煤气流解吸废氨水中氨氮的研究_李笑原

第33卷第6期武汉科技大学学报Vol.33,No.62010年12月JournalofWuhanUniversityofScienceandTechnologyDec.2010收稿日期:2010-05-17基金项目:国家自然科学基金资助项目(20976141);湖北省教育厅重大产学研资助项目(C2010019).作者简介:李笑原(1981-),男,武汉科技大学硕士生.E-mail:lxy110@163.com通讯作者:王光华(1953-),男,武汉科技大学教授,博士生导师.E-mail:wghuah@21cn.com煤气流解吸废氨水中氨氮的研究李笑原1,2,王光华1,2,李文兵1,2,龚凡杰1,2,刘奇1,2,刘铁军1,2,杨书琴1,2(1.武汉科技大学煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室,湖北武汉,430081;2.武汉科技大学化学工程与技术学院,湖北武汉,430081)摘要:利用煤气流解吸焦化废水中的氨氮,通过小型工业化试验,得出其较优工艺条件:废水温度为90℃,气液体积比为850,解吸助剂投加量为20mg/L,废水pH值为10.4,废水停留时间为120min。此时焦化废水氨氮脱除率高达94.79%,处理后焦化废水中剩余氨氮含量为195mg/L,完全满足生化进水要求。关键词:煤气流解吸法;氨氮;焦化废水中图分类号:X703.1文献标志码:A文章编号:1674-3644(2010)06-0652-04焦化废水产生于炼焦制气、煤气净化、化产回收加工等工序,其排放量大,水质成分复杂,并含有大量氨氮及多种致癌物质且难以生物降解。焦化废水治理的主要方法有生物法、折点氯化法、离子交换法、化学沉淀法等[1],而国内焦化行业多采用生物法。生物法处理高浓度氨氮废水时,微生物的反硝化作用受抑制,处理效果不佳,很难实现稳定达标排放[2-4]。解吸法[5]是一种较为经济有效的氨氮处理方法,其流程简单,操作管理方便,处理效果稳定。本文在前期研究的基础上开展小型工业化试验,以期得出煤气流解吸焦化废水中氨氮的较优工艺条件。1煤气流解吸氨氮的原理煤气流解吸法是以循环煤气为氨氮载体,将焦化废水中的氨氮转入硫氨工段进行固氨。因此,该法在有效处理焦化废水的同时不会影响煤气的质量。焦化废水中的氨氮多以铵离子NH+4和游离氨NH3的形式存在[6-7],其化学平衡方程为:NH+4+OH-NH3·H2ONH3+H2O(1)氨氮中游离氨NH3的摩尔分数x与废水pH值的关系为[8]:x=[NH3][NH+4]+[NH3]=11+1.8×109-pH(2)由式(1)可知,当废水碱性增强时,化学平衡右移,游离氨的含量随之增大。另外,根据式(2)计算可知,当废水pH值大于11时,游离氨的摩尔分数x可达98%以上。此时,让贫氨煤气与焦化废水相接触,在气液两相氨分压差这个传质推动力的作用下,废水中的游离氨不断从液相转移至气相,并被煤气带出解吸体系,从而降低废水氨氮浓度[5]。2试验2.1试验装置及工艺流程试验废水来自某焦化公司三回收车间,其氨氮浓度为3500～4000mg/L。根据工艺及设备选型要求,建成废水处理量为2m3/h的试验装置,如图1所示。煤气流解吸废氨水中氨氮的工艺流程为:从终冷塔后抽取部分贫氨煤气作为氨氮循环解吸气,经煤气调节风机鼓入煤气总管后,分送至3根等径支管,从煤气解吸器底部的解吸盘经过计量鼓入解吸器;焦化废水经碱调pH值后,由高位槽流入解吸器内;煤气和焦化废水在解吸器内充分接触传质后,吸收了氨氮的富氨煤气上升至解吸器顶部,经水冷后从顶部管道送至焦炉煤气初冷工段鼓风机前的煤气总管,解吸后的低氨氮废水送往生化工段进行深度脱氨处理后排放或回用。为了提高氨氮的解吸速率,焦化废水必须保2010年第6期李笑原,等:煤气流解吸废氨水中氨氮的研究图1试验装置示意图Fig.1Schematicdiagramoftheexperimentalequipment持适当的温度。为此,以高温水蒸气为热媒,由盘管自解吸器上部通入,从解吸器底部采出。整套试验装置配备有酸度计、热敏电偶、蒸汽自动调节阀等仪器,通过数控柜可对试验参数如废水温度、废水pH值、液位等进行监测和调节,实现试验过程可视化。2.2试验方法焦化废水进入高位槽后,加入适量的碱和解吸助剂进行搅拌溶解。利用蒸汽保温夹套、热敏电偶和变送器调控解吸器内废水的温度。采用转子流量计控制煤气的流量。解吸一定时间后,取样并按GB7478—87测定出水的氨氮含量。采用L16(45)正交表安排试验方案,根据正交试验结果进行单因素修正试验,以获得较优工艺条件。考虑到工业要求及现场条件,选取废水温度T、废水停留时间τ、废水pH值、气液体积比n、解吸助剂投加量ρ等5个因素,各取4个较优水平做正交试验,以氨氮脱除率为处理效果指标。3结果与讨论3.1正交试