三元層狀氧化鎳錳鈷鋰生產(chǎn)廢水處理

高濃度氨氮廢水來(lái)源甚廣且排放量大，如化肥、焦化、石化、制藥、食品、垃圾填埋場(chǎng)等均產(chǎn)生大量高濃度氨氮廢水。這類(lèi)廢水排入水體不僅引起水體富營(yíng)養(yǎng)化、造成水體黑臭，而且將增加給水處理的難度和成本，甚至對(duì)人體及生物產(chǎn)生毒害作用。因此，研究氨氮廢水減排及資源化利用技術(shù)對(duì)于氨氮廢水治理及達(dá)標(biāo)排放具有非常重要的意義。

脫除廢水中氨氮的方法較多，物化法有吹脫、氣提、折點(diǎn)加氯、離子交換、混凝沉淀、反滲透、電滲析及各種高級(jí)氧化技術(shù); 生化法有生物脫氮及種植水生植物等。一般對(duì)于低濃度氨氮廢水采用生化處理，其處理費(fèi)用較低；但對(duì)于含有高濃度氨或銨鹽的廢水，往往需要進(jìn)行物化預(yù)處理脫氮。

1 廢水來(lái)源及水質(zhì)水量

天津某公司生產(chǎn)三元層狀氧化鎳錳鈷鋰，其中在過(guò)濾工藝后產(chǎn)生高濃度氨氮母液50m3/d，洗滌工藝后產(chǎn)生低濃度氨氮洗滌廢水140 m3/d，無(wú)其他生產(chǎn)廢水。設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行天津市《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 12/356-2008) 的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2 工藝流程

該企業(yè)生產(chǎn)廢水含氨氮濃度高，可生化性差，適合采用物化法處理�？紤]到廠內(nèi)有自用燃?xì)忮仩t制備蒸汽，其洗滌工藝中用到堿液和軟水，因而可降低廢水處理建設(shè)投資和運(yùn)行成本。工藝流程見(jiàn)圖1。

2. 1 混凝沉淀預(yù)處理

由于生產(chǎn)廢水的排放屬于間歇性排放，混凝沉淀罐采用碳鋼防腐設(shè)備2 座(交替使用) ，單罐有效容積為10 m3。將氫氧化鈉加入含銨鹽的高氨氮廢水中，調(diào)pH 值為11 左右，在過(guò)堿條件下進(jìn)行堿析脫氨。此法屬于堿性化學(xué)沉淀法，在堿性條件下降低重金屬污染物的溶解度，形成氫氧化物沉淀析出，由此重金屬與氨的絡(luò)合形式被打破，使廢水中的銨鹽轉(zhuǎn)化為游離氨和鹽。再投加鐵鹽，形成礬花進(jìn)行共沉淀，使金屬氫氧化物有效沉淀分離。由于與混凝劑共同使用，混凝形成的礬花絮體對(duì)這些離子污染物可以有一定的電荷吸附、表面吸附等去除作用，對(duì)污染物的去除效果要優(yōu)于單純的化學(xué)沉淀法。同時(shí)向罐內(nèi)通入蒸汽間接加熱廢水，調(diào)節(jié)水溫≥35 ℃，由泵打入蒸氨塔上方。

2. 2 蒸氨處理

工藝參數(shù): 進(jìn)塔氨水流量為3 m3/h、溫度≥35℃、氨氮濃度為3%、pH 值為11 左右; 進(jìn)塔蒸汽流量為0．6 m3/h、壓力為0．3 MPa、溫度為150 ℃; 蒸氨塔頂部壓力控制在0．01 MPa、底部壓力控制在0．03 MPa; 塔頂溫度控制在90 ～95 ℃; 分縮器后溫度控制在68 ～75 ℃; 回收氨水濃度＞10%、溫度＜35 ℃; 塔底采出水氨氮濃度＜150 mg/L。

蒸氨原理: 蒸氨工藝依據(jù)蒸發(fā)冷凝原理，利用過(guò)熱蒸汽直接加熱，氨水中的氨受熱蒸發(fā)后，再經(jīng)冷凝使氣氨液化。本工程采用徑向側(cè)導(dǎo)垂直篩板蒸氨塔，蒸汽與氨水逆流接觸，依靠氣體動(dòng)能，將液相破碎成大量小顆粒的液滴，有效縮短了氨分子在液相中的傳遞路徑，大大增加了氣液接觸面積，強(qiáng)化了氣液相界面的快速更新，蒸氨效率高達(dá)99．5%。

氨洗原理: 依據(jù)化學(xué)吸收原理，用軟水(初始)或稀氨水吸收氣態(tài)氨生成氨水，并放出大量熱，利用冷卻裝置將熱量移走，使氨水溫度控制在35 ℃。來(lái)自蒸氨塔的氨蒸汽經(jīng)塔頂分縮器冷凝后進(jìn)入噴射器，與來(lái)自氨水吸收槽經(jīng)冷卻后的循環(huán)氨水混合吸收，生成濃度＞10%的氨水，在吸收槽頂部設(shè)置1 座二次吸收塔，補(bǔ)入系統(tǒng)的軟水由塔頂加入，可進(jìn)一步減少氨氣排放量。塔頂分縮器和循環(huán)氨水冷卻用水水源來(lái)自調(diào)節(jié)池。主要設(shè)備見(jiàn)表2。

2. 3 氨吹脫處理

工藝參數(shù): 進(jìn)塔氨水流量為10 m3/h、溫度為25℃、氨氮濃度≤300 mg/L、pH 值約為11; 進(jìn)塔壓縮空氣流量為19 517 m3/h; 塔底采出水氨氮濃度≤35mg/L。吹氨塔尺寸為1 800 mm × 18 000 mm，材質(zhì)為S304，填料高度為6 m。

吹脫法去除氨氮具有效果較好、操作簡(jiǎn)便、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，是目前常用的物化脫氮技術(shù)。本工程自蒸氨塔底采出水與洗滌廢水在調(diào)節(jié)池內(nèi)混合，利用采出水的溫度將混合水溫預(yù)熱到約25 ℃，因?yàn)橄礈鞆U水pH 值很高，不需額外加堿調(diào)節(jié)，因而節(jié)省運(yùn)行成本。廢水由泵打入吹氨塔，塔內(nèi)設(shè)置填料，以促進(jìn)空氣和水的充分接觸。廢水從塔的上部淋灑到填料上形成水滴，在填料間隙依次向下滴，同時(shí)用風(fēng)機(jī)從塔底吹入空氣，使水滴不斷破碎、形成，氣水充分接觸，游離氨從水中逸出，高空排放，氨脫除率達(dá)到90%以上。

① pH 的影響。氨氮廢液中存在如下反應(yīng):。提高pH 值破壞電離平衡，使平衡向左移，液體中游離氨濃度增大，推動(dòng)界面的傳質(zhì)速率，能夠提高廢水中氨氮的吹脫效率。當(dāng)pH 值＞11 后，廢水中的氨氮90% 以上為游離氨，再提高pH 值對(duì)吹脫效率影響不大。在操作中，選取吹脫氨氮廢水的pH 值為11，以避免因堿的大量加入而增大處理成本。

②溫度的影響。氨氮脫除率隨溫度的升高單調(diào)上升。這是因?yàn)橐环矫鏈囟忍岣咴龃罅税痹谒�中的擴(kuò)散系數(shù)，增加傳質(zhì)系數(shù); 另一方面，在一定壓力下溫度的提高使氨的平衡分壓增加，降低了氨在水中的溶解度，增加了傳質(zhì)推動(dòng)力。但當(dāng)pH 值達(dá)11時(shí)，氨氮的離解率高達(dá)90%以上，其脫除率受溫度的影響甚微，25℃以后吹脫效率增加緩慢。在操作中選取吹脫溫度為25 ℃，以避免為加熱水溫而消耗電能，增加廢水處理成本。

③布水負(fù)荷率。水必須以滴狀下落，如以膜狀下落，則脫氮效果大減。當(dāng)填料高度＞6 m時(shí)，布水負(fù)荷率不宜超過(guò)180 m3/(m2·d) ，在國(guó)外取值約為60 m3/(m2·d)。水力負(fù)荷過(guò)大時(shí)高效吹脫所需的點(diǎn)滴狀況被破壞，會(huì)形成水幕而影響運(yùn)行效果; 而當(dāng)水力負(fù)荷過(guò)低時(shí)則填料濕潤(rùn)不夠，會(huì)在填料上生成水垢并影響運(yùn)行效果。此外，水力負(fù)荷過(guò)小也會(huì)增加處理成本，不利于在實(shí)際工程中的應(yīng)用。本工程采用吹氨塔塔徑為￠1 800 mm，其布水負(fù)荷率為75 m3/(m2·d) 。

④曝氣量的影響。氨吹脫是一個(gè)相轉(zhuǎn)移過(guò)程，推動(dòng)力來(lái)自空氣中氨的分壓與廢水中氨濃度相當(dāng)?shù)钠胶夥謮褐�間的差。在逆流吹脫塔中，對(duì)確定的廢水量而言，增大氣體量，傳質(zhì)推動(dòng)力相應(yīng)增大，有利于氨氮吹脫去除。但氣體流量過(guò)大會(huì)增大相關(guān)設(shè)備的容積，增加一次性投資，并且操作中容易引發(fā)液泛，增加操作費(fèi)用。當(dāng)填料高＞6 m時(shí)氣液比宜在2 200 ～ 2 300 以下，空氣流速上限為1 600m/min。在操作中，選取氣液比為1 950，空氣流速為128 m/min。

⑤吹脫時(shí)間的影響。增加水力停留時(shí)間可提高吹脫塔對(duì)氨氮的去除率，但廢水的pH 值隨著吹脫時(shí)間的增加而降低并影響對(duì)氨氮的去除效果。本工程采用吹脫時(shí)間為90 min。

2. 4 達(dá)標(biāo)處理

因?yàn)橄礈鞆U水中仍含有鎳、錳等重金屬離子及其氫氧化態(tài)沉淀物，致使廢水的重金屬離子濃度及SS 等指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，因此脫氨后加設(shè)氣浮+ 多介質(zhì)過(guò)濾工藝予以去除，然后調(diào)節(jié)pH 值＜9，達(dá)標(biāo)排放。系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥經(jīng)板框壓濾機(jī)脫水，由于脫水污泥中含有重金屬物質(zhì)，因此必須請(qǐng)相關(guān)單位進(jìn)行處理。具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論

①本工程自2010 年運(yùn)行以來(lái)，出水水質(zhì)均達(dá)標(biāo)，說(shuō)明對(duì)高濃度氨氮廢水進(jìn)行蒸氨處理(脫除率＞99．5%) 、對(duì)低濃度氨氮廢水進(jìn)行空氣吹脫處理(脫除率＞90%) 的兩級(jí)脫氨處理方法是可行的。

②廠內(nèi)有自用燃?xì)忮仩t制備蒸汽，節(jié)省了建設(shè)投資。廢水處理所用蒸汽占其生產(chǎn)工藝所用蒸汽量比例很小，其耗電量可忽略不計(jì)。按照外購(gòu)蒸汽價(jià)格為150 元/t 計(jì)算，節(jié)省蒸汽費(fèi)為46 萬(wàn)元/a。廠內(nèi)洗滌工藝中用到堿液和軟水，節(jié)省了藥劑量，降低了運(yùn)行成本。

③蒸氨工藝回收10% 氨水回用于生產(chǎn)，制備量為15 t/d。按照外購(gòu)氨水價(jià)格為2 000 元/t 計(jì)算，節(jié)省購(gòu)氨水費(fèi)為900 萬(wàn)元/a。

④本工程的設(shè)計(jì)因地制宜，充分考慮現(xiàn)有資源的合理分配利用，采用氨氮回收利用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，不僅減少排污量，有利于環(huán)保，而且產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。