合成氨行業(yè)廢水總氮如何深度處理
前言：本文講述合成氨行業(yè)尿素化肥廠廢水的分類與性質(zhì)，以及合成氨化肥廠廢水總氮的來源與要求，通過湛清環(huán)保設(shè)計(jì)的高效脫氮設(shè)備進(jìn)行處理，占地面積小，模塊化設(shè)計(jì)，可以將總氮處理到5mg/L以下，實(shí)現(xiàn)廢水總氮深度處理達(dá)標(biāo)。
一、合成氨廢水總氮的來源
合成氨尿素化肥廠多是以煤為原料進(jìn)行合成，氨合成工段的主要任務(wù)是將制得的合格N2、H2在催化劑的存在下合成為氨。壓縮后的精脫氣，與循環(huán)氣混合后經(jīng)預(yù)熱器升溫后進(jìn)入氨合成塔，完成反應(yīng)后將合成的氨液化分離出系統(tǒng)，未反應(yīng)的氮?dú)錃庋h(huán)使用。
圖1 合成氨工藝示意圖
合成氨工藝廢水的成分較復(fù)雜，造氣、脫硫工序中主要的污染物有懸浮物、氨氮、硫化物等；而在合成工序中主要污染物為廢稀氨水。因此生產(chǎn)環(huán)節(jié)廢水中總氮的來源為氨水。
另外，由于高溫高壓制氨，就需要大量的水來進(jìn)行高溫冷卻，而且每個(gè)工段的設(shè)備換熱也需要大量的冷卻用水并伴隨著大量廢水的排放，所以排水量較大，這部分水為循環(huán)冷卻水，循環(huán)冷卻水由于使用地下水作為來源，因此經(jīng)過濃縮以后總氮超標(biāo)。
二、合成氨行業(yè)廢水總氮排放指標(biāo)
根據(jù)合成氨工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB13458－2013代替GB13458-2001)，其中合成氨行業(yè)廢水水污染物特別排放限值要求，直接排放總氮<25mg/L，間接排放總氮要求小于<35mg/L。
圖2 合成氨廢水排放要求
在合成氨行業(yè)廢水總氮排放標(biāo)準(zhǔn)以外，總氮要求在每個(gè)流域要求也不相同，比如《山東省小清河流域水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB37/ 656-2006)中要求，總氮在2020年以后直排標(biāo)準(zhǔn)要求<15mg/L，間接排放要求<20mg/L。而在山西或者天津地區(qū)，總氮要求處理到地表五類水標(biāo)準(zhǔn)，也就是總氮要求<2mg/L。
三、合成氨行業(yè)廢水總氮處理現(xiàn)狀
合成氨行業(yè)廢水總氮大多來自于兩股水，第一股是合成廢水，主要以氨氮為主，第二股是循環(huán)冷卻水的排污水。在大多數(shù)合成氨行業(yè)公司中，原先均有生化設(shè)施處理合成廢水（以尿素、甲醇、氨水等為主的廢水），設(shè)計(jì)工藝大多是AO+MBR工藝，總氮中的氨氮處理下來沒有問題，但是里面的硝酸鹽氮進(jìn)一步處理變成氮?dú)馐芟拗啤?
圖3 合成氨廢水總氮構(gòu)成
對于循環(huán)冷卻水，原先的廢水處理工藝中大多沒有涉及循環(huán)排污水的處理，循環(huán)水直排了，目前總氮要求進(jìn)行管控，大多數(shù)循環(huán)冷卻水中的總氮基本都在50mg/L左右，根據(jù)要求，需要處理到25mg/L或者15mg/L以下，才能排放。
四、合成氨行業(yè)廢水總氮處理方法
根據(jù)合成氨行業(yè)廢水目前處理的問題，目前總氮超標(biāo)大多是因?yàn)檠h(huán)冷卻排污水導(dǎo)致，因此需要解決循環(huán)冷卻水中的總氮問題，對于循環(huán)冷卻水而言，總氮來源多是地下水中的硝酸鹽氮，在使用傳統(tǒng)生化方法進(jìn)行處理時(shí)，由于其廢水中加入了大量的殺菌滅藻劑（如異噻唑啉酮），阻垢劑，粘泥剝離劑等產(chǎn)品，因此廢水的可生化性比較差，在使用傳統(tǒng)生化法進(jìn)行解決時(shí)，此體系包括一級物化處理和二級生化處理，構(gòu)筑物包括格柵、沉砂池、初淀池、生化池、二沉池、絮凝池、沉淀池、消毒池等。整體工藝成熟但繁瑣冗雜，需較多的基建設(shè)備，占地面積龐大，且對氮的脫除效率較低。
圖4 AO工藝和HDN工藝處理對比
湛清環(huán)保設(shè)計(jì)新型HDN脫氮工藝，從脫氮效率到占地面積，再從操作維護(hù)到后續(xù)處理均進(jìn)行了改革及突破。HDN工藝實(shí)現(xiàn)了對傳統(tǒng)脫氮效率的15倍提升，即：1.5kgN/m3.d，無需設(shè)置二沉池等配套裝置，污泥產(chǎn)量大幅減少，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，節(jié)省了人力成本，降低50mg/L總氮的實(shí)際運(yùn)行成本可以控制在1元/噸水以下，在總氮排放標(biāo)準(zhǔn)迅速提高的一年內(nèi)解決了很多老廠改造及園區(qū)新建工程的工藝缺陷，在多種廢水處理中實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用。
脫氮效率高——正常運(yùn)行脫氮負(fù)荷1.5kg N/m·d，出水總氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；
占地面積小——20t/h的處理量，降低30mg/L總氮，占地面積僅10㎡；
易操作維護(hù)——全自動(dòng)控制，無需更換填料，反沖洗水量少、頻率低；
污泥產(chǎn)量少——反沖洗排出的少量微生物回流至生化池繼續(xù)分解；
運(yùn)行成本低——去除50 mg/L的總氮，噸水成本小于1元；
五、案例介紹
山東某煤化工企業(yè)外排800噸/天的工業(yè)循環(huán)冷卻水，其中循環(huán)水由于使用了地下水作為來源，其總氮濃度在50mg/L左右，原先考慮用厭氧-好氧-沉淀的工藝進(jìn)行處理，占地面積太大，場地受限制，而且小試實(shí)驗(yàn)不理想，殺菌滅藻劑對于廢水的生化嚴(yán)重影響。湛清環(huán)保經(jīng)過HDN小試-中試以后，驗(yàn)證了技術(shù)可行性，經(jīng)過設(shè)計(jì)，上了兩套總氮處理設(shè)備進(jìn)行處理循環(huán)水總氮，占地只需要20平方米，有效停留時(shí)間只需要30分鐘，目前出水總氮穩(wěn)定在10mg/L以下，達(dá)到外排標(biāo)準(zhǔn)。
圖5 山東某煤化工企業(yè)現(xiàn)場裝置圖
圖6 山東某煤化工企業(yè)循環(huán)水總氮處理表