氨氮水处理技术应用

摘要：介绍硝酸铵化肥产品生产过程水处理工艺的运行情况，并对工艺中出现的问题进行了总结。

关键词：氨氮；水处理；硝铵；电渗析

中图分类号：K826.16文献标识码：A

硝酸铵化肥产品的生产是用50％左右的稀硝酸与氨气进行中和反应，反应过程中放出大量的热，中和液中的水吸热气化，最终得到75％左右的硝酸铵浓液，进一步蒸发，最终得到硝酸铵。生产硝酸铵过程中所产生的蒸汽冷凝为冷凝废水，冷凝废水中含有可利用的硝酸铵及氨，若直接排放，严重污染环境，同时白白浪费其中可回收利用物质。

为了回收利用这些冷凝液，对这些废液使用电渗析膜的方法对其进行处理。即将送来的冷凝液中和到设定的pH值，在电场力作用下利用膜分离原理将冷凝液分离成浓缩溶液和淡化工艺合格水，浓缩溶液输送到再中和器进行回收利用，NH3-N含量≤15mg/l的淡化工艺合格水输送到循环水池作为补充水。

1中和调节系统

在进行氨氮水处理时，若将冷凝水中少量的氨或硝酸铵直接进入电渗析系统，会对电渗析膜堆体造成损坏，降低膜堆的使用寿命，排放水也不能达标。在冷凝液进入电渗析系统前加一套中和装置就能解决这个问题。即加入少量的稀硝酸或少量的氨气，在常温常压下进行中和反应，生成硝酸铵。稀硝酸或氨与冷凝废水在中和搅拌桶中收集、搅拌，并根据中和搅拌桶中pH值自动检测仪所测数据，并调整加稀硝酸或气氨的量使冷凝液中的pH值均衡，以保证预期值。

中和后的冷凝液经储罐输出泵送到冷却器（冷凝液温度在60℃左右），使冷凝液的温度降至30℃以下，然后经过滤器过滤掉冷凝液中的杂质，并通过流量计检测水量以确保电渗析系统正常运行。

中和调节系统工艺流程：

冷凝废水在中和桶收集后，在桶的中部装有pH值自动监测仪，不间断的检测水质。根据测得的数据，控制加药系统，向冷凝废液中加入稀硝酸或氨气。加药系统根据pH值自动监测仪提供的数据信息，开启加氨或稀硝酸系统电磁阀门，加氨或加稀硝酸开始工作。中和桶装有搅拌机不断对冷凝液进行搅拌中和，然后输送到储罐（从中和桶加氨或稀硝酸中和到储罐输出，约为1小时）。储罐输出泵增压后将冷凝液送到冷却器再到过滤器，过滤掉冷凝液中的杂质，然后经流量计检测水量至电渗析系统。

中和调节系统设置由五大部分组织：1.中和系统；2.加稀硝酸酸或氨气；3.过滤系统；4.输送系统；5.自动系统。

中和部分：由两、三个中和桶和一个储罐不锈钢桶组成，每个桶都配置液位自动MTH压力变送器1台，对各桶的进液与排液进行自动控制。每个中和桶配置pH值自动监测仪一台，对水质中过程跟踪测试。中和桶顶部各配置搅拌机一台，对冷凝液进行全过程搅拌中和后，再经泵输送到储罐。

加氨或稀硝酸：组合式加氨或稀硝酸装置，根据工艺及规范要求，由溶液桶、加氨或稀硝酸泵和液位自动控制为主体，和阀门、管道Y型过滤器等组成。

过滤系统：作用是将冷却后冷凝液中带有≤10微米的杂质颗粒过滤掉。以保证输送到电渗析浓缩系统中的原液净度，同时减轻2#精滤工作强度。2#精密过滤器设有反冲洗、排污口及压力表。当压力表压差超过0.2MPa时，打开反冲洗装置，冲洗掉贴附在滤芯上的杂质颗粒。冲洗中途打开排污阀门，排掉精滤器壳腔内的杂质颗粒。过滤器滤芯规格为CIM×芯5μ（根据水量确定滤芯数量）。

输送系统：每个中和桶配备离心泵一台，当液位达到指定值并中和结束后，泵开始工作，将桶内冷凝液输送到储罐。储罐配置离心泵一台，当储罐液位达到指定值时，泵即可工作，将冷凝液送到经过滤器、流量计后的电渗析系统收集罐中。

进行中和后的氨氮水，pH值达到合适值之后，开始进入电渗析进一步进行水处理。

2电渗析工序

2.1电渗析原理

物质由分子构成，分子又由带电粒子构成，溶液也样同样特性，在此基础上制成看阴阳离子交换膜，它分阳离子交换膜（简称阳膜）、阴离子交换膜（简称阴膜），阳膜允许带正电离子通过，阴膜允许带负电离子通过，阴阳离子膜具有选择透过性，加上直流电源作为动力加速离子的透过也就加速离子的迁移。电渗析就是利用了离子交换膜的特殊性制成的。

原理分析：进入电渗析的溶液为NH4NO3，进水为三股水，一股为极水（作传导电流，离子迁移的推动力），二、三股为NH4NO3，溶液进入电渗析后在电场的作用下进行离子迁移，在第一层中NH4+ 离子和NO3-离子均无法迁移，因为上面是一层阴膜，下面是一层阳膜，NO3-离子无法通过阴膜，NH4+ 离子无法通过阳膜，因为阳膜上加的是正电荷（阳膜应能通过NH4+，但正电荷同性相斥，故又不能通过），因此NH4+和NO3-只能留在这个“室”内，两隔板上面一层阴膜情况就不同，在这一张隔板的上层为阳膜，NH4+和NO3-进入此层时NH4+ 离子可通过阳膜向负极方向迁移NO3-离子可通过下面一层阴膜向下一个“室”正极方向迁移，这样在这个“室”内离子已迁移走，离子处于减少状态，故称“淡室”也即起了淡化作用，而另一个“室”离子均迁移进来，越聚越多，故称之“浓室”，这总称为一个单元，若干个单元叠加在一起聚合在一个出口，总称浓水口和淡水口，因此组成一个水量大的电渗析是由若干个小单元汇总而成。

直流电流的大小是决定迁移能力的大小，电流越大迁移越大，但不是无限制的，到了一定的强度，迁移能力不再增加，只消耗能量，做的是无用功，反而产生热量，热量超过40℃以上离子膜会化解失效，故必须设定控制直流电流。

2.2 电渗析流程

从生产现场过来冷凝液收入A罐或B罐进中和加氨或加酸、pH值在4.5-6.5之间点输出泵进储罐（开车前先把A、B罐进行水分析中和），进二楼冷却器粗冷却温度不能够超过30℃，再经粗过滤器过滤，然后进入一级原液罐，经细过滤器过滤进入膜堆进行浓缩出来两股水，一股回到一级浓缩罐提浓到一定浓度回到现场F402，另一股水回到一级极氺罐里溢流到（一楼）二级原液罐内经过膜队淡化后出来三股水，一股是合格水作为补充水或送到循环池里，二股是含有少量浓度回到二级浓液罐再返回一级原液罐从新浓缩，三股极水只是作为推动力作用。流程图如下：

在实际操作中，硝铵废液进入预处理系统也分三步，首先经中和pH值至6-9然后冷却至常温30℃最后经两个并联的精密过滤器除掉机械杂质后进入电渗析工序。第二个工序为电渗析工序，分两步。第一步为浓缩过程，其有四组电渗析，其作用是将所来废液一部分处理成8-15％的溶液后回收直硝铵系统重新回收，另一部分到后续过程进一步处理，第二步为淡化过程，其有三组电渗析，其作用是将上步来液一部分处理成氮量小于15ppm的合格水达到排放标准后送到循环水回收水池，另一部分在体浓厚回到第一步重新处理。

工艺流程在实际现场中分成几个环节，亦即几大系统：1.贮罐系统；2.压力输送系统；

2.3 电渗析系统

本系统由浓缩和淡化两个系列组成：

浓缩系列每系列有一级一段300对特殊浓缩膜四台组成，每系列可处理最大水量8T/h，共四系列。

淡化系列每系列由一级一段300对特殊淡化膜四台组成，每系列可处理最大水量10T/h，共三系列。

根据生产水量和水质情况，可生产成若干系列并联运行；也可生产成一级一段或一级二段和几级几段等和水量、水质相符的电渗析膜堆。

电渗析循环浓缩，其流程为原液由淡口进入电渗析进行离子迁移到“浓室”，得到淡液再流出到二级原料液贮罐，浓液流到浓液罐中循环浓缩，由预设在循环浓缩箱中的料液提供，同时进入电渗析，由于膜选择透过性它不能迁移，而淡室里的硝酸铵离子被迁移进来，这里的浓室越来越浓，再加上进料液不流到其它贮罐而又回到循环浓缩罐，循环时间越长，浓缩度越高。但由于膜的特性，浓缩到一定的浓度，膜之间（浓室与淡室，也就是阳膜与阴膜之间）浓淡差别越来越大，引起浓差渗透，到了这一“拐点”继续浓缩已是浪费能源。因此，不再浓缩，并用泵打入生产系统回用。一级淡水排到二级淡化处理，二级浓液回流到一级浓缩处理系统，二级淡液排出，达到零排放。

特别注意的是操作调节口必须淡水压力≥浓水压力≥极水压力，这是电渗析运行的一大原则。淡水系统的压力应与浓水系统、极水系统的压力保持基本平衡，并稍有提高。以防止浓水和极水向淡水渗漏，各系统之间允许压力差主要取决于膜的机械强度，透水性和隔板的支撑情况。一般三者压差不大于0.02MPa。

中和加酸或氨时应根据pH值酌量加，不要一次加到上限或下限，因中和罐有个中和过程时间，以避免反复加酸或氨，造成硝铵浓度过大，增加膜处理负荷和电损耗。

电渗析开始运行时，要先通水后供电。停止运行时，要先断电后停水。短期停运时，电渗析器内的冷凝液不应放空，以保持膜的湿润。

二级极水是循环使用，长期使用有损耗，同时极水用到一定时间需要更换，故用逐步补液的方法来更替旧液和损耗。二级极水由合格水补充，打开补充阀门即可补充。使极水储罐保持与其他储罐液位基本相等，一级极水和二级原液串用，故无须额外补充。

进入电渗析的原水应满足以下指标要求：

1.冷凝液温度：5-35℃3.硝铵含量：＜15g/l

2.溶液浓度：≤1mg/l 4.电渗析处理原浓水浓度：8-15%

5.电渗析器的最大压力一般不超过0.3MPa

6.电渗析浓淡水压差为0.01-0.02 MPa

7.淡化系列的每系列可处理最大水量为10T/h

8.当压差大于0.02 MPa时需要反冲洗。

9.电渗析来水混浊度≤1.0mg/l

10.污染指数：＜10

11.单台一极浓缩电压260，电流70 单台二极电压240，电流50。

整个电渗析装置由28台具有特殊专用膜的电渗析单元所组成分析在冷凝废水处理的循环浓缩系统和淡化回收系统这两个系统分别16台和12台电渗析单元组成，每4台组成一个串联系统运行，冷凝水的最大处理量40t/h，能满足生产负荷的需要，要经过处理的浓水的质量分数8-15％,回收率96％,合格污水排放氨氮在15ppm，可以达到环保的目的。

综上所述，化工企业作为节能环保的主要工作领域，应该通过建立常态花、规范化、具体化运作机制，将节能环保落实到日常经营生产的每个细节。不断强化员工的节能环保意识，通过技术创新改进工艺、设备，提高能源、资源利用率。

参考文献

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