含氨冷凝水脫氨工藝的研究

鄧 強，熊澤華，邱常義，劉賢琪，李春林

(江西晶昊鹽化有限公司，江西 宜春 331200)

江西晶昊鹽化有限公司自36萬t/a純堿的全鹵制堿裝置于2018年7月建成投產(chǎn)后形成了鹽堿鈣循環(huán)經(jīng)濟模式；全鹵制堿裝置每噸純堿耗鹵水5 m3、同時產(chǎn)生淡鈣液10 m3；制堿的淡鈣液和制鹽乏水全部注井采鹵，采出的低硝鹵水為純堿裝置制堿原料、高硝鹵為鹽硝聯(lián)產(chǎn)裝置制鹽原料、鈣鹵為鹽鈣聯(lián)產(chǎn)裝置制鹽原料，實現(xiàn)鹽堿鈣聯(lián)合法生產(chǎn)模式。鹽堿鈣聯(lián)合生產(chǎn)法打破了公司多年制鹽生產(chǎn)的水平衡；鹽堿鈣聯(lián)合生產(chǎn)法的制鹽冷凝水含有少量的氨，冷凝水含氨大大限制其作為工業(yè)水使用的適用范圍，制約著冷凝水的循環(huán)利用，另國家對廢水中殘留氨氮的要求越來越高，該制鹽冷凝水含氨量也達(dá)不到外排水指標(biāo)。水平衡成為困繞公司生產(chǎn)穩(wěn)態(tài)運行的瓶頸。將鹽堿鈣聯(lián)合生產(chǎn)法制鹽冷凝水脫氨到4 ppm以下達(dá)到工業(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn)，擴大制鹽冷凝水使用的適用范圍，代替工業(yè)水循環(huán)利用，減少工業(yè)水總輸入量，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡。

1 含氨冷凝水脫氨工藝

1.1 含氨冷凝水成分

鹽堿鈣聯(lián)合法生產(chǎn)制鹽二次冷凝水除保持制鹽冷凝水的特點外，還含有少量的氨(氨氮含量30～120 mg/L)，有機物含量低，屬于高氨氮低COD水，該冷凝水除了氨氮含量較高外，其它物質(zhì)含量較低且達(dá)到了工業(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn)，主要成分如表1。

表1 含氨冷凝水成分

1.2 工藝的關(guān)鍵技術(shù)

在含有氨氮的溶液中加入次氯酸鈉(NaClO)后，次氯酸鈉、次氯酸根離子能夠與水中的氨反應(yīng)產(chǎn)生一氯胺、二氯胺和三氯胺。由于三氯胺在pH<5.5 條件才能穩(wěn)定存在，并且在水中溶解度很低(10～7 mol/L)，所以在天然水溶液中，三氯胺幾乎不存在[6]。相關(guān)機理反應(yīng)式如下。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

總反應(yīng)式為：

(6)

2 試驗過程

2.1 次氯酸鈉用量的確定

分別取5個20 L塑料桶，每桶放置10 L含氨冷凝水，在相同反應(yīng)時間內(nèi)通過不斷調(diào)節(jié)次氯酸鈉用量，含氨冷凝水脫氨率如圖1。

次氯酸鈉用量,mL圖1 次氯酸鈉用量圖

通過優(yōu)化計算，每立方冷凝水中的最佳加入NaClO公式如下：

式中：VNaClO——除氨反應(yīng)中需加次氯酸鈉的體積，L；

V鹵水——含氨冷凝水體積，m3；

TNH3——測得富余冷凝水的總氨含量，mg/L;

ωCl——次氯酸鈉的有效氯含量，mg/L。

按總反應(yīng)式進(jìn)行計算，將氨氮氧化成氮氣，理論上n(Cl2/NH3-N)應(yīng)為1.5(質(zhì)量比為7.6∶1)，但實際應(yīng)用中常因為有機物的存在會消耗部分有效氯，實際消耗的有效氯將高于理論值。通過系列實驗室研究和工業(yè)試產(chǎn)得到一個較為準(zhǔn)確的數(shù)值12.5～13∶1。

2.2 反應(yīng)時間的確定

分別取3個20 L塑料桶平行實驗，每桶放置10 L含氨冷凝水，分別加入13：1的脫氨劑(次氯酸鈉)，加入次氯酸鈉開始計時開啟攪拌，按照攪拌時間取樣測試，含氨冷凝水脫氨率如圖2。

時間,h圖2 含氨冷凝水脫氨率

通過實驗室試驗優(yōu)選發(fā)現(xiàn)脫氨劑加入后前期反應(yīng)速率較快，反應(yīng)時間1 h后，反應(yīng)速率變慢，到反應(yīng)至2 h后，脫氨效果不明顯?？紤]到成本和時間問題，脫氨最佳的反應(yīng)時間為2 h。

2.3 工藝流程

將實驗室方法放大至工業(yè)上，研發(fā)了高效去除氨氮的工藝方法——次氯酸鈉氧化除氨氮工藝；該工藝技術(shù)具有運行技術(shù)參數(shù)穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量高、反應(yīng)時間短、操作簡便、現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施利用率高、建設(shè)投資省、建設(shè)用地少等特點，經(jīng)過一系列工廠設(shè)備試運行達(dá)到了較理想效果。

1)次氯酸鈉溶液至次氯酸鈉桶A/B暫存，制鹽冷凝水用泵經(jīng)管道輸送至冷凝水桶C暫存；

2)在次氯酸鈉桶取次氯酸鈉樣檢測次氯酸鈉有效濃度，在冷凝水桶C取冷凝水樣檢測氨含量，通過冷凝水桶C的液位計得到冷凝水液位高度；

3)用監(jiān)測的冷凝水桶液位高度與直徑、冷凝水氨含量、次氯酸鈉濃度，及冷凝水除氨目標(biāo)值計算次氯酸鈉加入量；

4)用次氯酸鈉泵將次氯酸鈉溶液經(jīng)流量計計量后加入到冷凝水桶C內(nèi)，開啟冷凝水桶C攪拌裝置攪拌，使次氯酸鈉與氨反應(yīng)；

5)反應(yīng)2 h冷凝水桶C的冷凝水樣檢測氨含量，氨含量檢測達(dá)標(biāo)合格后用冷凝水轉(zhuǎn)料泵轉(zhuǎn)料至冷凝水桶B，再用冷凝水泵輸送至用戶代替工業(yè)水使用。

2.4 含氨冷凝水的利用

處理后的冷凝水可以有很多方向的應(yīng)用：如鹽、硝干燥床濕式除塵器完全可以用處理后冷凝水代替清水除塵；還有廁所及地面沖洗也可改用冷凝水，節(jié)約清水用量；鍋爐蒸汽用水也可用回收冷凝水代替自來水；各泵、風(fēng)機、冷渣機等設(shè)備冷卻用二次冷凝水，回收至冷卻水池經(jīng)過風(fēng)冷涼水塔冷卻后循環(huán)利用，實現(xiàn)了設(shè)備冷卻水的閉路循環(huán)，通過工業(yè)清水的循環(huán)利用可以減少取水及排放費用。

3 結(jié) 語

將鹽堿鈣聯(lián)合生產(chǎn)法制鹽冷凝水脫氨到4 ppm以下達(dá)到工業(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn)， 擴大制鹽冷凝水使用的適用范圍，代替工業(yè)水循環(huán)利用，減少工業(yè)水總輸入量，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡。目前每天超2 000 m3富余冷凝水經(jīng)次鈉脫氨達(dá)標(biāo)后實現(xiàn)富余冷凝水脫氨達(dá)標(biāo)重復(fù)再利用，較好地解決水平衡矛盾，為公司持續(xù)穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)提供保障，提高水資源的循環(huán)使用率、減少取水量及減少污水、懸浮物排放量，是實現(xiàn)全面貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)的具體體現(xiàn)，實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。