改良电渗析法和集成膜法在硝酸铵废水回收中的应用

王　方，王明亚，王明太

(1.清华大学热能工程系　北京　100084； 2.苏州华清水处理技术有限公司　江苏常熟　215500)



改良电渗析法和集成膜法在硝酸铵废水回收中的应用

王方1，2，王明亚2，王明太2

(1.清华大学热能工程系北京100084； 2.苏州华清水处理技术有限公司江苏常熟215500)

分析了电渗析法处理硝酸铵废水存在的问题，介绍了常规电渗析浓缩分离与特种电去离子深度处理相结合的改良型电渗析法以及集成膜技术在硝酸铵废水处理中的应用。对于现有采用电渗析法处理硝酸铵废水的企业，建议增设电去离子深度处理装置；对于新建企业，建议采用先进的集成膜技术对硝酸铵废水进行处理。

硝酸铵废水电渗析法改良电渗析法集成膜法

硝酸铵废水回收技术改变了原有硝酸铵废水兑水冲稀的处理方式，取得了良好的环保效益和经济效益。在《硝酸工业污染物排放标准》(GB 26131—2010)中规定了新建企业水污染物排放限值(氨氮质量浓度≤10 mg/L，总氮质量浓度≤30 mg/L)，同时对特定地区制定了更严格的水污染物排放限值。苏州华清水处理技术有限公司(以下简称苏州华清公司)回收硝酸铵废水项目起步于2008年，在进行了为期3年的中试研究后，2011年开始进行此类工程的开发，为获得第一手资料，在国内进行了调研考察。

1　电渗析法处理硝酸铵废水工程的调研考察

2011年至2014年，先后对陕西兴化、贵州开磷、川化、山东联合化工、内蒙古乌拉山、河南晋开、山西丰喜、河南永昌、广西柳化、内蒙古伊东九鼎、安徽淮化、山西平朔、神华乌海、甘肃刘化、重庆富源、湖北凯龙等公司的电渗析法处理硝酸铵废水装置进行了调研考察，内容包括装置运行是否可靠稳定、处理后淡水中氨氮含量是否达到国家标准规定的要求、用户对电渗析法处理硝酸铵废水装置的意见等。考察结果表明：电渗析法处理硝酸铵废水装置运行可靠稳定；在额定负荷下，除山东联合化工的电渗析装置处理后的淡水中氨氮质量浓度能达到≤10 mg/L外，其余各企业处理后的淡水中氨氮质量浓度大都在15 mg/L左右，最差的淡水电导率可达691 μS/cm(相当于氨氮质量浓度170 mg/L左右)。

通过调研考察，电渗析法处理硝酸铵废水装置存在的问题：①电渗析器前段膜片运行几个月就发生堵塞，需频繁更换；②存在电渗析器向外漏水和膜片间相互串水的现象；③电渗析器的脱盐率较低，仅70%左右；④处理后的淡水中氨氮质量浓度难以达到≤10 mg/L。

2　回收硝酸铵废水用的改良型电渗析法[1-2]

根据开发电去离子净水技术的经验，针对上述电渗析法处理硝酸铵废水存在的问题，提出对电渗析法处理后得到的淡水再进行深度处理。此种将常规电渗析浓缩分离与特种电去离子深度处理相结合的处理硝酸铵废水的方法，称为改良型电渗析法。

2011年9月，苏州华清公司与河南永昌硝基肥有限公司合作，在原电渗析处理硝酸铵废水装置之后增设1套10 m3/h电去离子深度处理装置。电去离子深度处理装置由4个特制的电去离子膜堆和1套人机界面控制系统构成，具有很好的自动控制能力，可无人值守。运行记录表明：电去离子深度处理装置在额定负荷10 m3/h、进水电导率≤60 μS/cm(相当于氨氮质量浓度15 mg/L)的条件下，可使出水中氨氮质量浓度≤1 mg/L，甚至电导率达1 μS/cm；即使进水中硝酸铵含量过高，但经过电渗析和电去离子装置处理后，也未出现膜堆终端出水氨氮质量浓度超过10 mg/L的情况。

该硝酸铵废水深度处理系统有如下特点：①出水水质好；②模块化结构，方便调节处理水量；③占地面积小，便于安装维护；④操作简单、自动化程度好，可无人值守；⑤耗电少，经济效益好；⑥节约用水，对环境友好，社会效益好。同时，对电渗析装置而言，由于降低了低含盐段处理的负荷，提高了其工作效率，有助于延长电渗析装置的使用寿命。因此，建议采用电渗析处理硝酸铵废水的企业增建1套电去离子深度处理装置，通过调节电去离子膜堆数量，使终端出水达到国家标准规定的要求，也能达到当地环保部门提出的更高的排放要求。

3　回收硝酸铵废水用的集成膜法

当今膜技术已取得长足进步，不但种类繁多，而且各有特色，采用多种膜技术集成将比使用单一膜更有成效。笔者建议采用集成膜工艺[3]处理硝酸铵废水以代替现有的电驱动电渗析工艺，可克服原电渗析工艺浓缩效果不佳、过滤精度不高、操作复杂以及处理后淡水中硝酸铵含量高等不足。用集成膜技术处理硝酸铵废水的装置设置在该废水原液经酸碱中和调pH工艺和冷却工艺处理后，其工艺流程如图1所示，其中高、低压反渗透工艺已完成中试试验。

集成膜工艺效果：①集成膜技术采用电去离子膜工艺可使处理后的硝酸铵废水含氨氮质量浓度≤1 mg/L，接近纯水的质量水平，可全部回用，节约了水资源，实现真正意义上的零排放，硝酸铵废水不再排放污染环境，环保效益好。②本集成膜技术的工艺过程均在常温下进行，无相变，因此与产生相变的蒸馏浓缩法相比，大幅降低了能耗;与采用电渗析技术相比，采用反渗透膜工艺处理硝酸铵废水能耗有所降低，以海水淡化为例，采用反渗透膜工艺的能耗仅为采用电渗析工艺的10%。③用电渗析法或离子交换法处理硝酸铵废水的吨水运行费用约为4.5元，预计采用本集成膜法处理硝酸铵废水的全部水处理装置的运行费用可节省20%左右。④操作简单，改善了生产环境，实现清洁文明生产。

图1　处理硝酸铵废水用集成膜技术工艺流程

4　结语

实际运行数据表明，在额定负荷下，采用电驱动膜电渗析处理硝酸铵废水，得到的淡水难以达到国标排放标准要求。随着国家对硝酸铵生产企业环保要求的提高，建议现有采用电渗析法处理硝酸铵废水的企业增设电去离子深度处理装置，使改良型电渗析法处理后的淡水中含氨氮质量浓度≤10 mg/L；对于新建企业，建议采用先进的集成膜技术对硝酸铵废水进行处理。

[1]王方，王明亚，王明太.硝酸铵废水深度处理技术[J].工业用水与废水，2012(1)：46-49.

[2]王方，王明亚，马福江，等.电去离子技术深度处理硝酸铵废水工程实例[J].工业用水与废水，2013(6)：74-76.

[3]苏州华清水处理技术有限公司.一种用集成膜技术处理硝酸铵废水的方法：104291501A[P].2015-01-21.

Use of Improved Electrodialysis Process and Integrated Membrane Process in Ammonium Nitrate Wastewater Recovery

WANG Fang1,2, WANG Mingya2, WANG Mingtai2

(1.Department of Thermal Engineering, Tsinghua UniversityBeijing100084；2.Suzhou Huaqing Water Treatment Technology Co., Ltd.Jiangsu Changshu215500)

The problems in treatment of ammonium nitrate wastewater with electrodialysis process are analyzed, the use of improved electrodialysis process, which is the combination of conventional electrodialysis concentration and separation and special electrodeionisation advanced treatment, and integrated membrane technology in treatment of ammonium nitrate wastewater are presented. For the existing plants treating ammonium nitrate wastewater with electrodialysis process, adding electrodeionisation advanced treatment equipment is suggested; for the new build plants, it is proposed that the advanced integrated membrane process should be used in treatment of ammonium nitrate wastewater.

ammonium nitrate wastewaterelectrodialysis processimproved electrodialysis processintegrated membrane process

王方(1938—)男，教授，研究方向为工业水处理的研究和开发；wangfang@mail.tsinghua.edu.cn。

X703.1

A

1006-7779(2016)03-0044-03

2014-09-16)