随着人民生活水平的逐步提高,城市生活垃圾成分发生较大变化,其中有机物含量大幅度提高, 导致垃圾渗滤液中的氨氮浓度随之增高;渗滤液中 NH3-N的主要来源是填埋垃圾中蛋白质等含氮类物质的生物降解;渗滤液 NH3-N具有浓度高(可达几千 mg/L)、浓度变化范围大(在整个填埋期内可以从低于100 mg/L到几千 mg/L)等特点;过高的 NH3-N 浓度不仅增加了渗滤液生化处理系统的负荷,并且随着填埋时间的延长渗滤液中COD浓度呈下降趋势,C/N呈下降趋势,一定填埋时间后会出现 C/N<3的情况, 造成营养比例的严重失调,影响生化处理系统稳定有效的运行;因此对于氨氮浓度较高的垃圾渗滤液,为确保后续生化处理系统稳定运行并保证较低的出水 NH3-N、TN 浓度,在生化处理系统之前采取有效措施降低氨氮浓度是必要的。
1、氨氮的去除方法:根据污水中总氮浓度的高低、氮化合物的组分不同,工程上常见的几种脱氮方法有:微 生物法、氨吹脱(气提)法、折点加氯法、离子交换法、土地处理法等;但对于高氨氮的垃圾渗滤液,较为经济有效的方法为吹脱法;渗滤液经吹脱处理后,不仅脱除了大量的游离氨,还去除了部分苯酚、氰化物、硫化物及其他难生化的、对生化有抑制作用的或毒性大的挥发性物质,对后续生化处理较为有利;氨吹脱法包括空气吹脱法和蒸汽吹脱法两种,蒸汽吹脱法虽然效率较高,但能耗较大,需增设蒸汽锅炉,设备复杂,维护维修工作量大,此法目前在国内环保工程实例少有;空气吹脱法分为曝气吹脱、精馏吹脱、吹脱塔吹脱,本文主要对吹脱塔脱除氨氮的方法进行介绍。
2、氨吹脱塔工作原理:氨在水中的水解方程式为 NH3+H2O NH4++OH- ,从方程式看当水中的 OH-离子数量升高时(即 pH 值升高), 反应往左边进行,氨氮以 NH3 游离分子形式存在,此时若往水中通入空气,就可将游离的 NH3 分子从水中解吸出来,从而将水中的氨氮去除,可见提高污水的 pH 值可提高氨吹脱效率;另外温度对氨吹脱影响也很大,当水温升高时,水中氨的溶解度降低,增加了氨吹脱的推动力,从而提高了氨吹脱的效率;吹脱塔脱除氨氮采用的设备一般为装有填料的吹脱塔和离心风机;氨吹脱塔采用圆形填料塔结构,塔上部为渗滤液布水区,中部为填料区,底部为气流分布区及集水区;离心风机从塔底部鼓入空气,pH 值为 10-11 的渗滤液从塔顶均匀喷淋而下,渗滤液在填料的表面细薄、均匀的液膜与空气逆向接触,在空气的作用下,以 NH3 游离分子形式存在的氨从水中挥发,从而将氨氮去除。
3、工程实例:氨吹脱塔已应用于多个垃圾渗滤液处理工程中并获得成功。本工程介绍我公司在合肥某垃圾填埋场渗滤液处理工程中氨吹脱塔的应用情况。
3.1 、工艺流程:安徽某垃圾渗滤液处理厂的处理工艺流程为:调节池+UASB+FEO 反应器+氨吹脱塔+CASS 池+水力澄清池+紫外线消毒器。在氨吹脱塔前面有设置 pH 值调节设施, 以保证氨吹脱塔的进 水的 pH 值在允许范围内。
3.2、 氨吹脱塔设计参数:
1)单塔处理水量:Q=300m3/d=12.5m3/h;
2)氨吹脱设计进水氨氮浓度:1500mg/L,出口氨氮浓度:400mg/L;
3)设计气温:10℃,设计进水 pH 值:10.5;
4)空塔气流速:1.8-2.0m/s;
5)水力负荷:3-5m3/m2h;
6)塔径为 2.2m,填料高度为 4m,填料采用塑料鲍尔环;
7)离心风机:Q=25000m3/h,H=1200Pa;
3.3、 运行数据记录及分析,根据我公司在调试及运营管理过程中记录的氨吹脱塔处理垃圾渗滤液的测试数据整理如下:
4、新型QK-JYDN型脱氮塔技术说明:它由高频超声吹脱、分级单元吹脱结合而成。它利用强大的冲击波和时速达400Km左右的射流以及放电放光的瞬间过程,经超声波作用后废水中,可监测到少量H和HO,ERS证实了H-和OH-等自由基的存在,在碱性条件下,通过高效稳定的复合脱氮剂,加速废水的离子铵和游离氮被释放。经过多级吹脱,氨氮浓度一级一级逐步降低直至达标排放。
1)氨氮浓度10000mg/l以下的废水与传统吹脱塔处理工艺比较: 性 能: 传统吹脱塔 多级吹脱塔 气/水: 5000:01:00 300:01:00 P H : 14 —11 去除率: 60-70% 99.9%以上 温 度 : 50℃ 常温 运行成本:15-30元/吨 4-10元/吨 排放浓度:(mg/l) 100以上 15以下 2)氨分离反应器、脱氮槽技术说明:对于氨氮浓度在10000mg/l以上的高浓度废水,传统的办法是加大气水比、提高PH值和提高水温,为此我公司开发氨分离器和脱氮槽,在超声波和高效复合脱氮剂的作用下无须吹脱,氨氮能自行挥发,由引风机送至氨回收塔;大大节约了回收塔的处理风量,提高了氨的回收效率和回收浓度;作为进脱氮塔的前处理设备,为高浓度氨氮废水的达标排放提供了保证。 3)JY-TN高效复合脱氮剂:我公司通过近三年的技术研究,在氨氮废水上取得了重大突破,最大的技术突破就是开发出了一种高效复合脱氮剂,它含有大量的O、H、OH、CH2等原子和离子活性基因,在催化作用下脱氮剂一号可以轻而易举地将剩余氨水中的铵盐最大限度的转化成游离氨;同时可以最大限度地减少氨和其它混合气体中氨的分压,加快游离氨从剩余氨水中释出的解吸过程和解吸的传递速率,使转化的游离氨能够快速充分地与剩余氨水分离,实现氨水或氨的回收;脱氮剂二号还具有强氧化还原作用,它可以在设备(如反应器或脱氮塔)物理作用的配合下,将游离氨和其它含氮物质(如喹啉、丫啶、咔唑、吲哚、吡啶以及、硫 、硝酸盐等)以及有机胺,一起先转化成NH3、NH2、NH、NO、NO2等,再经过氧化还原作用最终变成无害的N2。它反应过程和最终结果与A/O法基本相同,只是采取手段不同罢了,A/O法是通过细菌微生物(亚硝酸菌、硝酸菌)完成这一过程;而我们则是通过化学物质(脱氨剂)完成了这一过程。一个是生物脱氮,一个是化学脱氮;经过脱氮之后的废水,NH3-N指标可以降到15mg/L(国家一级排放标准)以下;酚、氰指标亦可去除90%左右,COD可以降低50%~60%;完成脱氮之后再续气浮、微电解、强化絮凝和曝气生物过滤(BAF),即可使COD和多项指标达到一级排放标准。 4)SST氨回收塔技术说明 a、工作原理:SST系列氨气回收塔属两相逆向流填料吸收塔,一般采用双塔串连运行,以提高氨的回收浓度;氨气从塔体下方进气口沿切向进入净化塔,在通风机的动力作用下,迅速充满进气段空间,然后均匀地通过均流段上升到第一级填料吸收段。在填料的表面上,气相中氨气与液相中水或硫酸发生化学反应,反应生成NH3-OH,(NH4)2SO4,并流入下部贮液槽。未完全吸收的氨气体继续上升进入第一级喷淋段。在喷淋段中吸收液从均布的喷嘴高速喷出,形成无数细小雾滴,与气体充分混合接触,继续发生化学反应,然后氨气上升到二级填料段、喷淋段进行与第一级类似的吸收过程;第二级与第一级喷嘴密度不同,喷液压力不同,吸收酸性气体浓度范围也有所不同。在喷淋段及填料段两相接触的过程也是传热与传质的过程。通过控制塔流速与滞留时间保证这一过程的充分与稳定;塔体的最上部是除雾段,气体中所夹的吸收液雾滴在这里被清除下来,经过处理后的洁净空气从净化塔上端排气管排入大气;经过水或硫酸吸收的NH3-OH,(NH4)2SO4,可用于锅炉脱硫或作农肥。
b、性能特点: (1)净化率高:SST系列净化塔采用二级逆向喷淋,填料比表面积大,由试验研究确定的气液比保证了性能稳定,对氨气的吸收效率可达到85%~95%。 (2)设备阻力低:在保证足够气液接触面积基础上,SST系列吸收塔选用空气动力特性最佳的填料品种及结构形式,使设备阻力在额定风量下不超过40毫米水柱,是国内各种填料吸收塔中阻力最低的一种。这对于配用耐腐蚀低压通风极为有利。 (3)占地面积小:SST系列净化塔将塔体、吸收液槽、循环泵、吸收液管道系统组合成一套完整的设备,结构紧凑,便于现场安装及操作管理。
5、结论及存在问题
1)当 pH 值在 10.0 以上,气温在 20℃以上,进水氨氮在 1000-1500mg/L 时,氨吹脱塔 对氨氮去除率在 70%以上,说明利用氨吹脱塔处理垃圾渗滤液中
的氨氮是有效的、可行 的;垃圾渗滤液经氨吹脱塔吹脱后,出水氨氮浓度大大降低,减轻了后续生物脱氮的负荷,保障渗滤液达标排放。
2)废水的 pH 值、温度影响氨氮的去除率,pH 值越高,氨氮的去除率越高,温度越高,氨氮的去除率也越高;为提高氨吹脱的吹脱效率,将废水的 pH 值
提高,必须加大药剂量来调节 pH 值,这样将增加运行费用与操作难度。
3)气温对氨吹脱的影响较大,若在北方寒冷的冬季氨吹脱塔无法正常运行,故氨吹 脱塔用于北方垃圾渗滤液的氨氮处理,应对空气进行加温,所需能耗较
大,增加运行成本,因此氨吹脱塔处理垃圾渗滤液用于南方地区较为合适。
4)氨吹脱塔的填料结垢将降低氨吹脱的效率,应定期清洗填料。
5)氨吹脱塔吹脱出来的氨气会影响周围的环境,应评估其影响是否可以接受,或采取 适当措施将吹脱出的氨气吸收,避免造成二次污染。
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