一种酚氨废水脱氨及氨精制系统的制作方法

本实用新型属于废水处理技术与资源化领域，更具体地说，涉及一种酚氨废水脱氨及氨精制系统。

背景技术：

高浓度氨氮废水来源广泛，包括有焦化厂剩余氨水、煤气化废水、味精废水、垃圾填埋场废水等。以上各种废水氨氮浓度高低不同，且成分比较复杂，含有较多有机物。水体中氨氮含量超标会造成水体生态环境恶化，危害水生生物及人体健康，造成水体富营养化，增加水处理成本。

目前对于高氨氮废水的治理技术，首先需要将氨氮从水中分离出来，然后污水再进入后续生化单元进行生物脱氮，目前国内常见的氨氮分离工艺包括蒸氨法和吹脱法。国内的蒸氨工艺主要是直接蒸氨工艺，采用水蒸气作为加热剂，使循环水液面上氨气的平衡蒸汽压大于热载体中氨气的分压，气液两相传质传热，使氨气逐渐从循环水中释放出来。回收氨氮制成氨水，氨水直接回用至硫铵工序或与烟道气反应制成硫酸铵。直接蒸氨工艺耗能较大，废水中的氨氮难以完全释放出来，氨氮回收率较低；蒸氨温度较高(105～110℃)，部分易挥发有机物在蒸氨过程中同氨气一起挥发出来，影响回收氨气的纯度品质。

氨氮吹脱法是废水中氨氮分离的主要方法之一，吹脱出来的氨气主要是用水或硫酸吸收制成氨水或者硫酸铵溶液，但是这种方法存在的主要问题有：1、反应温度高，热能消耗大，且废水中的氨氮难以完全释放出来，氨氮回收率较低；2、吹脱过程气水比例较大，电量消耗大；3、在吹脱过程中，一些低沸点、易挥发的有机物随氨气溢出，导致回收氨水或硫酸铵纯度不高，含有较多有机杂质。

现有中国专利申请公布号为CN 102060406 A，申请公布日为2011年5月18日的专利申请文件公开了一种高效吹脱与尾气氨资源化氨氮废水闭路处理集成工艺，中国专利申请公布号为CN 103318918 A，申请公布日为2013年9月25日的专利申请文件公开了一种净化回收氨气的方法，上述两件专利均提出了氨氮高效吹脱及吸收的工艺技术，提高了氨氮的吹脱效率，降低传统蒸氨、吹脱工艺中能耗的问题，但是对于回收氨纯度不高，有机杂质较多的问题，均未提出理想的解决方案。中国专利申请公布号为CN 102030438 A，申请公布日为2011年4月27日的专利申请文件公开了一种氨氮废水的处理方法，采用初步吹脱、树脂吸附的工艺处理氨氮废水，虽然解决了吹脱法对于低浓度氨氮废水处理效率低的缺点，但是采用树脂吸附氨氮，没有考虑气体中水蒸气可能在树脂内的冷却，冷却后的水蒸气会导致树脂压降急 速增加，同时也会增加氨氮在树脂单元的溶解，不仅消耗大量的动力能源，而且不利于氨氮的回收效率，成本较高。

中国专利申请公布号为CN 102730718 A，申请公布日为2012年10月17日的专利申请文件公开了一种氨精制系统以及氨的精制方法，采用将粗氨进行气化、吸附杂质、冷凝分离的方式进行粗氨的精制(提纯)。此方法采用合成沸石吸附粗氨气中的水分及挥发性低的杂质，但未考虑较高温度的气体对于吸附材料吸附性能的影响，通常情况下，气体温度越高，吸附剂对挥发性有机物的捕捉效率越低，而且粗氨气中所含水分容易使吸附材料饱和，降低吸附能力，并因此增加能耗、增加成本。中国专利申请号为201410078586.3，申请公布日为2015年9月9日的专利申请文件公开了一种含氨氮废水的处理设备，包括一气提塔、一加热器、一催化剂反应器及一气对气热交换器。含氨氮废水与气提气体于气提塔进行气提而成为气提后废水及含氨气体。加热器加热所述含氨气体，并经催化剂反应器处理而使气体中的氨氧化并得到一处理后气体。该气对气热交换器用以令所述含氨气体与处理后气体进行热交换。其中，气对气热交换器的热交换效率系根据所述含氨气体的总热值而相应调整，令所述热交换效率随着所述总热值的升高而相应地调低，或令所述热交换效率随着所述总热值的降低而相应地调高。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现有氨氮废水氨氮吹脱过程能耗较大、粗氨气吸附提纯过程中高温对于吸附材料的影响和水蒸气对于吸附过程的影响、回收产品(氨水或硫酸铵)纯度不高等技术问题，本实用新型提供一种酚氨废水脱氨及氨精制系统，包括氨氮吹脱单元、氨气精制单元和氨回收单元，采用空气低温吹脱，减少了蒸汽用量，可以实现节能降耗，同时减少了蒸汽冷凝所增加的废水量，降低后续污水处理单元的处理规模和运行费用。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种酚氨废水脱氨及氨精制系统，包括氨氮吹脱单元、氨气精制单元和氨回收单元，所述的氨氮吹脱单元包括加碱撬块、催化剂撬块、吹脱塔、吹脱塔顶冷却器、吹脱塔底加热器、气液分离器；所述的吹脱塔、吹脱塔顶冷却器和气液分离器依次通过管道连接，所述的加碱撬块和催化剂撬块分别与吹脱塔的上部连接，所述的吹脱塔底加热器与吹脱塔的下部连接；所述的气液分离器通过出气管与氨气精制单元连接，所述的吹脱塔底加热器通过蒸汽管与氨气精制单元连接，所述的氨气精制单元包括依次连接的一级吸附分离塔、二级吸附分离塔和三级吸附分离塔，吸附塔冷却器通过脱附蒸汽管与氨气精制单元连接；所述的氨回收单元包 括依次连接的氨气吸收塔和吸收塔换热器；所述的氨气精制单元通过吸附塔出气管与氨气吸收塔连接。

进一步地，所述的吹脱塔上部设有废水进水管，底部设有进气管；所述的加碱撬块和催化剂撬块与废水进水管直接相连。

进一步地，所述的吹脱塔与吹脱塔底加热器之间还设有吹脱塔循环管。

进一步地，所述的氨气吸收塔与吸收塔换热器之间还设有吸收塔循环管。

进一步地，所述的吹脱塔顶冷却器上还设有冷凝水管。

进一步地，所述的吹脱塔内部设有布水结构、布气结构。

进一步地，所述的氨气吸收塔内含有旋流喷嘴布水装置；填料层为鲍尔环。

进一步地，所述的氨气吸收塔上还设有进水管和吸收塔放空管。

进一步地，所述的吹脱塔顶冷却器、吹脱塔底加热器和吸附塔冷却器均为间壁式换热设备。

进一步地，所述的一级吸附分离塔、二级吸附分离塔和三级吸附分离塔内均填充有多孔吸附材料，所述的多孔吸附材料为活性炭、沸石、陶粒、分子筛、天然吸附剂、壳聚糖、树脂等多孔材料中的一种或多种组合而成。

现有的氨氮废水处理过程存在以下技术难题：(1)当前技术氨氮吹脱法处理高氨氮废水，脱氮效率不够高，导致后续废水生化脱氮压力大，回收氨水或硫酸铵纯度不够高，难以直接使用，常做固废处置，处理成本高；(2)当前氨水精制技术没有从系统上考虑能源平衡，没有对氨氮废水中的吹脱氨氮类型及可能存在的共存杂质进行分析和采取针对性措施；常用的提纯吸附手段用在氨氮废水吹脱得到的氨气中，普遍存在吸附效率不高、再生频繁、对有机杂质吸附不够彻底、产品难以达到回收利用的标准等技术问题，因此这些技术方法，不适用在氨氮废水处理的氨氮回收及提纯领域，不能解决该领域的技术问题；(3)本实用新型技术在充分分析氨氮废水氨氮回收与提纯领域的典型特征，在传统技术的基础上，创造性的将催化吹脱、气体换热前置、冷凝液循环吸收、杂质吸附等关键点有益结合，协同效应，实现显著的有益效果，解决高氨氮废水的高效处理及资源回用，业内的普通技术人员难以通过简单组合或调整工艺路线来实现本专利方法获得有益效果；(4)本专利的技术创造将工艺单元进行排布组合，改变传统的常规思路，使方法更加适合本领域技术难题的有效解决，同时专利技术中提及的工艺关键参数需要通过一系列的实验摸索得到，对解决该领域的技术难题具有重大的意义。(5)本方法提供一种从氨氮废水中回收并提纯氨气的方法，解决以下问题：1)氨氮吹脱过程能耗较大的问题；2)粗氨气吸附提纯过程中高温对于吸附材料的影响和水蒸气对于吸附过程的影响；3)回收产品(氨水或硫酸铵)纯度不高的问题。

本实用新型中的一种从氨氮废水中回收并提纯氨气的方法是针对当前氨氮废水氨氮吹脱效率不够高、氨气精制纯度不够、现有精制系统有待改进等技术问题进行的创新研究，本实用新型技术在现有技术基础上，以气体换热冷凝为特色工艺，将冷凝水用作吸收液进行循环使用，从而实现氨氮的强化去除、高效回收和提纯精制。目前业内虽有不少技术用以解决氨氮废水的处理，主要思路都是在于将废水的氨氮吹脱出去，减少废水的脱氮处理难度，但当前的处理技术普遍存在吹脱效率不够高，导致污水后续的生物脱氮压力仍然很大，另外吹脱得到的氨气通过吸收回用时普遍存在氨水或硫酸铵纯度不够，难以直接回用，往往当作固体废物直接处理，不仅没有实现资源回用，而且当作固废处理又增加了氨氮废水处理成本；另一方面，虽然有不少氨水精制或提纯的专利技术方法，但这些专利技术方法仍然过于简单粗放，有很多细节问题没有妥善解决，导致实际使用过程存在氨氮吹脱效率不够高、精氨纯度不够高、能源利用效率低、经济成本高等缺点；本实用新型技术从氨氮废水的高效脱氮处理及资源、精制与回用的角度出发，从系统工艺整体考虑技术方法，创造性的将催化吹脱、气体换热前置、冷凝液循环吸收、杂质吸附等关键点有益结合，协同效应，实现显著的有益效果，解决高氨氮废水的高效处理及资源回用。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型采用空气低温吹脱，减少了蒸汽用量，可以实现节能降耗，同时减少了蒸汽冷凝所增加的废水量，降低后续污水处理单元的处理规模和运行费用；

(2)本实用新型采用空气低温吹脱，并通过投加脱氮剂的方式，可以降低反应温度，提高脱氮效率，减少高沸点有机物的挥发，有效地降低吸附材料的处理负荷，采用吸附提纯可以有效地去除粗氨气中夹杂的绝大部分有机物，提高氨气回收价值；

(3)本实用新型将气体冷却工序前置，有利于减少高温气体对吸附材料性能的影响，并且通过气体冷却分离水分消除水蒸气对吸附过程的影响，降低吸附过程的动力能耗，实现能源的合理平衡；

(4)本实用新型采用吸附提纯，可以实现有机污染物的富集，脱附剂妥善处理，可以降低废水处理的负荷；吸附填料经吸附饱和后可以脱附再生，不会产生二次污染；

(5)本实用新型的方法适用范围宽广，可以实现氨氮含量为1％～20％的废水的高效处理；

(6)本实用新型采用的氨氮废水处理方法对高氨氮废水进行氨氮回收，氨氮回收率在99％以上，回收的氨氮纯度高于96％；

(7)本实用新型采用的氨氮废水处理方法对经过适当预处理的含氨氮废水进行处理，系统氨氮去除率在95％以上，处理后的废水氨氮含量小于100mg/L，降低了后续废水处理的负 荷，同时可以通过调整吹脱工艺参数，控制出水氨氮浓度，使之更加灵活地适应后续生化单元的氮元素需求。

附图说明

图1为本实用新型中的酚氨废水脱氨及氨精制系统示意图。

图中：1、加碱撬块；2、催化剂撬块；3、吹脱塔；4、吹脱塔顶冷却器；5、吹脱塔底加热器；6、气液分离器；7、一级吸附分离塔；8、吸附塔冷却器；9、二级吸附分离塔；10、三级吸附分离塔；11、氨气吸收塔；12、吸收塔换热器；13、废水进水管；14、进气管；15、吹脱塔循环管；16、蒸汽管；17、出气管；18、冷凝水管；19、吸附塔出气管；20、脱附蒸汽管；21、吸收塔循环管；22、吸收塔放空管；23、进水管；24、冷凝水管。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

实施例1

如图1所示，利用本实用新型提供的酚氨废水脱氨及氨精制系统对山西某焦化厂实际剩余氨水进行小试实验，进水COD和NH₃-N分别为5200mg/L和3000mg/L左右。

所用的酚氨废水脱氨及氨精制系统，包括氨氮吹脱单元、氨气精制单元和氨回收单元；氨氮吹脱单元包括加碱撬块1、催化剂撬块2(加碱撬块1和催化撬块2主要由储罐、搅拌机、计量泵及管道构成)、吹脱塔3、吹脱塔顶冷却器4、吹脱塔底加热器5、气液分离器6；吹脱塔3、吹脱塔顶冷却器4和气液分离器6依次通过管道连接，吹脱塔3内部设有布水结构、布气结构，吹脱塔3上部设有废水进水管13，底部设有进气管14；加碱撬块1和催化剂撬块2与废水进水管13直接相连，用以给吹脱塔内投加碱液和氨氮催化剂。吹脱塔底加热器5与吹脱塔3的下部连接，吹脱塔3与吹脱塔底加热器5之间还设有吹脱塔循环管15，吹脱塔循环管15也从吹脱塔3底部接出，部分液体经由循环泵接入吹脱塔底加热器5，而后回到吹脱塔3中部，部分液体外排；吹脱塔顶冷却器4上还设有冷凝水管18；吹脱塔3的出气管与吹脱塔顶冷却器4相连，气体冷却后，在气液分离器6中气液分离，气液分离器6的出气管17与氨气精制单元的吸附分离塔相连；吹脱塔底加热器5通过蒸汽管16与氨气精制单元连接，氨气精制单元包括依次连接的一级吸附分离塔7、二级吸附分离塔9和三级吸附分离塔10，吸附塔冷却器8通过脱附蒸汽管20与氨气精制单元连接，残余蒸汽回外来蒸汽管路；氨回收单元包括依次连接的氨气吸收塔11和吸收塔换热器12；氨气精制单元通过吸附塔出气管19与氨气吸收塔11连接，氨气吸收塔11与吸收塔换热器12之间还设有吸收塔循环管21，部分循环水流经吸收塔换热器12，回到氨气吸收塔11中部，部分循环水外排；冷凝水管24接吸收塔换热器12壳层。氨气吸收塔11上还设有进水管23和吸收塔放空管22，吸收塔放空 管22直排大气或其他气体处理单元；氨气吸收塔11内含有旋流喷嘴布水装置；填料层为鲍尔环。

本实施例中，吹脱塔顶冷却器4、吹脱塔底加热器5和吸附塔冷却器8均为常规的间壁式换热设备。一级吸附分离塔7、二级吸附分离塔9和三级吸附分离塔10内均填充有多孔吸附材料，多孔吸附材料为高分子复合树脂材料(活性炭、沸石、陶粒、分子筛、天然吸附剂、壳聚糖、树脂等多孔材料中的一种或多种组合而成)。催化剂撬块2中的催化剂可以是申请人自主研发的技术产品(专利号：201610248863.X)，也可以是其他具有类似功能氨氮脱除产品。

剩余氨水先经常规预处理方法去除水中的油类、悬浮物等，经预处理的剩余氨水进入空气吹脱系统，从空气吹脱系统导出的粗氨气经冷却降温后进入吸附装置进行有机废物的吸附，实验所用吸附剂为大孔树脂。经过吸附净化后的气体进入气体吸收装置，采用冷却水吸收液进行氨气的吸收。吸收液中COD为89mg/L，氨氮浓度1200mg/L，可以作为产品回收。