700 MW燃煤电厂含氨氮废水处理技术应用分析

邵 华

(广东省能源集团有限公司珠海发电厂，广东 珠海 519050)

0 引 言

某700 MW燃煤电厂废水排放面临的主要环保风险是氨氮超标。凝结水精处理系统再生时，将产生含氨氮浓度较高的废水，这部分废水直接排放或者与其他工业废水混合稀释后排放，都易导致外排废水中氨氮浓度超过排放标准15 mg/L。为彻底杜绝环保隐患，该厂进行了含氨氮废水的处理研究[1]，以实现氨氮达标排放、废水综合利用的目标。

1 项目概况

某电厂2台700 MW火力发电机组，分别于2000年4月和2001年2月投入商业运行。该厂凝结水精处理系统的高速混床采用除盐水稀释的高纯盐酸、氢氧化钠进行再生。阳树脂再生废水中含有大量的Cl-、NH4+，少量的硬度离子及铁的腐蚀产物；阴树脂再生废水中含有大量的Na+及少量的硬度离子；二者混合后成为主要含氯化钠和氨氮的再生废水，再生废水量约为2 000 m3/月。

1.1 原精处理再生废水处理工艺

电厂精处理再生废水原设计采用中和法进行处理，如图1所示。精处理再生废水首先收集在中和池内，用喷射器加入酸或碱，并通过鼓风充分混和。当pH值调整到6～9后，排至大海。该工艺仅解决了废水酸碱度的问题，未考虑存在氨氮超标的风险。

图1 精处理再生废水原设计处理工艺

1.2 精处理再生废水和电厂渣水水质

1.2.1精处理再生废水水质

精处理再生废水水质见表1、表2。

表1 中和池精处理再生废水水质

表2 中和池精处理再生废水水质连续监测情况

由表1、表2可以看出，精处理再生废水中Ca2+、Mg2+等离子含量较低，电导率、Cl-含量和氨氮含量波动较大。电导率在2 660～22 800 μS/cm范围内；Cl-含量在940～5 100 mg/L范围内；氨氮含量波动范围为2.4～510 mg/L，波动幅度极大。

据统计，电厂锅炉系统全年因炉水加氨处理，需消耗25%的浓氨水约40 t。不考虑氨逃逸损失，这些氨最终进入精处理再生高盐废水中，全年水量约为24 000 t(每月约2 000 t)，因而算出该废水氨氮含量平均为312 mg/L。运行试验表明，氨在凝汽器和除氧器中的损失率约为20%～30%。据此，推算出电厂精处理废水氨氮含量平均约为230～ 250 mg/L。

1.2.2 电厂渣水水质

分别取1号、2号捞渣机溢流池中的渣水进行监测，渣水水质指标见表3。

表3 电厂1号、2号捞渣机溢流池中的渣水水质指标

从表3知，电厂渣水水质较为稳定，电导率在3 530～4 650 μS/cm范围内，氨氮含量变化较小为3.65～6.05 mg/L，COD 含量仅为4.4～10.2 mg/L。

2 含氨氮再生废水处理方案对比选择

2.1 脱气膜技术

脱气膜技术是一种利用微孔疏水性膜将气、液两相分隔开来，并为气、液两相间的传质提供接触面积的新型高效膜分离技术，可用于水溶液中挥发性、反应性溶质如 NH3、CO2、SO2等的脱除[2]。

2.2 电解制氯技术

由于电厂精处理再生废水具有结垢离子极少，氯化钠含量高的特点，因此，可以采用电解原理去除氨氮。一方面，在电极表面直接进行氨氮氧化降解过程；另一方面，电解过程中，水中的氯离子会在阳极发生反应，生成氧化性很强的活性氯(C12，HClO，ClO-等)，活性氯再与氨氮反应，去除废水中的氨氮。因此，可通过电化学作用去除全部氨氮，同时可充分利用其中的Cl-资源来制取品质合格的次氯酸钠[3]。

2.3 渣水吹脱综合利用方案

吸附法是去除废水中氨氮的一种常见方法，具有工艺简单、效果稳定、操作方便、成本较低的特点。目前常用的吸附剂有活性氧化铝、废石、活性炭和炉渣等。炉渣是燃煤锅炉煤炭燃烧后的融熔产物，含有二氧化硅和大量镁、钙、铝、铁等的碱性氧化物以及吸附能力较强的残炭，其化学组成见表4；同时，炉渣还具有结构疏松，表面及内部孔隙极多等特点，因而可用作吸附剂来吸附废水中的氨氮、COD等污染物。由于炉渣是燃煤电厂生产过程中产量很大的副产物，十分廉价易得，用它来吸附废水中的氨氮后综合利用，无二次污染产生，可以达到“以废治废”的效果[4-5]。

表4 炉渣化学成分

研究表明，影响炉渣吸附氨氮效果的主要因素有炉渣化学组分、炉渣量、废水 pH、温度和吸附时间等。炉渣化学组分中，SiO2及Al2O3等活性物含量越高，越有利于氨氮的吸附；炉渣量越多，提供的吸附活性点位越多，吸附氨氮越多。

2.4 工艺方案比较

对脱气膜技术、电解制氯技术、渣水吹脱综合利用3种处理工艺进行比较，比较结果见表5。

表5精处理含氨氮废水处理方案比较

从表5对比结果可知，渣水吹脱综合利用方案工程改造量小，操作简单，投资和运行成本最低。因此，选定此工艺方案。

3 渣水吹脱综合利用

3.1 渣水吹脱可行性试验验证

按渣水吹脱综合利用方案，进行精处理再生含氨氮废水灰渣吸附和氨氮吹脱试验验证。

3.1.1 灰渣吸附试验

将电厂多次精处理再生废水水样混匀，得到混合后的水样总计10 L。测得混合水样pH为12.06，氨氮含量为197 mg/L。取上述水样各1 L分别置于3个烧杯中，均调节pH 至9.5，随后依次加入从电厂取来的湿渣[1]20 g、50 g 和 100 g；水浴加热保持温度 45 ℃，吸附时间为3 h。试验结束后，所得试验结果见表6。

从表6可以看出，灰渣对氨氮有一定的吸附去除效果，氨氮去除率约为25%～30%。但是在该试验条件下，氨氮去除率随着灰渣量的加大几乎没有上升。

表6 精处理含氨氮废水灰渣吸附试验结果

3.1.2 氨氮吹脱试验

氨氮吹脱试验装置由曝气鼓风机、可调节流量的转子流量计、恒温水浴锅、容积为2 L 的烧杯及圆盘曝气头等主要设备组成。试验时，取 2 L混合水样置于烧杯中，通过水浴加热控制温度为 45 ℃，曝气流量控制为 30 L/min；吹脱过程中每隔 15 min 取样一次分析测定氨氮。试验结果如图2所示。

从图2可以看出，随着吹脱时间的增加，氨氮含量逐步下降。吹脱时间为30 min，此时气液比为450，废水氨氮含量降至 92 mg/L，氨氮去除率为53.5%；至吹脱时间90 min 时，氨氮含量降至30 mg/L；吹脱 2.5 h 后，废水氨氮含量降至 11.4 mg/L，满足排放标准15 mg/L。上述灰渣吸附和氨氮吹脱试验结果表明，精处理再生废水渣水吹脱综合利用方案成熟可行，可实现废水氨氮达标排放。

3.2 含氨氮再生废水渣水吹脱综合利用工艺

3.2.1 渣水吹脱综合利用工艺流程

精处理再生废水渣水吹脱综合利用工艺流程如图3所示。

图3 精处理再生废水渣水吹脱综合利用工艺流程

精处理再生废水直接用泵输送至新建的均质调节池，进行水质、水量调节，减小废水pH 和氨氮含量波动(据监测，废水pH 通常可达11.5 以上)。调节池容积为400 m3(两座)，废水平均停留时间可达14天。调节池出水进入氨氮吹脱塔中进行吹脱，使其氨氮含量降至100 mg/L 以下。经过吹脱的含氨氮废水被泵至捞渣机补水处，再与除灰水箱的来水混合，在渣水系统的内部循环。在冲渣过程中，废水中的一部分氨氮被灰渣吸附，另一部分被渣水带走，收集至1号、2号普通废水池和1号酸碱废水池，经工业废水系统处理后进入工业废水清水池，大部分仍回用至渣水系统。其余一部分回用至脱硫和煤场冲洗系统，剩余的废水作为末端废水，与脱硫废水一起排入2号酸碱废水池。由于脱硫废水氨氮含量极低，经混合后可确保氨氮达标排放。在2号酸碱废水池出口安装氨氮在线监测仪，实时监测外排废水中氨氮浓度。经吹脱塔吹脱的含氨废气采用吸收塔吸收，并选择质量分数15%的稀磷酸作为吸收液；经吸收后的尾气安全排放。吸收液吸收氨气形成的铵盐可作为肥料用于厂区绿化。

3.2.2 氨氮废水循环吹脱工艺流程

氨氮废水循环吹脱工艺流程如图4。

图4 氨氮废水循环吹脱工艺流程图

由图4可以看出，空气的循环同废水的传输过程是相反的。风机和吸附塔循环泵启动后，均质调节池中的含氨氮废水输送至2号吹脱塔内，含氨氮废水首先经过吹脱塔内的喷头，在喷头的扩散喷洒作用下喷洒到2号吹脱塔内，再经过塔内填料的分流扩散作用，极大地扩大了流动的空气和废水之间的接触面积，使得含氨氮废水内的大部分铵离子变为氨气，在2号吹脱塔内被吹离出废水。吹离了大部分铵离子的废水，在2号吹脱塔塔底汇集，达到一定液位高度后，通过2号塔输送泵输送至1号吹脱塔。废水在1号吹脱塔内经过同2号吹脱塔相似的处理，使得废水内绝大部分的铵离子已经变为氨气从废水中吹离。

3.2.3 渣水吹脱综合利用的主要系统

渣水吹脱综合利用主要包括如下系统。

1)均质调节系统：均质调节池400 m3，两座，可容纳14天的再生废水量，待水质均匀后通过废水泵输送至吹脱塔。

2)加药系统：为保证系统的处理效果，提高氨氮的脱除效率，需要调节废水pH至11.5以上。本系统用隔膜计量泵把碱液加入混合器中，能够做到精准加药。

3)吹脱系统：采用两级吹脱工艺，吹脱塔内部填充聚丙烯拉西环填料，每级吹脱效率可达80%以上，两级综合吹脱效率可达95%以上。根据现场实测数据，入口氨氮为302 mg/L，出口氨氮为0.6 mg/L，去除效率超过99%。

4)吸附系统：采用磷酸作为吸附剂，吹脱塔内吹离的氨气在吸附塔内最终生成磷酸铵，用于厂区内绿化灌溉。

3.2.4 渣水吹脱综合利用工艺优点

1)去除率高，在理想条件下，效率可以达到99%，日常可保持在90%以上。根据2019年2月26日现场实测数据，入口氨氮为302 mg/L，出口氨氮为0.6 mg/L，去除效率达99.8%。

2)封闭循环系统，空气在两级吹脱塔和吸收塔内形成循环，有效地避免了氨气外排造成的异味和污染等。

3)处理后的废水回收作为冲灰渣水，节约水资源。

4)氨气通过磷酸吸收后生成铵盐，与生活废水混合后可用于园林绿化灌溉。

5)由于设备运转和化学反应会引起温度升高，采用循环方式具有一定节能效果。

4 结 语

含氨氮废水经渣水吹脱工艺处理后，出水回收用于冲灰渣，可节约生水用量约24 000 t/年，节省费用1.44万元。系统产生的铵盐可用于厂内园林绿化灌溉，每年产生铵盐约40 t，节约氨肥成本 8万元。系统的投运可有效避免废水外排带来的环保风险，避免氨气逃逸对环境造成的异味和二次污染。 此次改造可降低电厂的环保压力、改善当地的水环境质量，环保效益显著。