化工经济文章编号:1002-1124(2001)03-0042-03 旋转填料床处理氨氮废水的技术经济分析柳来栓　刘有智(华北工学院化学工程系　太原　030051) 摘　要:简要介绍了氨氮废水治理技术,在处理量为100L/h 氨氮废水中试成果基础上,预测了旋转填料床处理氨氮废水的工业化前景,并对它的技术经济性进行分析。

结果表明,旋转填料床处理氨氮废水技术以其明显的技术经济优势,在我国化肥企业有广阔的应用前景。

关键词:旋转填料床;氨;废水;处理;技术经济中图分类号:T Q 05111+9 文献标识码:BT echno -E conomic Analysis of I ndustrialization for T reatment of Ammonia -NitrogW aste w ater with R otating P acked B edLiu Laishuan Liu Youzhi(N orth China Institute of T echnology T aiyuan 030051China )Abstract :This paper gives a brief outline on the treatment of amm onia -nitrogen wastewater.Based on 100L/h process development unit tests ,prospect of industrialization for treatment of amm onia -nitrogen wastewater with rotating packed bed is forecast.The technology -economic analysis showed that this process has great industrial significance 1K eyw ords :R otating packed bed ;Amm onia ;Wastewater ;T reatment ;T echno -Economy收稿日期:2001-03-01作者简介:柳来栓,男,1968年生,硕士,讲师。

1　引言 传统化肥工业排放的氨氮废水给水资源及生态环境造成极大的危害。

氨氮污染可能引起江河湖泊水体藻类过度繁殖,形成富营养状态,大量消耗水中的溶解氧,致使鱼类和其它水生物窒息死亡,威胁生物的生长,破坏生态平衡。

随着人们环保意识的增强及国民经济可持续发展战略的实施,氨氮废水的治理已越来越为人们所重视。

我国于1992年7月颁布的《合成氨工业水污染物排放标准》对合成氨厂废水中的氨氮含量按不同规模及不同原料结构也作了明确规定。

目前,氨氮废水治理方法很多,但不同程度存在许多不足,很难普遍推广,结合我国氨氮废水的实际情况,开发新的氨氮废水治理方法及设备势在必行。

2　国内外研究概况 从70年代后期美国环保局制定氨氮排放标准后,氨氮废水处理技术层出不穷。

目前,氨氮废水处理的方法主要有空气气提法、蒸汽汽提法、预氯化-活性炭吸附法、离子交换法、氧化池法、生物硝化-反硝化法等[1],氨氮废水治理方法的技术经济评估指标如下表[2]。

表1　各种方法的费用比较氨氮脱除方法净化能力/m 3/d 处理费用/美分/m 3特点空气气提法2184×104015操作简单,可靠性高,运行费用低蒸汽汽提法2163×104214蒸汽耗量大,热能回收困难预氯化—活性炭吸附法213×1041180投资低,消耗氯气,操作费用高沸石离子交换法517×104313选择性好,投资大,维修困难电渗析法517×104413预处理要求高,投资和运行费用高反渗透法517×1048116氨得到回收利用,膜使用寿命短硝化法-反硝化法318×104019～111处理时间长,适用于低浓度废水 由上表可知空气气提法技术可靠,投资费用和运行费用相对较低,是处理氨氮废水技术中最成熟、运用最广泛、运行成本最低的一种方法。

空气气提Sum 84N o 13 化学工程师Chemical Engineer 2001年6月法自二十世纪初提出以来,以其结构简单、操作稳定以及高效、经济等优点在水处理领域广泛应用[2]。

空气气提法是利用相间氨浓度差促使水中游离氨向空气中扩散的一种单元操作,在此单元操作中气提速率与气体接触方式及相间浓度密切相关。

目前,已有包括填料塔、喷淋塔、扩散曝气池、贮水塘等多种系统用于氨的空气气提,其中填料塔已达到工业化规模。

然而,填料塔在运行过程中产生诸多负面效应而妨碍其优越性的充分发挥。

其中,碳酸钙污垢的沉积是填料塔运行过程中遇到的较严重问题。

在以空气气提法处理氨氮废水过程中,通常用石灰调节水中的pH值,以使大部分铵离子转化为游离氨。

废水进入塔内与空气接触时,水中的钙离子便与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙沉淀并沉积于填料上。

长时间沉积的碳酸钙沉淀致使气液通道变窄,甚至阻塞。

所以,填料必须定期冲洗维修,从而增加了运行及维修费用。

另外,填料塔体积庞大,耗用填料量多,投资费用高。

1994年南京化工大学的沈浩、施南庚等[3]首次开展了旋转填料床技术用于吹脱氨氮废水的实验研究。

实验的模拟氨氮废水浓度为50～500mg/L,在气液比为200时,得到的最低传质单元高度为3014mm,吹脱率为10%～15%。

华北工学院化学工程系从1999年开始进行了这方面的研究工作,经过一年多的艰苦努力和上百次的潜心研究,已成功地完成了处理能力为0125m3/h的小试实验,实验达到的主要技术指标为:采用太原化肥厂实际废水,氨氮废水pH值在1018～1115范围内,气液比为1200时,传质单元高度最低达20mm,单程吹脱率可达85%。

3　工业化前景预测311　工艺流程氨氮废水首先在调节池加固碱或碱溶液调pH 值,然后通过送入超重机,与风机鼓入的空气在旋转填料床内进行逆流传质。

氨氮废水由转床内腔的液体分布器均匀喷洒到转床内缘后,受高速旋转填料的作用,在几十到几百倍重力加速度条件下,以高分散、强混合的形式与空气逆流接触,经两级串联吹脱,出口氨氮废水即可达到化肥企业废水排放标准,含氨气体送往吸收装置回收利用。

工艺流程图如下:图1　工艺流程312　技术特点(1)气液比低、吹脱率高进口pH值为1018～1115、气液比为1200～2000m3/m3范围内,旋转填料床处理氨氮废水的吹脱率≥98%。

(2)设备小维修方便体积传质系数大幅度提高,传质单元高度仅为01015～01070m,设备体积小占地面积少,安装维修不需要大型辅助机械。

(3)液体流速高,污垢不宜沉积液体在旋转填料床内的流速极高,填料与流体之间的剪切力极大,污垢及好氧生物和藻类不易沉积在填料层中,保证设备的长期正常运行。

(4)过程放大容易,开车、停车时间短在数分钟内就能达到稳定运行状态,更适合间断氨氮废水排放的处理。

313　经济分析采用旋转填料床处理20t/h氨氮废水工程总投资及工厂运行成本估算见表2和表3。

表2　处理20t/h氨氮废水设备投资序号项目数量金额/万元1设备:输送泵2013　风机13 超重机240 辅助设备24 2土建40m283其它费用104合计6513 本项目年运行费用4514万元,折合218元/t废水。

若将吹脱出的氨气加以吸收,则每年可回收氨1512t,每吨售价按800元计,价值1211万元,氨氮废水治理达标后,氨氮废水排污费又可适当减免。

由此可见,采用该方案治理氨氮废水,并加以回收利用,不仅可以大大减轻环境污染,而且还可以变废为宝,减少资源浪费。

(下转第45页)2001年第3期 柳来栓等:旋转镇料床处理氨氮废水的技术经济分析 4365%的NaOH溶液(50m L)中,搅拌1h,过滤,滤质加到50m L异丙醇和6g-氯乙酸的混合物中,用盐酸调pH至中性,过滤,滤液慢慢加到1L丙酮中,沉淀得羧甲基甲壳质钠盐,用乙醇洗涤,干燥备用(C M-CT)。

取一定量的C M-CT配成[N]=010215M的水溶液,取1g HPtCl6・2H2O溶于水配成[Pt]=010386M 的溶液,将二者混合,在100℃,H2保护下回流6h,溶液由黄变灰黑,生成含Pt量为010386mm ol的不同N/Pt比的C M-CT-Pt均相催化剂。

3　实验结果与讨论311　最佳N/Pt克原子比的选择通常催化剂的最佳配位基浓度即N/Pt克原子比是其自身固有的特性,与底物无关。

以苯甲酸加氢为例测得N/Pt克原子比与加氢初速度υ0的关系如表1所示,υ0为吸氢量达50%以前的平均速度。

表1　N/Pt克原子比与吸氢初速度的关系N/Pt克原子比12345681012υ/m L/min013901500157017201760173016601570142 加氢条件:催化剂中Pt含量010386mm ol;底物2mm ol;反应温度60℃;常压。

由表1可知,N/Pt克原子比为5时加氢初速度最快。

312　最佳反应温度的选择温度升高,吸氢速度加快,但溶剂蒸气压也增大,会阻碍H2与反应物的接触。

313　pH值对催化氢化初速度的影响苯环化合物催化加氢的最佳pH值与其结构有关。

苯酚、苯甲酸、苯胺、硝基苯的吸氢初速度与pH 值的关系,反应均在最佳反应温度下进行。

314　反应时间对转化率的影响实验发现,反应5～6h后,苯酚、苯甲酸、苯胺和硝基苯的转化率均可达100%。

4　结论(1)　羧甲基甲壳质-铂均相催化剂对苯胺等苯环化合物的加氢具有催化活性,转化率均达100%。

(2)　该催化剂具有重要的工业应用价值。

参　考　文　献[1]　S tahl,L.S,H om ogeneous Phase Catalytic Hydrogenation forAromalics.J.Am.Chem.S oc,1998,(120):24051[2]　陈宗翰,江英彦1高活性烯烃和芳香族化合物的加氢催化剂-二甲胺基聚氯乙烯-铑化合物1催化学报,1981,(2):1491(上接第43页)表3　年运行费用表序号项目费用/万元备注1电3018按013元/kWh计2蒸汽514用于冬季加热3药剂018生石灰180元/t4折旧414使用年限15年5维修216按4%计6工资1147合计4514 3年运行时间8000h4　结论 (1)采用旋转填料床处理氨氮废水,氨氮去除率高达98%。

每年减少向环境排放氨氮1512t,具有潜在的经济效益和良好的环境效益。

(2)旋转填料床处理氨氮废水技术具有投资少、运行费用低、简便易行等特点,为技术和资金缺乏的中小型化肥企业开辟了新的治理途径。

参　考　文　献[1]　周轲1合成氨厂含氨废水治理技术的进展1兰化科技,1994,(3):61-631[2]　王宝贞1水污染控制工程1北京:高等教育出版社,1996,76-1301[3]　Haze,E..Clean Water and H ow to G et it.New Y ork:JohnWiley and S ons,1907,32-461[4]　沈浩,施南庚1用离心传质机对含氨废水进行吹脱1南京化工学院学报,1994,16(4):58-6012001年第3期 李桂春:羧甲基甲壳质金属络合物均相催化性能研究 45。