吹脱结晶法去除渗滤液中氨氮的工程应用

吹脱结晶法去除渗滤液中氨氮的工程应用

廖琳琳1，王磊2，李凯2，黄凯兴3，刘导明3

深圳市生态环境局1广东.深圳518000

中钢集团武汉安全环保研究院2湖北.武汉430081

深圳市下坪固体废弃物填埋场3广东.深圳518023

摘要：在吹脱塔进水氨氮为1800mg/L－3000mg/L的情况下，吹脱塔对渗滤液中氨氮的去除效率在75%以上。同时，吹脱塔去除氨氮效率受进水pH的影响，pH越高，吹脱去除氨氮的效率越高。另外，饱和结晶器对氨氮的吸收效率在90%以上，饱和结晶器产生的硫酸铵晶体含氮量可满足GB535-95硫酸铵品质的优等品要求。结晶器氨氮出口数值满足《恶臭污染物排放标准》GB14554-93的15m高空排放要求。

关键词：吹脱塔结晶器氨氮硫酸铵晶体

目前，在我国采用垃圾卫生填埋处理的垃圾占总垃圾产量的80%以上[1]。由于受降雨，垃圾自身含水等因素的影响，填埋场在填埋过程中及封场后仍会产生大量的垃圾渗滤液。填埋场垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水，其含有较高的COD，氨氮等污染物。随着填埋时间的增加，渗滤液中C/N会进一步下降，这给后续生化和膜处理系统带来了难度。若该废水未加处理就直接排入环境，将造成水体富营养化，导致水质恶化[2]，给环境带来极大的污染。常用的氨氮去除方法主要有：吹脱法、电氧化法、化学沉淀法、生物法等[3]。

深圳市某垃圾填埋场渗滤液处理厂采用氨吹脱结晶法作为预处理手段去除垃圾渗滤液中氨氮。去除大部分氨氮后的垃圾渗滤液再经后续“生化+膜”工艺处理后，满足《生活垃圾填埋场污染物排放标准》GB16889-2008表2要求后达标排放。吹脱塔吹出的氨氮再与稀硫酸溶液反应后生成硫酸铵晶体后打包送至化肥厂处理，结晶器氨氮出口数值满足《恶臭污染物排放标准》GB14554-93的15m高空排放要求后排放。

1吹脱结晶法原理

氨氮在废水中主要以铵离子（NH4+）和游离氨（NH3）状态存在，其平衡关系如下所示：

NH3+H2O→NH4++OH-

这个关系式受pH值的影响，当pH值高时，平衡向左移动，游离氨的比例增大。常温时，当pH值为7左右时氨氮大多数以铵离子状态存在，而pH为11左右时，游离氨大致占98%。

该渗滤液处理厂首先将预处理垃圾渗滤液的PH值调至10.5左右由泵提升进入氨吹脱塔顶部。空气由氨吹脱塔底部进入，在氨吹脱塔内逆流接触传质，进行脱氨反应。吹出的氨氮再经饱和结晶器吸收。饱和结晶器吸收氨转变为硫酸铵溶液的原理如下：

H2SO4+NH3→(NH4)2SO4(硫酸适量)

H2SO4+NH3→NH4HSO4(硫酸过量)

NH4HSO4+NH3→(NH4)2SO4

由上述反应方程式可以看出产品硫酸铵既存在着正盐又存在着酸式盐，它们分别以各自的形式存在于生产硫铵的溶液中，而溶液中不论是酸式盐还是正盐其各自所占的比值主要由溶液的pH决定，溶液的pH可以用加入硫酸的数量多少来调节。当饱和器内的pH为2－4，生成的硫铵产品主要为正盐。当pH降低时，即当饱和器内母液的pH<2时，饱和器和母液中同时存在着正盐又存在着酸式盐。但酸式盐比正盐更容易溶于水和稀硫酸，因此，在溶解度达到极限时，在饱和器中从溶液中首先析出的是(NH4)2SO4。

2吹脱结晶法工艺技术

2.1工艺原理

该垃圾渗滤液处理一厂原有3座吹脱塔运行，氨尾气由饱和结晶器内稀硫酸液吸收后变为液态硫酸铵；液态硫酸铵再外运至别的企业进行处理，这样给管理方带来了诸多不便。为解决液态硫酸铵外运的难题，下坪渗滤液处理厂现新建1座预处理池、1座吹脱塔及1座饱和结晶器；在提高渗滤液处理量的同时也可起到使液态硫酸铵晶体化。便于下坪渗滤液处理厂的运行及管理。

其具体流程详见下图。

1#、2#、3#吹脱塔产生的氨尾气由原有的吸收塔进行吸收；产生的液体硫酸铵再通过泵抽送至新的饱和结晶器；4#吹脱塔产生的氨尾气则进入新的饱和结晶器与液体硫酸铵不断反应；当其呈过饱和状态时，就析出硫铵晶体，并沉积在饱和器底部。结晶泵不断的将含有晶体的浆液送至结晶槽。当结晶槽中的晶体含量达到一定的水平，将晶体排到真空抽滤箱进行固液分离，同时洗去游离酸和杂质。分离出来的母液返回饱和结晶器继续使用，真空抽滤箱卸出来的硫铵晶体打包外售。达到氨资源回收利用目的。

2.2主要设备与设施

主要设备与设施分别见表2-1，表2-2。

3工程运行

3.1氨吹脱去除氨氮的效果

4#吹脱塔的出口氨气经饱和结晶器吸收后高空排放。4#吹脱塔的进出口氨氮数据及吹脱效率分别见下图3-1、3-2。

由表3-1和3-2我们可以得出以下结论：

（1）4#吹脱塔在进水氨氮为1800mg/L－3000mg/L的情况下，其出水氨氮为

100mg/L－700mg/L，吹出效率基本稳定在90%以上。随着运行天数的增加，4#吹脱塔吹出的吹出效率有所下降，吹出效率基本稳定在75%左右。

另外，吹脱塔的吹脱效率也受进水pH的影响，其关系图见下图3-3。

由表3-3我们可以得出，基本上进吹脱塔的渗滤液pH越高，吹脱塔的吹脱效率越高。在实际运行中，吹出效率也受进水硬度、悬浮物浓度等指标影响。

3.2结晶系统的吸收效率

结晶系统的氨气进出口氨氮值与吸收效率值见表3-4、3-5。

由图3-4、3-5可知：

（1）在进口氨氮为20－600mg/m3的情况下，出口氨氮的数值基本在20－60mg/L。一般情况下，饱和结晶器出口氨氮基本在30mg/L以下，出口氨氮的数值满足恶臭污染物排放标准-GB14554-93的排放标准。

（2）结晶器对氨气的去除效率基本上在90%左右。

3.3晶体产生量及品质

（1）晶体产生量

按照硫酸铵公式来进行推算，假设产生的固体全部为硫酸铵晶体，则产生的硫酸铵晶体为2.64吨。

按照吹脱塔的吹出效率来计算，4#塔单塔日处理550m3/d；风量为60000m3/h。则计算的硫酸铵生成量为每天产生2.29吨。

实际上，吹脱塔单塔运行时每天消耗浓硫酸约2吨，产生的硫酸铵晶体约2－3吨。这与计算的硫酸铵产量基本吻合。

（2）硫酸铵品质

我们曾对硫酸铵晶体外送第三方检测公司送样检测，其分析结果如下：

从表3-1可以看出：该渗滤液处理厂产生的硫酸铵所含杂志少，含水率在5%以下，含氮量可达到GB535-95硫酸铵品质的优等品。目前，该渗滤液处理厂产生的硫酸铵晶体以每吨300元的价格卖给当地的一家复合肥厂家，其硫酸铵品质受到厂家的认可。

4运行成本分析

氨吹脱结晶系统的运行主要以巡视检查为主，主要工作项目为日常维护保养，对操作人员没有较高的技术要求。只需要3个运行人员即可保证氨吹脱结晶系统的稳定运行。另外，氨吹脱结晶系统在运行过程中会消耗一定的石灰、浓硫酸、自来水及电能。

经成本预测分析，按照单台吹脱塔每天处理500m3/d渗滤液计，每年按正常运行300天计，则氨吹脱结晶系统经营成本为30.664元/吨渗滤液。

成本组成如下：

因此，吹脱结晶系统运行成本为30.664元/吨渗滤液。

5结论与建议

（1）在吹脱塔进水氨氮为1800mg/L—3000mg/L的情况下，吹脱塔对渗滤液中氨氮的去除效率在75%以上。同时，吹脱塔去除氨氮效率受进水pH的影响，pH越高，吹脱去除氨氮的效率越高。

（2）饱和结晶器对氨氮的吸收效率在90%以上，饱和结晶器产生的硫酸铵晶体含氮量可满足GB535-95硫酸铵品质的优等品要求。结晶器氨氮出口数值满足《恶臭污染物排放标准》GB14554-93的15m高空排放要求。

（3）该项目氨吹脱结晶法为渗滤液处理行业中变废氨气为硫酸铵肥料的首创，在解决了废气污染环境的同时也达到氨资源回收利用目的。针对老龄垃圾填埋场产生的渗滤液具有高氨氮，低碳源的特点，吹脱结晶法是一个不错的预处理选择。

参考文献

[1]AMOＲC，TOＲＲES-SOCASED，PEＲESJA．Maturelandfillleachatetreatmentbycoagulation/flocculationcombinedwithFentonandsolarphoto-Fentonprocesses［J］．JournalofHazardousMaterials，2014，286:261-268．

[2]宋云弛．稀土废水的脱氨实验研究和治理工艺设计[D]．西安：西安建筑科技大学，2007：4－6．

[3]朱健玲等.接触膜脱氨法处理离子型稀土矿山氨氮废水的工程实践[J]．有色金属（治炼部分），2017,9（9）:58－62．