一种氨氮废水汽提蒸氨系统和方法与流程

本发明属于氨氮废水处理领域，尤其涉及一种高浓度氨氮废水汽提蒸氨系统和方法，为回收和氨氮达标排放节能降耗提供解决方法。

背景技术：

随着化工、冶金及新材料等行业的快速发展，大量的氨氮废水被排放到自然界中，造成水体富营养化、水质发黑发臭、供水系统寿命降低等影响。特别是高浓度的氨氮废水(nh3-n＞500mg/l)，易转化为具有强致癌、强致畸、强致变作用的亚硝胺，对人及生物的毒害作用极大。

高浓度氨氮废水中的氨氮资源丰富，回收效益好，但存在氨氮脱除难度大等问题，目前其主流处理工艺为蒸汽汽提蒸氨法。

传统的汽提蒸氨法氨氮脱除率高，回收氨水浓度高，在冶金、化工和新能源材料等行业获得了极大的推广应用。通常，汽提蒸氨采用低压蒸汽作为热源，汽提塔内操作温度为95-105℃，氨氮废水需要加热到沸点温度以实现汽提操作，塔顶氨、水混合蒸汽直接被冷凝，而冷凝过程消耗大量循环冷却水，且大量的热量被白白浪费掉了。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种节能型高浓度氨氮废水汽提蒸氨系统和方法，以降低汽提蒸氨蒸汽消耗量、减少废水排出总量、减少循环冷却水用量等。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种氨氮废水汽提蒸氨系统，包括预热器、汽提塔和再沸器，所述汽提塔包括上端液相入口、顶部蒸汽出口、下端液相出口、底部液相出口和下端蒸汽入口，所述预热器包括氨氮废水进口、脱氨氮废水进口、氨氮废水出口和脱氨氮废水出口；

所述预热器的氨氮废水出口与所述汽提塔上端液相入口连通，所述汽提塔顶部蒸汽出口和再沸器连通，所述汽提塔的底部液相出口通过再沸器与所述汽提塔下端蒸汽入口连通；所述汽提塔下端液相出口与所述预热器的脱氨氮废水进口连通。该汽提塔也可以外接低压蒸汽。

上述的氨氮废水汽提蒸氨系统，优选的，所述汽提塔顶部蒸汽出口和再沸器之间设置有蒸气压缩机。

上述的氨氮废水汽提蒸氨系统，优选的，所述蒸气压缩机为离心式压缩机或罗茨压缩机。

上述的氨氮废水汽提蒸氨系统，优选的，所述氨氮废水汽提蒸氨系统还包括闪蒸罐和氨提浓塔，其中，所述氨提浓塔包括位于中上端的液相入口、下端的气相入口、顶部的蒸汽出口、低压蒸汽入口和底部的液相出口；所述再沸器的液相出口与闪蒸罐连通，所述闪蒸罐的冷凝水出口与氨提浓塔中上端的液相入口连通，所述闪蒸罐的蒸汽出口与氨提浓塔下端的气相入口连通。

上述的氨氮废水汽提蒸氨系统，优选的，所述氨提浓塔底部的液相出口与所述预热器的氨氮废水进口连通。

上述的氨氮废水汽提蒸氨系统，优选的，所述氨提浓塔顶部的蒸汽出口与冷凝器连通。

上述的氨氮废水汽提蒸氨系统，优选的，所述冷凝器为全焊板式冷凝器或列管式冷凝器。

上述的氨氮废水汽提蒸氨系统，优选的，所述汽提塔的塔型为板式塔、填料塔或板式填料混合型塔；

所述预热器为板式换热器、列管式换热器或螺旋板式换热器；

所述再沸器为热虹吸式再沸器或釜式再沸器；

所述提浓塔为板式塔、填料塔或板式填料混合型塔。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的氨氮废水汽提蒸氨系统进行氨氮废水汽提蒸氨的方法，包括以下步骤：

s1：将待处理的氨氮废水与从汽提塔下端的液相出口泵出的塔釜液，分别从预热器的氨氮废水进口、脱氨氮废水进口进入预热器中进行换热，得到预热的氨氮废水和降温的脱氨废水；

s2：预热的氨氮废水从汽提塔上端的液相入口进入汽提塔中进行蒸氨，汽提塔的塔顶得氨、水混合蒸汽，塔底得脱氨废水；

s3：汽提塔得到的部分脱氨废水和氨、水混合蒸汽进入再沸器中进行换热，再沸器的液相出口产生二次蒸汽，二次蒸汽通过汽提塔下端的蒸汽入口进入汽提塔内维持汽提蒸氨过程，再沸器(3)的冷凝水出口排出氨、水混合冷凝水。

上述的方法，优选的，还包括以下步骤：

s4：所述氨、水混合冷凝水排入闪蒸罐中气液分离，得到降温冷凝水和氨、水混合蒸汽；

s5：s4获得的降温冷凝水从氨提浓塔中上端的液相入口通入氨提浓塔中，s4获得的氨、水混合蒸汽从氨提浓塔下端的气相入口通入氨提浓塔中；同时，向氨提浓塔中通入低压蒸汽进行提浓，氨提浓塔塔顶得蒸汽，塔底得脱氨氮氨水；

s6：氨提浓塔塔顶的蒸汽进入冷凝器冷凝，收集氨水。

上述的方法，优选的，s2中的氨、水混合蒸汽经过蒸气压缩机压缩增压升温后再进入再沸器。

上述的方法，优选的，经过蒸气压缩机压缩增压升温后的氨、水混合蒸汽温度为100-130℃。

上述的方法，优选的，蒸汽压缩机的压缩比为1.0-2.2。

上述的方法，优选的，s5中，氨提浓塔塔底的脱氨氮氨水返回s1中，与待处理的氨氮废水混合后进入预热器中。

上述的方法，优选的，s1中，待处理的氨氮废水的nh3-n浓度≥500mg/l；

s2中，获得的氨、水混合蒸汽的浓度为0.5％-5％；

s3中，收集的氨水的浓度为5％-25％。

本发明的工艺过程为：首先将待处理的高浓度氨氮废水与氨提浓塔塔釜液混合送入汽提塔上部，废水从上到下和塔底的蒸汽多级传质换热，塔釜排出氨氮浓度≤15mg/l的脱氨氮废水，塔顶氨、水混合蒸汽经由蒸汽压缩机增压升温后作为汽提塔再沸器的热源蒸汽，再沸器的低浓度冷凝氨水输送到氨提浓塔中上部进行氨水提浓，塔顶得到高浓度氨水，塔釜液返回汽提塔进行循环汽提脱氨。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)汽提塔塔顶混合蒸汽所携带的热量约占总输入能量的90％左右，其中，潜热约占80％左右，本发明的系统中设置蒸汽压缩机和再沸器，将汽提塔塔顶混合蒸汽的热量通过蒸汽压缩机增压升温后再利用，而非直接冷凝，可以充分利用其热量，减少低压蒸汽消耗量。

(2)本发明的蒸氨系统中将汽提蒸氨分两段进行，包括汽提塔和氨水提浓塔，汽提塔仅有汽提段，无精馏段，无冷凝液回流，可减少因冷凝液回流导致的热量损失；汽提塔塔顶低浓度氨、水混合蒸汽经蒸汽压缩机增压升温后加热汽提塔再沸器，再沸器的冷凝液(低浓度氨水)经闪蒸罐气液分离后，输送到氨水提浓塔进行氨水提浓，提浓塔的塔釜液返回汽提塔进行脱氨汽提，汽提塔和氨水提浓塔形成循环。

(3)本发明采用压缩机将汽提塔塔顶蒸汽正压升温后作为再沸器的热源，充分利用了蒸汽的热量，并且塔顶混合蒸汽在再沸器和闪蒸罐中得到了冷凝；再沸器的使用减少了一次低压蒸汽的使用量，因此，可减少因一次蒸汽在塔内冷凝导致的达标废水量增加的影响。

(4)采用本发明的高浓度氨氮废水汽提蒸氨系统脱除氨氮回收浓氨水工艺，低压蒸汽消耗量减少50％以上，冷凝循环水用量减少40％以上，达标废水排出量减少8-10％，进而可降低后续废水处理成本。

附图说明

图1是本发明的氨氮废水汽提蒸氨系统结构示意图。

图例说明：

1、预热器；2、汽提塔；21、上端液相入口；22、顶部蒸汽出口；23、下端液相出口；24、底部液相出口；25、下端蒸汽入口；3、再沸器；4、闪蒸罐；5、氨提浓塔；51、中上端的液相入口；52、下端的气相入口；53、顶部的蒸汽出口；54、低压蒸汽入口；55、底部的液相出口；6、蒸气压缩机；7、冷凝器；8、泵a；9、泵b；10、泵c。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

一种氨氮废水汽提蒸氨系统，如图1所示，包括预热器1、汽提塔2、再沸器3、闪蒸罐4和氨提浓塔5，其中，汽提塔2包括位于上端液相入口21、顶部蒸汽出口22、下端液相出口23、底部液相出口24和下端蒸汽入口25，氨提浓塔5包括中上端的液相入口51、下端的气相入口52、顶部的蒸汽出口53、低压蒸汽入口54和底部的液相出口55；预热器1包括氨氮废水进口、脱氨氮废水进口、氨氮废水出口和脱氨氮废水出口；预热器1的氨氮废水出口与汽提塔2上端液相入口21连通，汽提塔2顶部蒸汽出口22和再沸器3连通，汽提塔2的底部液相出口24通过再沸器3与汽提塔2下端蒸汽入口25连通；再沸器3的液相出口与闪蒸罐4连通，闪蒸罐4的冷凝水出口经过泵b9与氨提浓塔5中上端的液相入口51连通，闪蒸罐4的蒸汽出口与氨提浓塔5下端的气相入口52连通。

在本发明中，汽提塔2顶部蒸汽出口22和再沸器3之间设置有蒸气压缩机6。蒸气压缩机6为离心式压缩机或罗茨压缩机。

在本发明中，汽提塔2下端液相出口23经过泵a8与预热器1的脱氨氮废水进口连通。

在本发明中，氨提浓塔5底部的液相出口55经过泵c10与预热器1的氨氮废水进口连通。

在本发明中，氨提浓塔5顶部的蒸汽出口53与冷凝器7连通。

在本发明中，冷凝器7为全焊板式冷凝器或列管式冷凝器；汽提塔2的塔型为板式塔、填料塔或板式填料混合型塔；预热器1为板式换热器、列管式换热器或螺旋板式换热器；再沸器3为热虹吸式再沸器或釜式再沸器；氨提浓塔5为板式塔、填料塔或板式填料混合型塔。

实施例1(氨氮废水汽提蒸氨方法)：

某钨冶炼仲钨酸铵生产产生的5000-10000mg/l的高浓度氨氮废水240m³/d，ph为12.5，采用传统汽提蒸氨工艺对该废水进行处理，在直径为800mm的蒸氨塔内进行，处理工艺流程为废水原水和蒸氨塔塔釜液经板式换热器换热后进入蒸氨塔中上部，废水和塔底进入的低压饱和蒸汽进行传质传热，塔顶混合蒸汽进入冷凝器中和循环冷却水换热冷凝，冷凝液的80％返回到蒸氨塔塔顶进行回流，冷凝器得浓度为15％的氨水。该处理工艺运行时，每处理1m³的氨氮废水需要消耗100kg的低压蒸汽(绝压0.5mpa)，低压蒸汽的消耗量为1000kg/h，循环冷却水消耗120m³/h。

采用本发明的氨氮废水汽提蒸氨系统进行处理该氨氮废水汽提蒸氨的方法，包括以下步骤：

(1)将待处理的氨氮废水与从汽提塔2下端液相出口23泵出的塔釜液，分别从预热器1的氨氮废水进口、脱氨氮废水进口进入预热器1中进行换热，得到预热的氨氮废水和降温的脱氨氮废水；降温的脱氨氮废水排出；

(2)预热的氨氮废水进入汽提塔2上端液相入口21进入汽提塔2中进行蒸氨，汽提塔2的塔顶得氨、水混合蒸汽(约5％氨浓度的氨、水混合蒸汽流量为1500kg/h、温度96℃)，塔底获得脱氨达标废水(氨氮脱除到≤15mg/l)；

(3)氨、水混合蒸汽经过一过气量1600kg/h、温升18℃的离心式蒸气压缩机压缩(蒸汽压缩机的压缩比为2.0增压升温后提升到162kpa(对应饱和蒸汽温度113℃)，进入立式热虹吸式再沸器3(入口流量15000kg/h)，再沸器3液相出口产生二次蒸汽(气相分率12％)，二次蒸汽通过汽提塔2的下端蒸汽入口25进入汽提塔2内维持汽提蒸氨过程，再沸器3冷凝水出口排出氨、水混合冷凝水；

(4)氨、水混合冷凝水排入闪蒸罐4中气液分离，得到降温冷凝水和氨、水混合蒸汽；

(5)步骤(4)获得的降温冷凝水从氨提浓塔5中上端的液相入口51通入氨提浓塔5，步骤(4)获得的氨、水混合蒸汽从氨提浓塔5下端的气相入口52通入氨提浓塔5；

(6)将低压蒸汽通过低压蒸汽入口通入氨提浓塔5中进行提浓，氨提浓塔5塔顶获得的蒸汽进入冷凝器7冷凝，得高浓度氨水(浓度16％的高纯氨水)，塔底得脱氨氮氨水，脱氨氮氨水返回步骤1中，与待处理的氨氮废水混合后进入预热器1中。

整个工艺处理过程中氨提浓塔的蒸汽消耗量为350kg/h，蒸汽压缩机运行功率60kw，循环冷却水消耗52m³/h，总体蒸汽消耗减少65％。

实施例2(氨氮废水汽提蒸氨方法)：

某新能源材料生产产生的3000-8000mg/l的高浓度氨氮废水1600m³/d(废水ph值13)，采用传统汽提蒸氨工艺对该废水进行处理，汽提蒸氨在直径为1900mm的蒸氨塔内进行，处理工艺流程为废水原水和蒸氨塔塔釜液经板式换热器换热后进入蒸氨塔中上部，废水和塔底进入的低压饱和蒸汽进行传质传热，塔顶混合蒸汽进入冷凝器中和循环冷却水换热冷凝，冷凝液的60％返回到蒸氨塔塔顶进行回流，冷凝器得10％浓度氨水。该处理工艺运行时，每处理1m³的氨氮废水需要消耗100kg的低压蒸汽(绝压0.5mpa)，低压蒸汽的消耗量为6600kg/h，循环冷却水消耗量800m³/h。

采用本发明的氨氮废水汽提蒸氨系统进行处理该氨氮废水汽提蒸氨的方法，包括以下步骤：

(1)将待处理的氨氮废水与从汽提塔2下端液相出口23泵出的塔釜液，分别从预热器1的氨氮废水进口、脱氨氮废水进口进入预热器1中进行换热，得到预热的氨氮废水和降温的脱氨氮废水；降温的脱氨氮废水排出；

(2)预热的氨氮废水进入汽提塔2上端液相入口21进入汽提塔2中进行蒸氨，汽提塔2的塔顶得氨、水混合蒸汽(约4.3％氨浓度的氨、水混合蒸汽流量为7800kg/h、温度96℃)，塔底获得脱氨达标废水(氨氮脱除到≤15mg/l)；

(3)氨、水混合蒸汽经过用一过气量8000kg/h、温升18℃的离心式蒸气压缩机压缩(蒸汽压缩机的压缩比为2.0，增压升温后提升到162kpa(对应饱和蒸汽温度113℃)，再进入立式热虹吸式再沸器3(入口流量96t/h)，再沸器3液相出口产生二次蒸汽(气相分率9.8％)，二次蒸汽通过汽提塔2的下端蒸汽入口25进入汽提塔2内维持汽提蒸氨过程，再沸器3冷凝水出口排出氨、水混合冷凝水(浓度为4.3％)；

(4)氨、水混合冷凝水排入闪蒸罐4中气液分离，得到降温冷凝水和氨、水混合蒸汽；

(5)步骤(4)获得的降温冷凝水从氨提浓塔5中上端的液相入口51通入氨提浓塔5，步骤(4)获得的氨、水混合蒸汽从氨提浓塔5下端的气相入口52通入氨提浓塔5；

(6)将低压蒸汽通过低压蒸汽入口通入氨提浓塔5中进行提浓，氨提浓塔5塔顶获得的蒸汽进入冷凝器7冷凝，得高浓度氨水(浓度15％的高纯氨水)，塔底得脱氨氮氨水，脱氨氮氨水返回步骤1中，与待处理的氨氮废水混合后进入预热器1中。

氨提浓塔的蒸汽消耗量为2100kg/h，蒸汽压缩机运行功率300kw，循环冷却水消耗380m³/h，总体蒸汽消耗减少68％。