专利名称：：处理废气和污水的方法
技术领域：
：本发明涉及处理废气和生产肥料时的含氨污水的方法。废物的焚烧设备、锅炉和其它类型的燃烧设备的废气根据废物的性质及燃料类型和焚烧或燃烧条件常含较高的SOx、NOx和其它对人、动物和家禽有潜在危险的空气污染物。含SOx废气通常用使用熟石灰作为吸收剂的干法或湿法处理。含NOx废气通常用使用氨作为将NOx分解成无害水和氮气的还原剂的技术来处理。按照近来的成场(field-proven)法，含SOx或NOx废气用电子束来处理以产生活性物(OH，O和HO2)，活性物氧化SOx和NOx分子分别成为硫酸和硝酸，由于伴生的氨而生成铵化合物(硫酸铵和硝酸铵)，它们随后从废气中分离出来。该方法不仅能同时除去SOx和NOx而且也能生产用作肥料的付产物硫酸铵和硝酸铵。因为这些优点，该方法作为防止空气污染的全新技术而引起人们的注意。但该方法的问题在于氨的高需求量，因为氨是处理SOx及NOx必需的。在处理含SOx和/或NOx废气方法的先有技术中，该方法包括在氨存在下用电子束辐照废气以生产(NH4)2SO4和/或NH4NO3，对上述方法的改进建议在技术“在辐照后的废气上喷冷却水，以调节灰尘收集器出口处的废气温度”(USPatentNO.4,882,020)；在技术“将反应器的废气以不高于10m/sec的流速加入，直至到达付产品收集器，以抑制付产品在管内的粘接”(USPatentNo.4,961,830)；在技术“将所得的含细颗粒产品的气体流过静电沉淀器并将由静电沉淀器除去颗粒的气体加到机械过滤器”(USPatentNo.4,969,984)；在技术“为降低氨的泄漏，加除氨以外的粉末碱性物质，其中加入的碱性物的量等于或大于根据由于缺乏氨而未反应的SOx和NOx浓度确定的量”(USPatentNo.5,041,271)；和在技术“废气在两个相邻电子束辐照区之间的非辐照区的停留时间为0.01-0.5秒”(USPatentNO.5,244,552)。当热废气用电子束处理时，它们必须用适当的方式如冷却水冷到规定的温度，因此上述方法对工业水不能获得或很昂贵地获得的地区实际上是不可行的。含氨废气以两种形式产生无机液体废物如由制备肥料或颜料产生的和有机液体废物如生产焦炭产生的废水，人类尿，家畜或家禽产生的为水，食品加工废水和发酵工业废水。在这些类型的废水中的氮是过肥化的起因(“红潮”(redtide)或“蓝潮”(bluetide)，它引起了水封闭体相当大的破坏，因而需除去这些地区的废水中的氮，因此在几个地区已建造了有除氮能力的废水处理设备。具体地说，有机液体废物如人类尿，家畜或家禽产生的废水，食品加工废水和发酵工业废水含高含量的有机物且有较高的BOD含量，因而对水接收体施加了过分的污染负担。除了氮之外，有机液体废物含高含量的磷，它是加速过肥化过程的因素。生物脱氮在日本常用作除氮方法。另一种有效地除氮方法是氨汽提法，与生物脱氮方法相比，氨汽提需要简单的汽提设备且能在极短时间内从水中分离氨。尽管有这些优点，氨汽提法在实践中很少使用，理由如下在生物脱氮法中，氨最终分解成无害的氮和水，但在氨汽提法中，氨仅仅从水中分离出来，因此必须用另一个需巨额投资和高操作费用的系统随后来分解。教导了氨汽提法的一份先有技术文献是G.Saracco和GGenoh，HighTemperatureAmmoniaStrippingandRecoveryFromProcessLiquidwastes，JournalofHazardousMaterials，37(1994)，191-206，它公开了氨被排出并从含氨废水中除去，和排出后的氨作为硫酸铵回收。人粪尿和家畜或家禽粪便含高含量的有机物和氮。从能耗角度看，用厌氧消化系统比用需氧法(如活性污泥处理法)处理这种液体废物更经济。但在厌氧消化中，大部分有机物(BOD源)被转化成甲烷气，因而对上清液进行生物脱氮不是经济易行的，虽然详细理由未提及。考虑到它的性质，上清液适合用氨汽提法脱氮，但由于上述理由该方法很少在工业中使用。另一个问题是在厌氧消化槽中生成的甲烷气含较高量的硫化氢(约10000ppm)，因而它的后续利用要求安装需定期替换的脱硫器。有机液体废物中的磷通常用生物处理与凝结混合法处理，凝结是在加铝或铁基酸性无机絮凝剂的酸性条件下引起的。该方法的问题是如果在生物处理后的水中有残留氨，它的碱性提高因而需再加絮凝剂。另一个问题是因为产生大量的絮凝后的污泥且脱水很差，因而在其处理中有相当大的困难。因此，本发明的目的是提供解决在先有技术方法中遇到的问题的有效和经济的方案，所述先有技术方法涉及用电子束处理废气和处理含氨污水，且也生产可用作肥料的硫酸铵和/或硝酸铵，且任选制备含磷固体物。本发明所述的目的可用一种处理燃烧装置废气的方法来实现，该方法包括加氨到所述废气中，然后用电子束辐照所述废气，其特征在于所述氨的部分或全部用从含氨水中分离出的氨来供应。在一个实施方案中，含氨水是含有机废物的水，有机废物为如人和/或家养动物和家禽排泄的粪便，发酵工业液体废或物食品加工废水。在另一个实施方案中，含有机废物水被厌氧消化以将有机物转化成甲烷气和随后将氨从上清液中分离出来并用作供应的氨源。在第三个实施方案中，氨气用作燃烧装置的能源。在第四个实施方案中，含有机废物的水中的至少一部分有机废物被氧化分解，随后，将氨分离出来用作供应的氨源。本发明也提供一种实施上述方法的装置。图1是按照本发明处理烧煤热电厂锅炉废气及处理人粪尿的方法的平面流程图。图2是按照本发明另一个实施方案处理低pH废水的平面流程图。图3是按照本发明第三个实施方案处理烧煤热电厂锅炉的废气及处理人粪尿的平面流程图。本发明的一个实施方案是其用于烧煤热电厂锅炉的废气的处理及人粪尿的处理。现参照图1说明该实施方案。将人粪尿流体1(它为含氨水)加到预处理步骤2，在此将粗大固体物3除去；随后将人粪尿加到厌氧消化步骤4(由第一槽5和第二槽6组成)，在此绝大部分人粪尿1中的有机物被分解成甲烷，二氧化碳，水等，且生物气7(甲烷和二氧化碳)从水中转移到汽相中并离开厌氧消化步骤4以流入气体槽8。除了图1所示的双槽系统外，厌氧消化步骤4可使用任何其它已知技术如单槽消化和UASB(向上流动厌氧污泥罩)系统。厌氧消化步骤4最好用在38-40℃的中等水温下发酵来进行但生物气7也可在高温(55℃)或低温下发酵来进行。对于发酵时间，双槽消化15-30天可作为指导数字。在厌氧消化步骤沉积的消化后的污泥9可适当排出。溶解后的氨气在厌氧条件下不发生变化而是与消化后的上清液10一起加到氨汽提步骤11以进行常规的氨汽提(如水蒸汽汽提，空气汽提或减压蒸馏)并与水蒸汽一起转移到汽相。汽相中的氨12可直接加到废气处理步骤24，但另外，氨也可与水蒸汽一起加到冷凝步骤13，该步骤维持在足够低的温度以使其可作为氨水14来使用。欲加入到废气处理步骤24的氨的浓度和量随要处理废气的SOx和NOx浓度而变化，因而根据检测的SOx和NOx浓度来适当且自动调整加入氨的量。如需要高度浓缩氨水，氨汽提步骤或者用具有可用于溶剂等纯化的回流能力的常规精馏塔或用可循环进行氨汽提和冷凝的2级或3级浓缩器来实施。为进一步提高汽提氨后的水15中的BOD和其他残留有机组分的处理，汽提氨后的水可加到需氧生物处理步骤16如活性污泥处理中，虽然未示出，生物处理后的水17可进行物理化学处理如絮凝化处理，过滤或在活性炭上吸附，借此，可获得高清晰度的纯净处理水。在图1所示方法的另一条线上，煤进料18用作锅炉19的燃料，锅炉排出废气20，废气用电沉淀器21除去灰尘颗粒后在空气预热器22中与锅炉空气进行热交换，在冷却塔23中调整其温度，然后加到废气处理步骤24中，在此加入氨气或氨水14，废气用电子束产生器25的电子束26处理，因此获得铵化合物(硫酸铵和硝酸铵)。冷却塔23的温度控制在55-75℃。废气处理步骤24的温度不能唯一地确定，因为电子束辐照剂量随输入的SOx变化，但该温度通常在50-100℃。无须赘述，加入氨的量和副产物硫酸铵和硝酸铵的量随废气20中NOx含量变化而变化。废气处理步骤24中的气体可通喷冷却水来冷却；如果氨水作为冷却水加入，氨和冷却水可同时加入。氨化合物27用电沉淀器28和袋过滤器29来捕集，净化后气体30排到大气中。除了在有困难的情况下，可不用袋过滤器29。生物气7可用作锅炉19的热源。生物气7含有害气体如硫化氢但在本发明中，硫化氢被氧化成硫酸除去。锅炉19的水蒸汽31供给发电机。粗大固体物质3和消化后污泥9可脱水并混合以生产好的肥料。氨不仅能用氨汽提法而且也可用其它已知技术如电泳和膜分离技术(对液体和气体)来分离和浓缩。现在描述另一种方法，按该方法供给燃烧装置的氨水能由污水来生产。这种类型的液体废物通常在无机工业包括肥料、焦炭和颜料的制备中遇到。如果本发明用于处理清洗金属和其它类型含氨废水，这些废水由于污染物等的影响pH较低，则碱试剂如氢氧化钠，氢氧化钙和氢氧化镁必须加入以确保在整个氨汽提步骤中pH维持在碱性范围。现参照图2描述该实践的一个实施方案。将低pH(酸性)废水40的流体加到混合槽41中，加入碱试剂42直到废水pH移到碱性一侧，然后加到氨汽提步骤11。分离后的氨气12或者直接或者在冷凝步骤13冷凝后与伴生的水蒸汽一起加到废气处理步骤24以形成氨水14。汽提氨后的水15加到pH调节槽43中，用酸44中和，然后作为处理后的水45排到水源中。如果本发明方法用于人粪尿，家畜或家禽产生的废水，制造半导体废水、食品加工废水，发酵工业废水和其他类型含氨污水，它们也含酸性有机物如有机酸，存在的有机物可用生物处理或其它适合的方法预处理，这可在后续氨汽提步骤中维持所希望的碱性。该实施方案示于图1中，其中有机物用厌氧消化处理。为代替厌氧消化，处理有机物的其它已知技术也可使用如需氧生物处理(如活性污泥处理，需氧消化和生物膜体系)和湿法氧化。现在参照图3描述本发明第二个实施方案，它适用于处理烧煤热电厂锅炉废气及处理人粪尿。将人粪尿流体1(它为含氨水)加到预处理步骤2，在此将粗大固体物3除去；随后将人粪尿加到厌氧消化步骤4(由第一槽5和第二槽6组成)，在此绝大部分人粪尿1中的有机物被分解成甲烷，二氧化碳，水等，且生物气7(甲烷和二氧化碳)从水中转移到汽相中并离开厌氧消化步骤4以流入气体槽8。除了图3所示的双槽系统外，厌氧消化步骤4可使用任何其它已知技术如单槽消化和UASB(向上流动厌氧污泥罩)系统。厌氧消化步骤4最好用在38-40℃的中等水温发酵来下进行但生物气7也可在高温(55℃)或低温下发酵来进行。对于发酵时间，双槽消化15-30天可作为指导数字。在厌氧消化步骤4沉积的消化后的污泥9可适当排出。溶解后的氨气在厌氧条件下不发生变化而是与消化后的上清液10一起加到氨汽提步骤11以进行常规的氨汽提(如水蒸汽汽提，空气汽提或减压蒸馏)并与水蒸汽一起转移到汽相。如果需要，锅炉19的部分废气51可供到氨汽提步骤11，旁流过电沉淀器21，空气预热器22，冷却塔23，这对节约氨汽提所需的热能是有效的。通过加热降低氨蒸汽压是实现有效氨汽提的一个希望的方法。绝大部分旁流气体是由不可冷凝氮气组成的，因此优选直接供到废气处理步骤24，而无须流过冷凝步骤13。汽相中的氨12可直接加到废气处理步骤24，但另外，氨也可与水蒸汽一起加到冷凝步骤13，该步骤维持在足够低的温度下以使其可作为氨水14来使用。为进一步强化对离开氨汽提步骤11的氨汽提后水中的BOD和其它残留有机组分的处理，这些残留组分可加到需氧生物处理步骤16如活性污泥处理。生物处理后的水17进一步加到絮凝/分离步骤46，在此用铁或铝基酸性絮凝剂48处理以确保过肥化起因物-磷的完全的去除。在絮凝/分离步骤46产生的高水含量的絮凝后的污泥47为冷却的目的可加到冷却塔23中，这不仅有助于节约所需的冷却水的量，而且也有助于干燥絮凝后的污泥，而该污泥不易脱水，因而在其处理会遇到麻烦。因此，可生产高磷含量的固体肥料。无机絮凝剂48的例子不仅包括酸性物质而且也包括碱性物质如熟石灰和氢氧化镁。如果使用这些碱性无机絮凝剂，则絮凝后的污泥47将生产含磷固体肥料，这些肥料也含对土壤改良或调理有用的Ca，Mg和其他元素。在絮凝/分离步骤46中，可使用各种已知分离技术如沉降槽和超滤膜。离开絮凝/分离步骤46的水49通常在冷却塔23中用作冷却水。但如果该水NaCl含量较高，NaCl对疏菜和其它作物的耕作是有害的，则该水也可进行脱盐处理如反渗透或电泳处理以生产脱盐水，它可安全地用作冷却水。如果水49中的NaCl浓度合理地低，它可直接用作冷却水而无任何问题。生物处理步骤16获得的高水含量的剩余污泥50也可在冷却塔23中用作冷却水。剩余污泥50含有有机氮和磷，因此该污泥干燥后固化产品作为缓慢作用的氮和磷肥料是有效的。在图3所示方法的另一条线上，煤进料18用作锅炉19的燃料，锅炉排出废气20，废气用电沉淀器21除去灰尘颗粒后在空气预热器22中与锅炉空气进行热交换，在冷却塔23中调整其温度，然后加到废气处理步骤24中，在此加入氨水14，废气用电子束发生器25产生的电子束26处理，因此获得铵化合物(硫酸铵和硝酸铵)。下列实施例用来进一步说明本发明，但不能解释成是对本发明的限制。实施例1实施例1是实施图1所示方法。将温度为132℃的烧煤热电厂(30000kw)锅炉废气(100000m3/h)用电沉淀器除去灰尘颗粒，在空气预热器中与锅炉空气进行热交换，用3640kg/h冷却水在喷水完全蒸发型冷却塔中调整其温度为55-75℃，并加到废气处理步骤，在此加入氨或氨水，并用电子束发生器产生的电子束处理废气，以获得铵化合物(硫酸铵和硝酸铵)。废气中SOx和NOx的浓度分别为1800ppm和400ppm。电子束发生器是800KV×100mA×3单元。处理步骤中废气流速约为10m/s。加入的氨是从厌氧消化人粪尿获得的上清液分离出来的(12wt％)。将含4200mg/l氨性氮、在约20℃有11000mg/LBOD和14000mg/LSS的人粪尿(1400KL/day)加到预处理步骤，在此除去粗大固体物；随后，将人粪尿加到由第一槽(21000m3)和第二槽(21000m3)组成的双槽系统的厌氧消化步骤，在此，人粪尿中绝大部分有机物在37-38℃下被分解成甲烷，二氧化碳，水等。处理时间为30天。将溶解的氨与消化后的上清液一道加到氨汽提步骤以进行两级水蒸汽汽提器的浓缩。将汽相中的氨与水蒸汽一道加到冷凝步骤。加入的氨水的量根据检测出的SOx和NOx浓度来调整。为进一步强化氨汽提后水中BOD和其它残留有机化合物的处理，将其加到活性污泥处理的需氧生物处理步骤(稀释12倍)中，然后将所得水絮凝、过滤和在活性炭上吸收，因此获得更高清晰度的净化处理水。烧煤锅炉废气处理结果示出在表1，人粪尿处理结果示出在表2。从表1中数据可看出虽然在人粪尿中产生的氨水实际上作为唯一的氨源，但可除去至少80％的SOx排放物，同时，也可以除去NOx。从表2中数据可看出，除了强化了从人粪尿中除去BOD，CODcr和SS之外，也除去了至少80％的NH3-N。也可看出用作肥料的硫酸铵和硝酸铵也可生产且生物气能有效地节约加到锅炉中的煤。表1废气处理结果</tables>表2</tables>付产品硫酸铵20.7t/day硝酸铵O.34t/day生物气产量11，200m3/day生物气的利用相当于提供了热电厂锅炉能量需求的约3％。现在描述本发明另一个实施例，其中将含作为主要成分的氯化铵的工业废水进行活性污泥处理，随后按图2所示的平面流程图处理生产浓氨水。实施例2将含作为主要成分氯化铵的工业废水进行活性污泥处理，随后按图2所示平面流程图处理以生产浓氨水。将含5800mg/L氨性氮和4300mg/L乙酸的低pH(4.1)废水流体(800m3/day)加到容积为1500m3的活性污泥容积(包括沉降槽)。获得处理后的水pH为6.0，氨性氮含量为5700mg/L和乙酸含量为12mg/L。将处理后的水加到混合槽中，向其中加1350kg/day氢氧化钠以调节水的pH值到碱性侧(pH11)，然后加到2级浓缩氨汽提步骤。分离后的氨气在冷凝步骤与伴生的水蒸汽(30m3/天)一起冷凝以形成含15wt％氨性氮的氨水。汽提氨后的水氨性氮含量为32mg/L，pH7.7(通过加H2SO4调节)和BOD含量为22mg/L。实施例3实施例3是实施图3所示方法。将温度为132℃的烧煤热电厂(30000kw)锅炉废气(100000m3/h)用电沉淀器除去灰尘颗粒，在空气预热器中与锅炉空气进行热交换，用3.75m3/h冷却絮凝污泥(絮凝后污泥的浓度1.5wt％)在喷水完全蒸发型冷却塔中调整其温度为55-75℃，并加到废气处理步骤，在此加入氨水，并用电子束发生器产生的电子束处理废气，以获得铵化合物(硫酸铵和硝酸铵)。废气中SOx和NOx的浓度分别为1800ppm和400ppm。电子束发生器是800KV×100mA×3单元。处理步骤中废气流速约为10m/s。将含4100mg/l氨性氮、在约20℃水温下有11000mg/lBOD，14000mg/LSS和310mg/L磷的人粪尿(1400KL/day)加到预处理步骤，在此除去粗大固体物；随后，将人粪尿加到由第一槽(21000m3)和第二槽(21000m3)组成的双槽系统的厌氧消化步骤，在此，人粪尿中绝大部分有机物在37-38℃下被分解成甲烷，二氧化碳，水等。处理时间为30天。消化后的上清液与来自锅炉的水蒸汽和旁路废气(200000m3/h)一起加到氨汽提步骤中。汽提出的氨气与旁路废气和水蒸汽一道不流过冷凝步骤而加到废气处理步骤。加入的氨水的量根据检测出的SOx和NOx浓度来调整。为进一步强化汽氨提后水中BOD和其它残留有机化合物的处理，将其加到活性污泥处理的需氧生物处理步骤(稀释1.5倍)中，且通过加入3000mg/L的氯化铁进行生物絮凝处理(絮凝pH5.0)并用超滤膜进行分离，因此获得更清晰的净化处理后的水。烧煤锅炉废气处理结果示出在表3，人粪尿处理结果示出在表4。从表3中数据可看出虽然在人粪尿中产生的氨水实际上作为唯一的氨源，但可除去至少80％的SOx排放物，同时，也可以除去NOx。从表2中数据可看出，除了强化了从人粪尿中除去BOD，CODcr，SS和PO3-4-P之外，也除去了至少80％的NH3-N。也可看出全部都用作肥料的硫酸铵，硝酸铵和含磷固体物也可生产且生物气能有效地节约加到锅炉中的煤。表3废气处理结果<tablesid="table3"num="003"><tablewidth="884">处理前处理后SOx(ppm)1800290NOx(ppm)400300</table></tables>表4人粪尿处理结果<tablesid="table4"num="004"><tablewidth="700">人粪尿汽提氨后的水活性污泥处理后的水来自絮凝步骤的水BOD(mg/L)11000109013525CODcr(mg/L)--1200130SS(mg/L)13000-12015NH3-N(mg/L)4100750450440PO43--P(mg/L)310290170O.9</table></tables>付产品硫酸铵16.6t/day硝酸铵0.27t/day含磷固体物1.8t/day(P含量，11.2％)生物气产量11，200m3/day生物气的利用相当于提供了热电厂锅炉能量需求的约3％。本发明具有下列优点。(1)占用电子束辐照处理废气的装置操作费用绝大部分的氨气费用可减少或完全不需要。(2)从含氨污水中分离出来的氨在先有技术中很难处理，但在本发明中很容易进行，因而废气中的氨处理能用比先有技术更简单和更经济的方式来完成。另外，与废水处理结合使得脱硫和脱氮甚至在很难确保冷却水供应的地区能用电子束辐照来完成。(3)硫酸铵，硝酸铵和任选地含磷固体物，(它们都可用作肥料)能在一个方法中生产而无须使用任何复杂步骤如浓缩、形成和结晶。(4)在液体有机废物厌氧处理中产生的生物气能被有效地利用无须对其进行脱硫处理。(5)如果絮凝后的污泥用作冷却水，它能很容易地被干燥，尽管它本性难以脱水；另外，如果该方法用于处理含磷废水，可生产干燥的有高磷含量的固体物，它可用作肥料。权利要求1.一种处理燃烧装置废气和含氨污水的方法，包括(a)将有机含氨水的人粪尿流体加到预处理步骤以除去粗大固体物，然后加到厌氧消化步骤，在该步骤人粪尿中绝大部分有机物主要被分解成甲烷，二氧化碳和水，甲烷和二氧化碳从水中转移到汽相；(b)将溶解在水中的氨用氨汽提法回收到汽相中；(c)将汽相中的氨加到冷凝步骤以形成氨水；(d)将汽提氨后的水加到需氧生物处理步骤以进一步提高BOD和其它有机残留组分的处理；(e)将生物处理后的水加到絮凝处理步骤以形成含絮凝磷的水；(f)用电沉淀器除去使用化石燃料的燃烧装置的废气的灰尘颗粒；(g)将无灰尘颗粒的废气在空气预热器中与锅炉空气热交换；(h)将步骤(g)的废气用在步骤(e)中形成的含絮凝磷的水冷却；和(i)将冷却后的废气加到废气处理步骤，并将废气在由氨汽提步骤(c)获得的氨水的存在下用电子发生器产生的电子束辐照，以获得铵化合物。2.权利要求1的方法，其中将锅炉的部分废气在其于上述步骤(f)中用电子沉淀器除去灰尘颗粒之前加到氨汽提步骤。3.权利要求1的方法，其中在上述步骤(c)中的不可冷凝的氨被直接加到步骤(i)。4.权利要求1的方法，其中当在上述步骤(e)中回收的水NaCl含量较高时，将该水进行包括反渗透或电渗析的脱盐处理以生产脱盐水。5.权利要求1的方法，其中在上述步骤(a)中获得的甲烷气用作燃烧装置的能源。全文摘要一种处理燃烧装置废气的改进方法，包括加氨到废气中，然后用电子束辐照该废气，其特征在于所述的氨的部分或全部用含氨水的分离出的氨气来供应。含氨污气可含人和/或家畜和家禽排泄的粪便，发酵工业液体废料或食品加工废水。含有机废料的水可厌氧消化以将有机物转变成甲烷气和，随后氨从上层液分离出来并用作欲供应的氨源。甲烷气适合用作燃烧装置的能源。在有机污水中的至少一部分有机物可氧化分解，随后氨被分离用作欲供应的氨源。该方法能以有效经济的方式同时处理废气和含氨污水。文档编号B01D53/00GK1155521SQ9611851公开日1997年7月30日申请日期1996年11月27日优先权日1995年11月27日发明者藤村宏幸,铃木隆幸,山田纪夫,一木嘉元,林英生,前泽章彦申请人:株式会社荏原制作所