汽提脱氨技术在高氨氮废水处理中的应用

杨守联

（上海勤世环保科技有限公司，上海 200000）

垃圾焚烧火力发电厂中的垃圾渗滤液[1]是生活垃圾、残渣等在一起厌氧发酵后产生废水，是一种成分复杂的高氨氮浓度的有机废水。目前，国内垃圾渗滤液的处理仍以生化处理为主，需加入大量碳源，极其依赖人工检测，需不断测定数据进行人工调整参数，致使运行及人工成本极高，且随着各类物质的加入，使渗沥液中盐浓度大大增加，存在污泥量大，钙镁离子含量高，后续膜处理产水率不高，且清洗频繁等问题。而汽提脱氨技术是一个针对垃圾渗滤液选择性分离的高效环保技术，是针对垃圾焚烧行业高氨氮垃圾渗滤液处理系统的特定处理工艺技术。该技术利用厂区余热，采用汽提脱氨技术，将废水中的氨氮脱除并回收作为氨水用于焚烧线回喷，脱氨处理后达到削减生物处理系统的氮负荷，同时回收氨水实现废物再资源化的目的。与国内传统的生物脱氮法[2]、折点加氯法[3]、吹脱法[4]、化学沉淀法[5]、吸附法[6]相比，汽提脱氨法具备运行成本低，无二次污染，降低碳源成本，回收效率高、氨氮去除彻底等优点。目前该技术处于行业领先地位，具有技术先进性以及前瞻性。

1 项目概况

上海某集团旗下生活垃圾焚烧厂渗滤液脱氮处理项目位于绍兴某生活垃圾焚烧火力发电厂，处理量达到300 m3/d。该厂运用生化法工艺处理垃圾渗滤液，由于该厂生化系统年代过长，导致生化系统碳氮比失衡，运行成本急剧增高，同时该厂残留的填埋废水极难处理。针对这个问题，提出利用汽提脱氨技术处理垃圾渗滤液中高氨氮的问题的观点。利用现有厂区余热对高氨氮废水进行脱氨处理，改善垃圾渗滤液水质，并降低能耗，达到节能环保的目的。

2 工艺原理

2.1 原水水质

设计汽提脱氨装置进水为该厂调节池出水以及填埋水，经过多次持续的水质分析后得知该厂水质参数。见表1。

表1 某垃圾渗滤液站水质参数

由表1可见，该厂COD、BOD很高且不稳定，同时氨氮浓度最高达到2 300 mg/L；提高了氨氮脱离的难度。氯离子（CL-）浓度为4 000～4 500 mg/L，对金属材质的腐蚀性增加，对工艺材质的选择造成了不小的影响。SS、总硬度及总碱度等参数过高，造成设备的结垢，对工艺的运行增加了难度。针对该厂的水质参数，将汽提脱氨工艺进行优化及提高。

2.2 汽提脱氨工艺原理

该厂调节池出水作为汽提脱氨装置的进水即含氨废水，废水中的氨氮多以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在，其平衡关系如式（1）所示：

这个关系受pH值的影响，当pH值高时，平衡向左移动，游离氨的比例增大。常温时，当pH值为7左右时，氨氮大多数以铵离子（NH4+）状态存在，而pH为11左右时，游离氨大致占98%，具体见表2。

表2 不同pH、温度下氨氮的离解率

利用氨在碱性和高温条件下，在水中的溶解度变小的原理，调节含氨废水的pH值，通过汽提脱氨技术的高效分离作业实现氨从废水中脱除，涉及主要化学反应方程式如下：

2.3 工艺流程介绍

如图1所示，含氨废水自调节池打入废水调节罐，利用废水提升泵送入进水换热罐。为了提高效率降低能耗，利用脱氨后高温水与原水进行换热，换热后的原水送入汽提脱氨塔进行脱氨，同时利用厂区余热对汽提脱氨塔进行升温，使得余热蒸汽与含氨原水进行对流，并利用液碱调节汽提脱氨塔的pH值，在一定的碱度与温度的条件下，氨氮以气相形态被送入冷凝吸收装置，在冷凝回收装置中持续喷入去离子水，利用去离子水把氨气回收变成液态，并与浓氨水冷却器反复循环提浓，直至达到浓度要求，送入氨水储罐进行保存。脱氨后的废水进行冷却降温，达到温度要求后送入后续工艺处理。在工艺运行过程中的不凝气体经过有组织收集，脱氨洗涤后达标排放。

图1 汽提脱氨装置工艺流程

3 工况、设备要求分析

3.1 工况

汽提脱氨塔采用常压及微正压操作，塔顶操作温度控制在92～98℃之间，塔底温度在103～115℃，利用厂区余热蒸汽对含氨废水进行脱氨。汽提脱氨塔内pH值控制在11左右，回收的氨水浓度5%～15%，脱氨后的废水温度≤40℃，脱氨后的废水氨氮浓度≤300 mg/L（已满足企业排放要求）。

3.2 设备要求

垃圾渗滤液废水中的悬浮物、硬度高，在汽提脱氨过程中，钙、镁离子会和解析出的二氧化碳反应生成碳酸钙、镁，很容易在塔板或塔内填料上滞留，形成堵塔现象，影响汽提脱氨塔的正常运行。因此所用设备要解决这些问题。

3.2.1 汽提脱氨塔

根据垃圾渗滤液水质参数特性（见表1），优化提升汽提脱氨塔的材质与防堵特性，在于含氨废水接触面采用2205双向不锈钢材质，减缓氯离子的腐蚀（CL-）；同时设计防堵型的塔板，保证在3%含泥率的脱氨废水进塔的情况下可以稳定运行，并在汽提脱氨塔内多层塔板均设置自清洗刮板与自清洗装置，可实现不停机清洗。

3.2.2 换热器

换热器是汽提脱氨的关键设备，一般管式、板式都不能适应高悬浮物、高钙镁条件下的废水换热（易结垢堵塞）。设计采用流体间接式换热器，利用自来水或者工业用水为过渡循环传热介质，通过分道式热交换罐，不断将原水和脱氨出水进行换热，保证原水在换热板内不堵塞，换热板安装在换热搅拌罐内，换热罐可在线清洗，也可拆卸清洗，解决堵塞结垢问题。

4 设备安装与调试

汽提脱氨系统装置涉及汽提脱氨塔、氨气回收塔、进水调节罐、脱氨前液罐、脱氨后液罐、进水换热罐、出水换热罐、换热循环罐、出水冷却罐、清洗罐、氨水储罐、冷却塔等主体设备。水泵包括提升泵、计量泵、循环泵等。仪表包括压力变送器、温度变送器、流量计、液位计、蒸汽调节阀、进出水调节阀、pH计、电磁阀、气动阀等。剩余涉及管道制作安装、液碱加药系统、电气设计等。整套系统的安装使用工具包含不限于氩弧焊机、交流弧焊机、吊装、切割机、角向磨光机、活动扳手、水平尺等。

调试流程分为初次开车与正常开车。初次开车前做好准备工作，检查电气阀门、仪表、用电、蒸汽就位、进出水管路、冷却循环管路、清洗管路、去离子水吸收氨气管路等。

初次开车时先开启清洗泵将清洗水送入出水换热罐，自流进入出水冷却罐及脱氨后液罐。当脱氨后液罐液位显示到一定值时，关闭清洗泵；向冷却塔托水盘内注水至可使用液位，并依次开启冷却塔、冷却水循环泵，检查各冷却水用水点是否正常上水、回水；向换热中间罐内注水至一定值，并开启换热循环泵。氨气回收塔内注入去离子水至一定值时开启浓氨水循环泵。在进原水之前，将脱氨后液罐里的清洗水打入汽提脱氨塔进行预热，当塔中温度达到95℃时可进原水，同时关闭清洗水进塔管路阀门。根据原水氨氮浓度，调整进汽提脱氨塔流量，并调整蒸汽阀门开度，根据pH值调整液碱加药量。此时初次开车算完成。

正常开车时，先对汽提脱氨塔进行预热，预热用水采用脱氨后液水，并打开蒸汽阀门，调整阀门开度，此时塔内废水与蒸汽逆向接触，对系统进行预热。当塔顶温度达到90℃，氨水回流正常进行。预热结束后，关闭脱氨后液进塔阀门并开始送入原水，根据设定氨水回收浓度，逐渐提升原水流量并设置自控状态，蒸汽阀门开度与塔中温度连锁，自动调节开度。系统运行温度后设置系统自控状态，同时清洗系统单独设定。此时汽提脱氨塔自控状态设置完成。当汽提脱氨塔析出氨气后进入氨气回收塔，通过与去离子水逆向接触对氨气进行吸收变成氨水，此时开启冷循环系统，进行降温。利用氨气回收塔密度计控制去离子水多次循环吸收直至达到设定浓度后送入氨水储罐，至此氨水吸收完成。

5 运行效果

5.1 装置处理能力

该项目设计处理量为300 m3/d，根据现场所产生的垃圾渗滤液产量浮动区间在70%～110%之间，工作时间为24 h/d，每小时处理量达到12.5 m3。系统运行稳定，自动化程度可满足运行操作需求。同时氨水产量符合垃圾焚烧使用条件，资源化回收利用，降低垃圾焚烧厂运行成本，并解决垃圾渗滤液实际问题。

5.2 氨氮去除率

根据垃圾焚烧厂渗滤液处理参数，当氨氮浓度≤300 mg/L时即可满足排入后续处理要求。所以针对该行业特性，对氨氮去除要求可以轻松满足。同时氨水回收浓度在15%～20%之间。已回收氨水打入垃圾焚烧车间进行回喷脱硝[7]工艺使用。

6 结束语

本文基于如何解决垃圾渗滤液高浓度氨氮问题，就优化处理工艺展开分析，最终经过汽提脱氨技术技术与企业实际项目结合的应用，证明汽提脱氨技术处理高氨氮浓度的垃圾渗滤液方案的有效性以及最终结果的达标，基于此证明了汽提脱氨技术的优势，可降低碳源成本，无二次污染，节能降耗并资源化回收利用。综上所述，本文提出的处理高氨氮浓度的垃圾渗滤液的优化技术取得了有效且解决实际问题的成果，对该行业具有积极的影响，带来良好的社会收益和经济效益。