入格栅分布管上，当注入格栅喷头发生堵塞时进行吹扫。

4.根据权利要求1或2所述的高浓度氨氮废水与氮氧化物协同治理的系统，其特征在于，还包括氮气吹扫系统（9），作为辅助保护系统，在氨气进入之前通过氮气吹扫系统（9）对设备进行严密性检查和氮气吹扫，并在当设备出现问题时通过氮气吹扫系统（9）置换出罐内的氨气。

5.根据权利要求1或2所述的高浓度氨氮废水与氮氧化物协同治理的系统，其特征在于，还包括工业水喷淋系统，设置于可能发生氨气泄漏的区域周边，当氨气检测器检测氨气的泄漏测得大气中氨浓度过高时，启用工业水喷淋系统与泄露氨气反应生成稀氨水排至氨气稀释槽再做后续处理。