高氨氮废水处理工艺

高氨氮废水处理工艺

随着国民经济及科技的发展，我国化学制造业、石油加工业以及半导体等行业规模得到快速发展，与此同时，氨氮废水的排放量也日益增加。氨氮为影响地表水环境质量的首要指标之一，大量氨氮废水排入水体，能够引起水体富营养化、导致水生动物死亡，不仅污染环境还会对人体产生毒害作用。因此，氨氮废水处理，尤其是高氨氮废水的处理在国内外都受到极大的关注。目前，对于氨氮废水处理主要有化学沉淀法、吹脱法、折点氯化法、离子交换法、生物处理法等技术。其中，吹脱法多用于处理中高浓度的氨氮废水，吹脱出的氨可有效回收利用，并且设备操作简单、处理效果稳定、运行费用低，在国内外得到广泛应用。

一、废水来源与水质水量

上海某集成电路研发中心，聚焦集成电路主流技术路线，致力于解决重大共性技术的研发及服务支撑问题，并为自主可控产业链建设提供公共的装备和材料验证平台。在企业研发试验过成中，产生一股高氨氮废水，废水量为6m3/d，具有高氨氮、高F-及高H2O2浓度等特点。设计进水水质及排放要求见表1。

二、工艺流程设计

2.1工艺选择项目为该废水的预处理，主要去除废水内含有的氨氮，经取样分析，废水内氨氮主要以铵离子(NH+4)的形态存在，对于该类废水，常采用氨氮吹脱的处理工艺。然而，传统吹脱法具有能耗较高、容易造成二次污染、氨去除率低等缺点。为了解决以上问题，根据废水水质及相关工程经验，采用“二级吹脱+硫酸吸附冶处理工艺，工艺流程见图1。

2.2工艺原理

吹脱法的基本原理是气液相平衡和传质速度理论，是以废水中氨气浓度与空气中物质的

浓度差为推动力的一个传质过程。当pH为中性时，NH3-N主要以铵离子(NH+4)形式存在，并在水中保持平衡，当pH值为碱性，NH3-N主要以游离氨(NH3)状态存在。吹脱法即是将气体通入含氨氮的碱性废水中，在气液相互接触过程中，使水中溶解的游离氨从液相扩散转移至气相并随着气体流动被带走，从而达到去除氨氮的目的。

相关研究表明，吹脱塔的吹脱效率与废水温度、pH、气液比有密切关系。随着pH、温度及气液比的增大，对氨氮的吹脱效率和吸收效率呈增长趋势，一般来说pH值要提高到10.8~11.5，水温不低50℃，水力负荷为2.5~5m3/m2h，气水比为2500~5000范围，吹脱除氨效率可达90%以上。

2.3工艺流程说明

鉴于企业生产废水属于间歇性排放且水量较小，因此采用先收集再集中处理的方式，系统设计规模1m3/h，每天运行6h。

废水由车间输送管道排入原水箱，由提升泵将废水打入pH调整槽，向其中投加NaOH，调节废水pH在10.5~11.5范围，之后进入中间水箱，再由提升泵将废水打入换热器，通过同热水热量交换，将废水温度提升至55℃后进入吹脱塔。

为了提高氨氮的去除效率，采用二级吸附塔串联的设计，同时在塔内设置填料，以促进空气和水的充分接触。根据传质种类及性质的不同，分为废水路、气路及吸收液回路，其各运行模式如下：

(1)水路：废水首先进入一级吹脱塔，再由提升泵将废水打入二级吹脱塔。在吹脱塔内，废水从塔的上部淋洒到填料上形成水滴并流向塔底，同时用风机从塔底吹入空气，使气水充分接触，游离氨从水中逸出被空气带走。进过处理的废水集中在二级吹脱塔底部，由排放水泵排入含氟废水处理系统。

(2)气路：通过废水风机从二级吹脱塔底部向塔内送气，形成与废水的一次脱氨处理，含有氨的废气从二级吹脱塔顶部排出，从一级吹脱塔底部进入二级吹脱塔，再从顶部排出进入吸附塔，采用吸收液对废气内氨进行吸收，经过净化的气体由风机吸出，形成一个密闭循环系统，从而防止了NH3的外溢造成的二次污染。

(3)吸收液采用pH在1~2的硫酸溶液，通过吸附塔循环将吸收液从吸附塔顶部输送至吸附塔，同从底部进入的含氨废气充分接触，从而吸附废气中的氨形成硫酸铵溶液。吸收液的循环过程是硫酸铵溶液的浓缩过程，当吸收液中的硫酸铵达到一定浓度后，将吸收液排入硫酸铵收集箱委外处理。

三、主要设备参数

(1)原水箱：1座，FRP材质，φ1600×1800(mm)，有效池容：3m3，HRT：12h。配套提升泵2台，1用1备，Q=1.5m3/h、H=35m、N=0.46kW;超声波液位计1台;DN25电磁流量计1台。

(2)pH调整槽及中间水槽：1座，FRP材质，φ1500×2300(mm)，其中淤pH调整槽：有效池容1m3，HRT：1h，配套NaOH加药泵2台，1用1备，Q=0.5L/min，P=1MPa，N=0.37kW;搅拌机1台，R=150rpm、N=0.75kW;pH计一套。于中间水槽：有效池容2m3，HRT：2h，配套提升泵2台，1用1备，Q=1.5m3/h、H=35m、N=0.46kW;差压液位计1台;转子流量计1个。

(3)板式换热器：1台，板片SUS316材质，换热面积0.98m2，加热范围15~55℃，配套压力变送器1套;比例调节阀1个。

(4)一级吹脱塔：1座，FRP材质，φ800×H7300(mm)，内装填鲍尔环填料3m3，配套提升泵2台，1用1备，Q=1.5m3/h、H=35m、N=0.46kW;压差液位计1台。

(5)二级吹脱塔：1座，FRP材质，φ800×H7300(mm)，内装填鲍尔环填料3m3，配套提升泵2台，1用1备，Q=1.5m3/h、H=35m、N=0.46kW;压差液位计1台;DN25电磁流量

计1台;废气风机，1台，FRP材质，风量4000m3/hr，风压2500Pa，功率5.5kW;出水氨氮检测仪1套。

(6)吸附塔：1座，FRP材质，φ800×H7300(mm)，内装填鲍尔环填料1.5m3，配套提升泵2台，1用1备，Q=3m3/h、H=25m、N=1.5kW;pH计一套;压差液位计1台;硫酸加药泵，2台，1用1备，Q=0.85L/min，P=1MPa，N=0.37kW。

(7)硫酸铵收集箱：1座，FRP材质，φ2100×H2900(mm)，有效池容：10m3。配套提升泵2台，1用1备，Q=10m3/h、H=25m、N=2.2kW;超声波液位计1台。

四、运行要点及效果

该污水处理系统吹脱塔为2级串联，调试时，主要调节废水的pH、进水温度、气水比及硫酸铵浓度等指标，整个系统采用PLC控制，全自动运行，主要控制点如下：

(1)在pH调整槽，通过pH计同NaOH加药泵联动，控制NaOH加药量，控制废水pH 在11.5~11.8范围;

(2)废水经过板式换热器，同热水源进行换热，通过温度变送器同比例调节阀联动，调节热水水量，从而控制废水温度在55℃;

(3)吹脱塔内，控制气水比在1500~3000范围内;

(4)在吸附塔，通过液位控制硫酸铵溶液的排放。运行时，先在吸附塔内补充自来水至中液位，同时投加H2SO4，使吸收液pH维持在1.5~2范围，随着吸收液吸收氨的量的增多，吸收液pH会升高，需继续补充H2SO4，当吸附塔底部吸收液达到高液位，开启自动排放阀，将吸收液排入硫酸铵收集箱。

在管路设计时，为了保证出水效果，在氨氮检测仪前段及后端各增加自动阀，控制废水的排放与循环：当排放废水氨氮达标时排入含氟废水处理系统;当排放废水不达标时，将废水排入中间水池，循环处理。

系统自2019年6月调试运行以来，运转稳定。运行时，实际废水氨氮浓度在450~600mg/L，经过吹脱处理，最终排放废水氨氮浓度在10以下，去除率达到97%以上，完全达到设计要求，同时产生15%硫酸铵废液约65L/d。

五、效益分析

该工程占地55.5m2，总投资199.7万元(不含土建费用)，系统运行总费用280.8元/d(不含人工费及硫酸铵废液处理费用)，其中药剂费173元/d，电费77.8元/d，折合吨水成本为

46.8元/m3。

六、结论

实际运行结果表明，采用“二级吹脱+硫酸吸附冶工艺处理高氨氮废水是稳定可行的，运行中，原废水氨氮浓度450~600mg/L，经过吹脱处理，排放废水氨氮浓度在10mg/L以下，去除率达到97%以上。

系统运行时，控制进入吹脱塔废水pH在11.5~11.8范围、进水温度55℃、气水比1500~3000范围，吹脱产生的氨用硫酸吸收，避免造成二次污染。

采用PLC控制，整个系统全自动运行，无人值守，运行稳定高效，操作维护简单。（