MAP沉淀法在烧结脱硫脱硝制酸废水处理中的应用

2022-11-08王东李金锴刘华利寇彦德马昕

冶金动力 2022年5期

王东，李金锴，刘华利，寇彦德，马昕

（1.北京首钢国际工程技术有限公司；2.北京市冶金三维仿真设计工程技术研究中心，北京 100043）

前言

为实现钢铁工业大气污染物超低排放的目标，国内钢铁企业烧结、球团烟气脱硫脱硝大多采用活性炭工艺，活性炭工艺具有脱硫、脱硝、脱二噁英效率高，吸收烟气中的SO2制取浓硫酸，系统稳定性强，副产物可综合利用等特点［1］。

在采用活性炭脱硫脱硝净化烧结烟气的过程中，SO2、NOX、Cl-、重金属离子以及为脱硝而喷入的过量氨等多种污染物被活性炭吸附。吸附饱和的活性炭进入解析塔进行高温解析，SO2、HCl、氨等以气态的形式释放，富含SO2的解析废气送至制酸工段制取硫酸，为了保证硫酸纯度，制酸前用稀硫酸对废气进行洗涤净化，废气中的NH3、HCl、重金属离子、粉尘悬浮物以及部分SO2转移进入稀酸中，净化工段排出的含酸废水即为脱硫脱硝工艺需处理的废水［2］。

1 MAP沉淀法的基本原理

磷酸镁铵（简称MAP，俗称鸟粪石）化学沉淀法的原理是向氨氮废水中投加PO43-（或HPO42-）和Mg2+，使其与废水中的NH4+发生反应，生成难溶盐MgNH4PO4·6H2O（MAP），从而出去废水中的氨氮［3］。涉及到的化学反应方程式为：

当pH=9，Mg2+，NH4+-N，PO43--P 的摩尔比为1∶1∶1 时，既能有效去除废水中的氨氮，又可以避免出水水质中的磷含量过高。

2 脱硫脱硝制酸废水来源及水质分析

某钢铁厂于2018年在烧结厂和球团厂投产了2套活性炭脱硫和氨法脱硝环保设施。烧结、球团脱硫脱硝工艺每天分别产生废水量为25 m3/d 和15 m3/d。现废水用碳酸钠调节pH 到8左右，送至烧结拌料回用。由于氨在高温下溢出，造成现场环境恶劣，气味大。

设计进水水质见表1。

表1 脱硫脱硝废水进水水质表

烧结脱硫脱硝废水具有水量小、水质复杂且变化大等特点，故处理难度较大。具体特点如下：

（1）氨氮浓度高，且不能采用生物法脱氮（含盐量太高，微生物无法生存）。

（2）硫酸根浓度高，脱氨调节pH 过程中会产生大量硫酸钙沉淀，影响管路系统的稳定运行。

（3）含盐量高、氯离子浓度高，对管道和设备的腐蚀性强。

3 工艺流程

结合废水水质，通过综合分析比较，确定采用MAP 化学沉淀法除去废水中氨氮，氟化钙沉淀法去除废水中氟离子，同时降低悬浮物，以解决现场工作环境问题，保证现场工作人员的职业卫生健康。其主要工艺流程见图1。

图1 工艺流程图

废水用罐车送至新建废水处理车间后，进入废水缓冲池调节水质水量，经废水提升泵提升进入MAP 脱氮三联箱，在三联箱第一格，加入氢氧化钠溶液调节pH 至9～11，同时加入磷酸三钠固体药剂；在三联箱第二格，加入氯化镁固体药剂，与氨根反应生成鸟粪石沉淀。最后，废水进入第三格进行混凝反应，再由废水一级输送泵送入废水一级沉淀箱内进行沉淀，底部污泥重力排泥至污泥缓冲罐内。

废水一级沉淀箱的上清液自流进入氯化钙除氟二联箱，在反应器第一格，加入氢氧化钠调节pH，同时加入氯化钙溶液去除氟离子。废水进入第二格进行混凝反应后，再由废水二级输送泵送入二级沉淀器内，底层污泥重力排泥送入污泥缓冲罐，上清液自流至成品水池，在成品水池内加入盐酸回调pH值至中性后在厂区内进行回用处理。

污泥缓冲罐内污泥由污泥输送泵送入串螺污泥脱水机内进行脱水，脱水后污泥含水率80%左右，污泥外输进行无害化处置。

4 主要设备配置

MAP 脱氮三联箱：包括箱体、固体加药装置、液体加药装置、隔板、搅拌装置以及配套电气设备等，见图2。隔板共3处，将箱体分为2个反应区、1个絮凝区、1个集水区；2个反应区设固体加药装置，分别将磷酸钠和氯化镁固体加入反应区，并与NH4-N 发生反应，生成鸟粪石沉淀。2个反应区和1个絮凝区均设有搅拌装置，以便更好的发生化学沉淀反应和絮凝反应。集水区与产水提升泵连接，将脱除氨氮后的废水由提升泵提升进入污泥沉淀器。

图2 MAP脱氮三联箱配置图

氯化钙除氟二联箱：包括箱体、液体加药装置、隔板、搅拌装置以及配套电气设备等，见图3。隔板共2 处，将箱体分为1 个反应区、1 个絮凝区、1 个集水区；1 个反应区设氯化钙加药装置，与氟离子发生反应，生成氟化钙沉淀。反应区和絮凝区均设有搅拌装置，以便更好的发生化学沉淀反应和絮凝反应。集水区与产水提升泵连接，将除氟后的废水由提升泵提升进入污泥沉淀器。