煤化工高氨氮废水处理工艺
1、概述
随着国家对环境保护的日益重视及废水排放标准的日益严苛，煤化工企业生产中产生的高氨氮废水处理成为一大难题。山西晋煤天源化工有限公司生产废水有两大来源:一是原料气压缩排水，二是事故水池内的废水。原料气压缩排水氨氮含量在1000～3000mg/L，随系统工艺变化波动较大，日常氨氮含量在1500mg/L左右、CODCr在1000mg/L左右，废水水质波动时对污水处理系统生化池的影响较大，尤其是进水中氨氮含量波动较大时(污水处理装置进水氨氮含量要求在50～240mg/L)，不利于污水处理装置生化系统的稳定运行。事故水池主要收集事故状态下的超标废水及尿素装置的超标解吸废液，其氨氮含量在2000mg/L、CODCr在1500mg/L左右，该废水在污水处理装置正常运行时逐步进行处理，但因这部分废水中的污染物含量远远超出污水处理装置的设计进水水质指标(CODCr≤1050mg/L、氨氮≤120mg/L)，故实际处理量较小。且随着环保要求的日趋严格，对于企业而言多数情况下应确保事故水池处于低液位状态，而要加大废水处理量、保持事故水池的低液位，就必须对事故水池内的废水进行预处理。
针对以上2种废水氨氮含量较高的特点，公司决定上1套高氨氮废水处理装置，采用以分馏塔、分子磨、超级吸氨器组合的高氨氮废水处理工艺将废水中的氨氮含量降低后再送入污水处理装置。该高氨氮废水处理工艺可以将煤化工装置产生的高氨氮废水(氨氮含量在3000mg/L左右)中的氨氮含量降至50～150mg/L，从而达到污水处理装置生化系统进水水质要求，解决废水因氨氮含量过高而无法直接进行活性污泥生化处理的问题。
2、高氨氮废水处理工艺
高氨氮废水处理工艺流程简图见图1。废水首先通过加药装置，投加聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、铁粉后进入一体机，在一体机中去除部分悬浮物及少量的油后进入调节池A。废水在调节池A经过收集后通过提升泵Ⅰ送入到组合槽内，在进入组合槽前投加的液碱及脱氮剂在废水循环泵的作用下与废水充分混合，同时废水循环泵出口安装有喷射器，在水力作用下抽吸分馏塔顶部的气体，废水反复循环。组合槽底部的水由提升泵Ⅱ送入分馏塔顶部，经过分馏塔内布水装置及填料的均匀分布后，与从分馏塔底部进入的蒸汽充分接触后逐级流向分馏塔底部，废水中解吸出的氨氮随着部分剩余蒸汽被废水循环泵抽吸入组合槽内。分馏塔底部的废水通过提升泵Ⅲ送入分子磨顶部，在鼓风机及蒸汽的双重作用下，水中的氨氮被进一步去除，处理后的废水进入调节池B，最后由提升泵Ⅳ送入污水处理综合集水池中进行下一步处理。组合槽内的废水氨氮含量较高，通过分馏塔剩余的蒸汽将其温度提升至40～60℃，在液碱及脱氮剂的作用下水中的氨氮被分离出来，经组合槽顶部填料层后从顶部进入超级吸氨器，再经换热冷却后进入氨水槽A，然后由氨水槽A底部的氨水循环泵送入超级吸氨器进行循环冷却，最终氨水浓度逐渐提升至10%以上。
3、高氨氮废水处理装置运行控制要点
3.1 一体机运行控制
一体机的作用主要是除去水中的悬浮物，其进水加药控制较关键。加入的聚合氯化铝、聚丙烯酰胺主要起絮凝作用。铁粉的作用则主要是包裹在絮凝体内，在通过一体机时被含有磁性的转盘吸附，然后通过刮片予以去除。因此，3种药剂缺一不可，投加量必须均匀。经过运行摸索，我公司将高氨氮废水处理装置的一体机加药量控制为聚合氯化铝60～70mg/L、聚丙烯酰胺14～18mg/L、铁粉100mg/L。当一体机进水悬浮物含量为400mg/L时，出水悬浮物含量可控制在30mg/L以下。
3.2 组合槽液位及废水pH控制
本高氨氮废水处理装置组合槽液位高限为1300mm，一般控制在850mm。为减少人力消耗、实现组合槽液位的自动控制，提升泵Ⅰ电机转速与组合槽液位之间设置有联锁。
组合槽废水pH要求控制在10.5～11.5。在条件允许的情况下，可在加碱计量泵出口管道上安装电动阀，电动阀开关与组合槽内的在线pH仪之间建立联锁，实现液碱自动投加。
3.3 废水循环泵流量控制
废水循环泵的流量控制相当关键，废水循环量过大，喷射器抽吸能力大，分馏塔蒸汽与废水接触时间短，影响废水中氨氮的解吸，且抽吸的蒸汽较多，严重时会造成管道振动。废水循环量太小，分馏塔顶部剩余蒸汽及氨气聚集，会造成分馏塔压力高。本装置通过调整循环泵出口压力来控制废水循环量，一般控制废水循环泵出口压力在0.78～0.81MPa。
3.4 分馏塔温度、压力及液位控制
分馏塔温度主要是通过底部蒸汽阀开度控制的，蒸汽阀采用气动阀，气动阀与分馏塔底部的在线温度仪联锁，分馏塔底部温度一般控制在98～105℃之间，且控制分馏塔顶部与底部的温差不超过15℃。
分馏塔压力一般控制在-0.05～0.01MPa。
分馏塔液位高限为500mm，一般控制在280mm。由于分馏塔液位较低，须通过提升泵Ⅲ电机转速与分馏塔液位联锁进行自动控制。同时，为确保提升泵Ⅲ的稳定运行，提升泵Ⅲ设置有回流管道。
3.5 分子磨温度控制
分子磨内温度一般控制在50～60℃。
3.6 装置运行初期的调整
高氨氮废水处理装置运行初期，为提高氨水浓度，提高分馏塔运行效果，可将氨水槽A内浓度较低的氨水部分送回组合槽内，如此间隔循环几次，废水的氨氮去除率会有所提高。
4、运行状况
高氨氮废水处理装置部分运行数据见表1。可以看出，在调节池A废水氨氮含量2257mg/L(平均值)的情况下，经高氨氮废水处理装置分馏塔处理后废水的氨氮含量降至332.6mg/L(平均值)，经分子磨处理后废水的氨氮含量降至86.66mg/L(平均值)，即分馏塔的氨氮去除率=(1-332.6÷2257)×100%=85.3%，分子磨的氨氮去除率=(1-86.66÷332.6)×100%=73.9%，总氨氮去除率=(1-86.66÷2257)×100%=96.2%。
5、运行过程中出现的问题及处理
(1)山西晋煤天源化工有限公司高氨氮废水处理装置组合槽内废水pH控制在10.5～11.5。废水处理装置运行初期，由于来水Ca2+含量较高，系统结垢严重，组合槽及分馏塔内填料堵塞频繁。随后，在一体机进水管线上增设了1套除垢系统，降低进水中Ca2+含量，其后未再出现类似情况。
(2)高氨氮废水处理装置最初使用的蒸汽为低低压蒸汽，该低低压蒸汽引至公司蒸汽管网末端，其温度只有100～120℃、压力在0.15～0.20MPa之间，加之冬季进水温度低、分馏塔顶部和底部温差大(冬季)，系统运行状况不佳。随后，在公司停车大检修期间，将低低压蒸汽改为低压蒸汽，低压蒸汽温度在150～200℃、压力在0.40～0.60MPa，改造后系统运行状况良好。
(3)高氨氮废水处理装置运行初期，超级吸氨器内的循环冷却水由一体化冷水机系统进行循环冷却，因周围环境较差，一体化冷水机内压缩机损坏较快，维修频繁，且一体化冷水机系统设计能力偏小。此后，将超级吸氨器改用地表水(地表水指厂区内主要生产用水，区别于地下井水。生产用水主要从水库引水，因而厂内称作地表水)直接进行冷却，换热后的地表水直接送回用水池予以回收利用。
6、效益分析
6.1 环保效益
高氨氮废水处理装置投运以来，污水处理装置进水水质较稳定，生化系统进水氨氮含量维持在100～120mg/L，确保了污水处理装置的稳定运行。
事故水池内废水经预处理后，能确保事故水池废水1～3m3/h的处理量，从而可有效地控制事故水池的液位，满足安全环保方面的要求，避免环保事故的发生。
6.2 经济效益
高氨氮废水处理装置投运后，可产生浓度10%以上的氨水10t/d，此氨水送至2套烟气脱硫系统使用，可有效降低烟气脱硫系统的运行成本，带来较好的经济效益。
此外，分馏塔温度与蒸汽调节阀联锁，实现分馏塔温度的自动控制，分馏塔液位与提升泵Ⅲ电机转速也通过联锁而实行自动控制，操作管理方便，人员劳动强度低。
7、结束语
本高氨氮废水处理装置工艺流程简单，设备占地面积小、投资少，应用于山西晋煤天源化工有限公司后，不仅可将煤化工装置高氨氮废水处理至满足污水处理装置生化系统的进水水质要求，而且可回收浓度10%以上的氨水用于烟气脱硫系统以降低其运行成本。总之，本废水处理工艺适用于煤化工装置高氨氮废水的预处理，具有显著的环保效益和经济效益。(来源：山西晋煤天源化工有限公司)