某渗沥液厂氨吹脱预处理工艺运行现状浅析_邵俊.pdf

202313工艺与设备141Modern Chemical Research当代化工研究202313工艺与设备141Modern Chemical Research当代化工研究某渗沥液厂氨吹脱预处理工艺运行现状浅析邵俊 黄皇 秦胜男（上海老港废弃物处置有限公司 上海 202106）摘要：垃圾填埋场老龄渗滤液具有高氨氮、低碳氮比的特点，在预处理过程中脱除部分氨氮，能有效减少后续处理碳源的使用。本文介绍了氨吹脱预处理工艺处理高氨氮废水的内在机理，并结合实际工程分析了氨脱出效果，结果表明经氨吹脱后，渗滤液中氨氮去除率75%以上，脱除的氨作为碳酸氢铵回收，回收率80%，产品纯度98%，是优质的无机氮肥；氨吹脱项目投产后单线运行可使吨水处理成本降低25%，满负荷运行可使吨水处理成本降低50%。此外，也结合运营过程，分析氨吹脱技术在渗沥液处理工艺中存在的问题，并给出了相应的优化建议。关键词：垃圾渗沥液；氨吹脱；问题；优化中图分类号：X703 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.13.047Analysis on the Operating Status of Ammonia Stripping Pretreatment Processin a Leachate Treatment PlantShao Jun,Huang Huang,Qin Shengnan(Shanghai Laogang Waste Disposal Co.,Ltd.,Shanghai,202106)Abstract：The mature landfill leachate has the characteristics of high ammonia nitrogen and low carbon nitrogen ratio.During the pre-treatment process,part of the ammonia nitrogen is removed,which can effectively reduce the addition of carbon sources for subsequent treatment.This article introduced the internal mechanism of ammonia stripping pretreatment process for treating high ammonia nitrogen wastewater,and analyzed the ammonia stripping effect in combination with practical projects.The results showed that after ammonia stripping,ammonia nitrogen removal rate was above 75%,and ammonia was subsequently recovered as ammonium bicarbonate,with a recovery rate of 80%and a purity of 98%.Then which ammonium bicarbonate could be used as high-quality inorganic nitrogen fertilizer.After the ammonia stripping project was conducted,the treatment cost of per ton leachate could reduce by 25%and 50%with single line operation and full load operation,respectively.Whats more,the study demonstrated the operational effectiveness and problems of ammonia stripping technology in leachate treatment process.Finally,corresponding optimization suggestions were given.Key words：leachate；ammonia stripping；problems；optimization引言垃圾渗滤液是垃圾在堆放和填埋过程中由于长时间的发酵再加上降雨、地表水和地下水浸泡达到填埋体饱和水量，并经历垃圾层和覆土层而滤出的高浓度有机废水。垃圾渗滤液成分复杂，不仅含有大量的有机物质，还含有高浓度的氨氮和有毒有害的污染物1-2。常见渗滤液处理主要包括生物处理技术、物化处理技术，而老龄渗滤液具有高氨氮、低碳氮比的特点，对于传统以生物处理为核心的渗滤液处理工艺，长时间累积的总氮会影响系统的处理效率，总氮难以去除一直是工程应用中的难题3。因此，为了确保后续生化处理系统稳定高效运行，减少生化处理阶段的碳源投加量，在生化处理系统之前增设脱氮预处理工艺来高效、经济地去除渗滤液中的氨氮是必需的4。在垃圾渗滤液预处理脱氮工艺中，氨吹脱是应用最多的工艺之一，具有操作简单、系统运行稳定、氨氮去除率高等特点5-6。本文通过介绍氨吹脱工艺原理并结合某渗沥液厂项目中的实际案例来分析氨吹脱工艺的优点与不足，并提出优化方向及措施。1.氨吹脱工艺的原理与流程(1)氨吹脱原理汽提脱氨技术也被称为氨吹脱技术（以下简称“氨吹脱”），其原理是依据亨特定律将载气通入渗沥液中与液体充分接触，并利用NH3-N在碱性条件下主要以游离氨NH3的形式存在的特性，将渗沥液中的NH3从液相向气相转移，并随载气吹脱出来，达到气液分离的效果。在吹脱过程中，对渗沥液pH、吹脱温度、气体通入量、水力停留时间等参数的控制非常重要。溶液中的铵根离子（NH4+）和游离氨（NH3）可相互转化，存在离子间的化学平衡关系，如式（1）所示：NH3+H2ONH4+OH-（1）相比于其他脱氮技术，该技术具有工艺简单、氨氮脱除率高、可降低后续生化处理中碳源投加量，节省渗沥液处理成本等优点。(2)氨吹脱工艺流程上海老港某渗沥液厂的氨吹脱项目是在中国大陆范围内首个将氨吹脱技术应用在规模化、大体量处理渗沥液的实践案例，自2018年2000t/d系统建成投运以202313工艺与设备142Modern Chemical Research当代化工研究202313工艺与设备142Modern Chemical Research当代化工研究来，各项运行指标基本达到设计要求，且脱除的氨气通过回收碳化装置得到了高效的资源回收利用，大大降低了渗沥液的处理成本。该项目运行进水COD在25004000mg/L左右，氨氮20004000mg/L，C/N1。用传统生化处理工艺处理该渗沥液需要投加大量碳源来调整C/N比，吨水处理成本太高。考虑到渗沥液厂的可持续发展能力，该厂在2017年引进了400t/d氨吹脱预处理系统作为中试，并在一年后扩建了2000t/d氨吹脱预处理系统进行正式投用。图1 上海老港某渗沥液厂氨吹脱项目工艺流程图该氨吹脱系统的工艺流程如图1所示，垃圾渗滤液自界区外进入界区内的集水罐均质均量后，由解析提升泵提升进入预热器，经过预热升温至5060后进入解析反应塔解析出二氧化碳和废水中的钙镁离子反应生成钙盐析出并沉淀于解析塔底部污泥槽内。蒸汽先进入汽提脱氨塔，自下而上运动，与含氨废水进行气液相平衡交换后，经汽提脱氨塔塔顶进入解析反应塔1或解析反应塔2底部，自下而上运动后，自解析塔顶进入冷凝器，少量冷凝液回流，氨气通过抽氨混合器进入碳化回收塔，在塔内和外界通入的二氧化碳反应，生成碳酸氢铵溶液，随着氨气和二氧化碳的不断反应，碳酸氢铵溶液浓度越来越高，最后超过饱和浓度，碳酸氢铵晶体析出，后通过离心机分离掉母液后，用包装机包装存放库房。本项目氨吹脱系统其设计进水及出水指标如表1所示。表1 设计进出水及出水指标表序号名称单位设计进水水质设计出水水质去除率/%1NH3-Nmg/L3500875752TNmg/L43001675613pH-7.88.27.58.5-4SSmg/L10008000-5总碱度mg/L600015000-6回收物碳酸氢铵当150的蒸汽作为吹脱载气从解析塔底部通入，自下而上与渗沥液充分接触加温渗沥液并将渗沥液中的CO2、钙镁离子解析出来反应生成钙盐析出，从而提高渗沥液的pH值，其原理方程式为（2）（3）：2HCO3-CO32-+H2O+CO2 （2）CO32-+H2OHCO3-+OH-（3）在碳化塔中氨气与二氧化碳以及水在一定条件下合成液态碳酸氢铵，其合成原理为（4）（6）：吸氨过程（水吸收氨气制成氨水）NH3+H2ONH3H2O （4）碳化过程氨水吸收二氧化碳进行碳酸化得碳酸铵：2NH3H2O+CO2(NH4)2CO3+H2O （5）碳酸铵溶液再吸收二氧化碳生成碳铵：(NH4)2CO3+CO2+H2O2NH4HCO3 （6）合成后的碳酸氢铵固液混合质再由出料泵输送到晶浆罐内进一步冷却析出更多碳酸氢铵晶体，最后经过离心机离心脱水成纯度将近98%的碳酸氢铵固体由输送装置送入包装设备进行打包。此脱氨系统还配备了尾气收集系统，将碳化塔、离心机以及包装设备中逃逸出来的氨气进行收集并集中处理，确保了在处理过程中产生的逃逸氨气不会对周边环境造成二次污染。2.氨吹脱工艺的实际运营情况及问题(1)实际运营情况该渗沥液厂的氨吹脱项目自2018年2000t/d系统建成投运以来，各项运行指标基本达到设计要求，且脱除的氨气通过回收碳化装置得到了高效的资源回收利用，降低了渗沥液的处理成本。图2 氨吹脱系统进水氨氮浓度通过图2可看出，氨氮进水浓度在23002900mg/L左右，月平均氨氮进水浓度为2612mg/L，水质颇为平稳。图3显示出水氨氮浓度在300mg/L至900mg/L之间波动，月平均出水浓度为577mg/L，影响氨吹脱出水水质202313工艺与设备143Modern Chemical Research当代化工研究202313工艺与设备143Modern Chemical Research当代化工研究的因素有很多，如pH、温度、吹脱时间、水量负荷、曝气量、气液比等。图4显示氨氮脱除率基本在65%85%之间，月平均去除率为77.9%，出水氨氮浓度及去除率均达到表1中设计进出水及出水指标。图3 氨吹脱系统出水氨氮浓度图4 氨吹脱系统氨氮去除率另据不完全统计，该氨吹脱项目中的碳酸氢铵回收率在80%左右，产品纯度基本在98%左右，可以作为优质的无机氮肥。氨吹脱项目投产后单线运行可使吨水处理成本降低25%，满负荷运行可使吨水处理成本降低50%左右。(2)实际运营出现的问题系统是用高温蒸汽作为载气来吹脱氨气的，所以对蒸汽的依赖性较大，目前蒸汽是由第三方沼气发电厂的余热锅炉提供，一旦供气方出现设备故障、停机保养或者蒸汽含水较高等情况，都会影响氨吹脱系统的脱氮效率，严重情况下甚至会导致停机；在冬季运行过程中，由于环境温度过低，会导致暴露在室外的管道内结晶堵塞问题频发，需要经常用蒸汽进行吹扫除垢，一旦吹扫不及时或吹扫时间不够就会导致系统运行不正常甚至停机；包装车间在下料时存在氨逃逸情况，由于氨气遇到空气中的水分呈弱碱性并具有腐蚀性，现场的气缸和阀门由于长期暴露在氨气环境下加速腐蚀，使用周期被大大缩短；由于该系统工艺结构和设备的特殊性，每隔一段时间需停机检修一次，每次视情况停25天，频率较高。而且在氨吹脱检修期间后端MBR生化系统氨氮负荷会突增，影响生化系统的生物平衡性。3.氨吹脱工艺的优化方向围绕实际工程运行问题，该氨吹脱工艺可以从以下几个方面进行优化：（1）寻找替代载气，例如：热空气、热CO2等。或自供蒸汽，加装一套沼气锅炉，利用填埋沼气或者垃圾发酵沼气燃烧供热，这样可以方便随时根据氨吹脱系统的需求来调整蒸汽供应量和质量。（2）对暴露在室外的