噴淋式飽和結(jié)晶器處理滲瀝液吹脫氨制備硫酸銨結(jié)晶的試驗探索

梁順文，張 攀，陳 石

（深圳市下坪固體廢棄物填埋場，廣東 深圳 518000）

滲瀝液氨吹脫尾氣是垃圾填埋場主要臭源之一［1］，深圳市下坪固體廢棄物填埋場采用硫酸吸收的技術(shù)將工藝中排放至大氣中的氨氣吸收后制成硫酸銨溶液，外運至肥料廠綜合利用［2］。雖然大氣環(huán)境的問題得到解決，但存在液態(tài)運輸成本不經(jīng)濟、再利用途徑過窄的缺點。為了優(yōu)化現(xiàn)有工藝，尋求一種集成度高的含氨尾氣吸收和回收工藝，設計完成噴淋式飽和結(jié)晶器代替原有酸洗塔進行吸收，使含氨尾氣吸收和硫酸銨結(jié)晶在同一設備中一次完成，可有效解決垃圾滲瀝液氨吹脫尾氣吸收后回收的硫酸銨產(chǎn)量較小，廠區(qū)用地有限等問題，實現(xiàn)流程簡、成本低的目標。此試驗旨在驗證此設計的可靠性，并得到可供今后工程化運行的相關(guān)參數(shù)、產(chǎn)品的質(zhì)量及運行中可能出現(xiàn)問題的解決方案。

1 試驗方法

1.1 試驗工藝流程

本試驗是在現(xiàn)場進行，規(guī)模為工程化的1/40，所利用的含氨尾氣取自垃圾滲瀝液處理工藝中氨吹脫部分，由風機鼓入噴淋式飽和結(jié)晶器，在飽和結(jié)晶器中由含硫酸母液吸收，達到過飽和后，產(chǎn)生結(jié)晶，待晶比達到一定程度后由隔膜泵泵至結(jié)晶槽，再經(jīng)離心機離心脫水后打包，見圖1。

圖1 硫酸銨結(jié)晶試驗工藝流程

1.2 主要設備

飽和結(jié)晶器，F(xiàn)S型塑料離心泵，三相異步電動機，S600型三足式離心機，英格索蘭ARO66605J-3EB型隔膜泵，V-0.67/7型空氣壓縮機，TD2000B3型超聲波液位計，結(jié)晶貯槽（自制），在線pH計、超聲波液位計、比重計、在線溫度計、水銀溫度計、風速儀、微量滴定管、分光光度計、電熱恒溫干燥箱等。

1.3 主要原材料

氨尾氣氣量5 000 m3/h，氨含量0.65 g/m3，吸收效率60%（按照目前試驗設備情況）；98%工業(yè)用濃硫酸；40%硫酸銨母液。

1.4 主要指標的測試方法

1） 母液pH：TDI在線pH計，雷磁3800型pH計，配合以廣泛pH試紙和精密pH試紙。

2） 母液酸度：0.05 mol/L NaOH溶液滴定（化工行業(yè)硫酸銨回收通用測定方法）。

3）母液溫度及環(huán)境溫度：XMZ型在線溫度計及水銀溫度計。

4）母液密度：比重計。

5）母液氮含量：納氏試劑分光光度法。

6） 風筒中壓差：U形管及ZQRS-B30J型風速儀（GB/T 18204.15—2000公共場所風速測定方法）。

7） 風速：ZQRS-B30J型風速儀 （GB/T 18204.15—2000公共場所風速測定方法）。

8）結(jié)晶器液位：使用超聲波液位計實時監(jiān)測。

9）硫酸銨氮含量：納氏試劑分光光度法。

10） 硫酸銨游離酸含量：0.1 mol/L NaOH溶液滴定（參照GB 535—1995硫酸銨游離酸含量的測定容量法）。

11） 硫酸銨含水率：恒溫干燥箱（105±2） ℃干燥至恒質(zhì)量（參照GB 535—1995硫酸銨水分的測定重量法）。

2 影響結(jié)晶的因素分析

2.1 溫度的控制

2.1.1 母液最低溫度的控制

根據(jù)飽和器母液液面上蒸汽分壓PL和母液液面上氨尾氣蒸汽分壓Pg的平衡關(guān)系確定。

當母液中硫酸銨含量按45%及酸度為4%時可求得母液中硫酸銨的含量V為81.8 g/100 g和母液中游離酸含量S為7.27 g/100 g，則按照PL=P0（1-0.002 35V-0.004S），求得PL為 0.78 Pa。

P0與母液溫度有關(guān)，母液最低溫度應使PL=Pg，則求得：

查飽和蒸汽壓表，其溫度應為20℃，此溫度即是飽和母液所需的最低溫度。

2.1.2 結(jié)晶過程母液適宜溫度的控制

實際上飽和器內(nèi)母液溫度應比最低溫度高，因母液內(nèi)水的蒸發(fā)需要蒸發(fā)推動力，即△P=PLPg。此外，由于尾氣在飽和器內(nèi)停留時間短，不可能達到平衡，所以實際上母液液面上的蒸汽分壓（kPa） 應為：

式中：K為偏離平衡系數(shù)，其值為1.3～1.5，這里取1.5。

則PL=2.48 kPa，P0=3.18 kPa。

查飽和蒸汽壓表，得到相應的溫度為29℃，此溫度為飽和器母液適宜溫度，此值是符合生產(chǎn)正常情況的。

2.2 結(jié)晶過程pH的控制

母液酸度對結(jié)晶粒度的影響見圖2。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是當其他條件不變時，母液的介穩(wěn)區(qū)隨著酸度增加而減小，不能保持有利于晶體成長所必需的過飽和度。另外，隨著酸度的提高，母液黏度增大，增加了硫酸銨分子擴散阻力，阻礙了晶體的正常生長。

圖2 母液酸度對硫酸銨粒度的影響

在試驗的運行過程中，母液的pH控制在2～4。在這個范圍內(nèi)，母液吸收氨氣效率高、不會產(chǎn)生大量的酸式鹽，并且不會有大量的雜質(zhì)析出而影響產(chǎn)品的品質(zhì)。

一般情況下，飽和結(jié)晶器生產(chǎn)工藝將母液酸度控制在3%～4%，母液酸度與pH（理論pH及實際pH）的關(guān)系見圖3（因試驗儀器原因，實際pH可能存在誤差）。

圖3 母液酸度與pH（理論pH、實際pH）的關(guān)系

由圖3可知，飽和結(jié)晶器在正常生產(chǎn)過程中應控制pH范圍為2～3，實際運行過程中一般控制在2～4。在后期試驗中發(fā)現(xiàn)，在該pH范圍內(nèi)所得產(chǎn)品氮含量≥20.0%，游離酸含量為0.02%～0.08%，完全可以達到GB 535—1995硫酸銨中對氮含量及游離酸含量的優(yōu)等品標準。

2.3 風速（風量）對結(jié)晶的影響

風速約7.5 m/s，最大8.04 m/s，最小6.1 m/s；換算為風量則為3 391.2 m3/h，最大3 635.37 m3/h，最小2 758.18 m3/h。變化情況見圖4。

圖4 試驗過程中風速、風量變化情況（改造后）

由試驗數(shù)據(jù)可知，隨風量的增大，吸收效率的提高，硫酸銨的生成速率也隨之提高。

2.4 離心分離和水洗

離心分離和水洗效果對硫酸銨的游離酸含量以及水分含量影響很大，這就要求放入離心機的料漿流量和料漿的濃度保持穩(wěn)定，否則離心機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)料層厚度很難均勻，影響分離效果。

隨離心脫水時間的增加，硫酸銨含水率逐漸降低（見圖5）。但離心脫水12 min硫酸銨含水率為0.835%，脫水15 min硫酸銨含水率為0.840%，沒有再降低的趨勢。此含水率可達到GB 535—1995硫酸銨中合格品標準（含水率≤1.0%）。

圖5 離心脫水時間與硫酸銨含水率的關(guān)系

由圖6可知，當洗水量在12%以下時，硫酸銨游離酸含量隨洗水量的增加而直線下降。洗水量大于12%時，則下降緩慢。當洗水量增加至22%以上時，離心機離心后硫酸銨的含水量增加。另外，水洗量過多也會破壞飽和器的水平衡。因此離心機的洗水量應不大于硫酸銨質(zhì)量的12%。在試驗過程中，母液總量較少，pH控制較為容易，硫酸銨產(chǎn)品的游離酸含量較少，因此，在離心脫水過程中未采用水洗措施。

圖6 離心機洗水量與硫酸銨游離酸含量及硫酸銨含水率的關(guān)系

2.5 母液循環(huán)和密度

母液循環(huán)的目的是使結(jié)晶器內(nèi)的母液得到充分的攪拌，以提高傳質(zhì)速率。同時盡量使結(jié)晶器內(nèi)母液酸度和溫度均勻，并使細粒結(jié)晶在母液中呈懸浮狀態(tài)，以便延長其在母液中的停留時間，這些均有利于結(jié)晶長大，另外也起到了減輕結(jié)晶器內(nèi)堵塞的作用。

經(jīng)測定，母液溫度為38℃時，飽和母液的密度為1 253～1 255 g/L。

2.6 晶比

晶比達到10%～15%時開始抽取晶體較為合適。

3 結(jié)論

1）氨氣經(jīng)吸收后以硫酸銨晶體的產(chǎn)品形式生產(chǎn)，吸收母液最佳濃度應在40%左右。

2）本試驗證明通過飽和結(jié)晶器法生產(chǎn)硫酸銨是可行的，結(jié)晶工藝相關(guān)參數(shù)初步確定為：吸收母液pH為2～4，母液溫度應控制在30℃左右，晶比為10%～15%時抽取晶體，離心脫水時間為15 min。

3）增加一路清水沖洗管路，清洗堵塞噴頭，防止因噴頭堵塞影響正常生產(chǎn)；除沫層增加清水沖洗管路，防止除沫層被結(jié)晶堵塞；增加母液攪拌裝置，利于母液濃度、酸度均勻，有利于結(jié)晶長大，同時可防止底部出料口被結(jié)晶堵塞；增加恒溫裝置，防止因母液溫度變化而產(chǎn)生大量結(jié)晶影響正常生產(chǎn)，防止結(jié)晶器壁上產(chǎn)生結(jié)晶。

4）離心脫水時增加洗水程序，可有效降低游離酸含量。

［1］鐘振洋，周啟祥.垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，1999，12 （2）：45-49.

［2］吳方同，蘇秋霞，孟了，等.吹脫法去除城市垃圾填埋場滲濾液中的氨氮［J］.給水排水，2001，27（6）：20-24.