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              江蘇銘盛環境

              火電廠脫硫廢水氨氮去除工藝 張家口廢水處理公司

              文章出處:未知發表時間:2022-04-20 13:41:07

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                目前,石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術以其技術成熟、適用煤種廣、脫硫效率高和對機組的順應性好而成為國內外火電廠應用最普遍的脫硫技術,但該過程中不可防止的會有脫硫廢水排出。脫硫廢水水質通常呈酸性(pH4~6),含有大量的懸浮物、氨氮和重金屬污染物,以及Ca2+、Mg2+、F-、SO42-、Cl-、S2-等。若脫硫廢水無法達標排放將會存在較大的環保風險。近年來為滿足火電廠節水工作請求,脫硫系統工藝水已逐漸采用城市中水、循環水排污水等氨氮含量較高的廢水,同時由于日常運轉中脫硝后逃逸的氨會隨煙氣進入脫硫吸收塔被洗濯,最終進入脫硫廢水,造成較多電廠脫硫廢水中氨氮超標。但是目前電廠常規的脫硫工業廢水處理工藝(CaO調pH→Na2S沉淀→PFS絮凝助凝沉淀)并未思索對氨氮的去除,造成出水不能滿足《污水綜合排放規范》(GB8978—1996)對氨氮的排放請求。因而亟需剖析并控制電廠脫硫廢水的氨超標現狀,進一步針對脫硫廢水水質特性,開發合適脫硫廢水脫氨處置的工藝。

               

                目前處置廢水中氨氮的辦法主要有生物法和物化法。吹脫或汽提精餾工藝去除氨氮存在經濟性差的問題;吸附法存在吸附資料用量大、再生頻繁等問題;生物法需求補充大量堿度和碳源,且脫硫廢水的高含鹽量對微生物的活動和繁衍有抑止作用,運轉維護艱難,出水容易超標。相對而言,鳥糞石化學沉淀法適于氨氮濃度較高的脫硫廢水處置,處置效果穩定。

               

                本研討分離火電廠脫硫廢水水質復雜、水量大等特性,思索低能耗、低本錢等要素,選擇化學沉淀法去除脫硫廢水中的氨氮?;瘜W沉淀去除氨氮常用辦法為磷酸銨鎂(MAP)法,反響式見式(1)。脫硫廢水含有豐厚的Mg2+,僅需恰當補充磷酸鹽就可去除廢水中的氨氮,回收的鳥糞石是一種農業用緩釋肥,具有較高的經濟價值,降低了脫硫廢水處置本錢。該辦法適于處置各種濃度的氨氮廢水,且出水水質穩定。

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                1、脫硫廢水水質

               

                剖析了某電廠脫硫廢水水質,結果如表1所示。

               

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                由表1可見,該火電廠一、二期脫硫廢水中的氨氮高于500mg/L,嚴重超標,而三期脫硫廢水中氨氮較低,將2種脫硫廢水混合后氨氮仍然較高,約為466mg/L。此外,該脫硫廢水的硬度很高,且主要是鎂硬度,約占總硬度的95.0%~98.3%,因而該廢水中可回收的鎂資源豐厚。針對該電廠脫硫廢水的水質特性,應用MAP沉淀法去除脫硫廢水中氨氮的過程中,只需投加磷酸鹽即可。

               

                2、實驗資料與辦法

               

                2.1 資料及儀器

               

                氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸氫二鈉,均為剖析純;鹽酸,優級純。

               

                SG23便攜式多參數剖析儀,JJ-4A恒溫六聯攪拌器,XS105電子天平,梅特勒-托利多;Specord210紫外-可見分光光度計。

               

                2.2 實驗辦法

               

                各取500mL混合脫硫廢水上清液,分別調理不同NH3-N濃度(NH4Cl調理)、Mg2+濃度(NaOH調理)、n(PO43--P)n(NH3-N)(Na2HPO4調理)、起始pH(NaOH調理),以150r/min攪拌30min,靜置測定pH,取上清液測定NH3-N、PO43-Mg2+濃度。

               

                2.3 剖析辦法

               

                采用DL/T502.16—2006納氏試劑分光光度法測定水樣的氨氮;采用GB/T691—2008鉬酸銨分光光度法測定磷酸鹽;采用絡合滴定法測定Mg2+。

               

                3、結果與討論

               

                3.1 正交實驗結果

               

                思索pH、n(Mg)n(N)、n(P)n(N)及水溫4個要素對氨氮去除率的影響,采用L9(34)正交實驗法實施實驗,結果如表2所示。

               

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                從表2可見,各要素對氨氮去除率均有影響?;瘜W沉淀法處置脫硫廢水的影響要素排序從大到小為pH>n(P)n(N)>溫度>n(Mg)n(N)。

               

                3.2 反響pH對氨氮去除率的影響

               

                pH是影響MAP沉淀法最重要的要素,不只影響MAP的生成量,也影響其成分。MAP是堿性鹽,其沉淀過程必需在堿性條件下才干發作,酸性條件下會完整溶解。在堿性pH范圍內,MAP在溶液中的溶解度隨pH的升高呈先降低后升高的趨向,因而存在一個最優pH范圍。MAP法處置氨氮廢水的最佳pH通??刂圃?/span>8.5~10.5。分別在反響pH8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、10.5條件下實施實驗,n(P)n(N)1.51,n(Mg)n(N)5.01,反響過程中有大量白色沉淀生成,反響完畢后靜置20min,測定反響后濾液中的氨氮及其他離子含量,結果見圖1。

               

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                從圖1可見,pH升高,水中氨氮先降低后升高。當反響pH7.98增加到8.57時,脫硫廢水氨氮去除率到達最大值,隨著反響pH的進一步增加,氨氮去除率明顯降落,剩余氨氮大大增加。這是由于反響pH<9.0時,MAP的結晶效率較高,脫硫廢水中的高含量氨氮有利于MAP的構成,且生成的沉淀物易于沉降;pH>9.0時,發現水樣中的乳白色沉淀物黏稠、不易沉淀,闡明pH的增加會使MgNH4PO4·6H2O晶體不易成型或易溶解,結晶效率降低。此外,反響過程中產生了Mg(OH)2、Mg3(PO4)2等副產物,造成MAP的生成量降落,而NH4+會轉變成NH3從而改動NH4+、Mg2+、PO43-的比例,障礙MAP的構成。因而,選擇反響最佳pH8.5。

               

                3.3 Mg2+濃度對氨氮去除率的影響

               

                從表1可見,該脫硫廢水中的Mg2+含量十分高,過高的Mg2+會降低氨氮去除效果,因而有必要研討初始Mg2+濃度對MAP沉淀法去除氨氮的影響。投加NaOH(顆粒狀)控制反響pH8.5,在n(P)n(N)1.51,n(Mg)n(N)分別為3.01、4.01、5.01、5.51、6.01、7.01、101條件下實施實驗,結果如圖2所示。

               

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                由圖2可知,隨著水中Mg2+濃度的升高,脫硫廢水的氨氮去除率整體呈降落趨向,同時余磷量也有所降低,而剩余Mg2+濃度依然十分高,闡明反響中的Mg2+過量。當n(Mg)n(N)5.01增大到10.01時,n(Mg)n(N)5.01、5.51、6.01溶液中的剩余Mg2+含量根本不變,這是由于此時溶液中的Mg2+曾經過量,而過量的Mg2+耗費了PO43-,生成Mg3(PO4)2沉淀,影響MAP的生成,降低氨氮的去除效果,因而反響的初始Mg2+含量不宜過高。

               

                此外,當n(Mg)n(N)<5.01時,隨著n(Mg)n(N)的減小,氨氮去除率從73.5%增加至84.6%,而投加的NaOH將增加2.28g/L。這樣藥劑量增大,產生的Mg(OH)2沉淀過多,在工程應用中不具備經濟可行性。因而從實踐工程應用的角度動身,選擇n(Mg)n(N)5.01,此時鎂離子濃度為130mmol/L,脫硫廢水氨氮去除率為73.47%,后續實驗將經過優化其他反響條件來提升氨氮去除率。

               

                3.4 磷酸鹽投加量對氨氮去除率的影響

               

                由于磷酸鹽試劑價錢較高,其投加量對脫硫廢水氨氮處置工藝經濟性的影響不容無視。實驗選用NaH2PO4作為磷源來調理n(P)n(N)。在反響pH8.5,n(Mg)n(N)5.01的條件下,經過理論計算選擇n(P)n(N)分別為1.51、1.71、2.01、2.21、2.51、2.71實施實驗,實驗完畢后靜置沉淀20min,過濾上清液實施測定,實驗結果見圖3。

               

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                由圖3能夠看出,恰當增加磷酸鹽投加量可增加氨氮去除率。當n(P)n(N)1.51增加至2.01時,氨氮去除率增大,剩余Mg2+的量明顯降落,余磷量也有所降低,此時MAP沉淀生成量較大。爾后隨著n(P)n(N)的增加,氨氮去除率并無明顯增加。這是由于此時體系中剩余的氨氮太低,無法構成MAP,而PO43-的進一步增大使Mg2+與其生成Mg3(PO4)2沉淀。因而,肯定最佳n(P)n(N)2.01,此時磷酸鹽投加量為7.68g/L,氨氮去除率為92.64%。

               

                3.5 反響溫度對氨氮去除率的影響

               

                溫度會影響MAP的結晶過程和溶解度,且溫渡過高時溶液中的氨氮會以NH3方式揮發,因而有必要研討溫度對氨氮去除率的影響。在pH8.5,n(P)n(N)2.01,n(Mg)n(N)5.01條件下,討論反響溫度(室溫~60)對氨氮去除率的影響,結果如表3所示。

               

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                由表3可見,隨著溫度從室溫(28)升高到60,氨氮去除率從90%左右降落到約10%,水中的剩余氨氮不時增加,剖析緣由以為溫度影響了NH4OHHPO42-的電離均衡以及MAP的離解。另外,溫渡過高會加速MAP沉淀物的溶解,從而影響MAP沉淀的構成,降低氨氮的處置效率。因而,采用MAP法處置廢水中的氨氮時,溫度是關鍵影響要素,堅持相對較低的溫度有利于氨氮的去除。當反響溫度控制在25~35時,其對脫硫廢水氨氮去除反響的影響較小。

               

                3.6 反響時間對氨氮去除率的影響

               

                MAP沉淀物的構成分為成核階段和發育階段,因而反響時間對磷酸銨鎂生成也有一定影響。理論上講,反響時間越長氨氮去除率越高,剩余氨氮越少??刂品错?/span>pH8.5,n(P)n(N)2.01,n(Mg)n(N)5.01,反響溫度為室溫,調查不同反響時間內的氨氮去除率,結果如表4所示。

               

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                從表4可知,氨氮去除率整體呈增加趨向。反響時間從5min增加到20min時,反響速率最快,水中剩余氨氮從77.7mg/L降低到43.9mg/L,氨氮去除率升高。之后隨著攪拌時間的增加,氨氮去除率變化不大,剩余氨氮均在45mg/L左右,但反響時間越長晶粒越大,沉淀效果越好。在實踐工程應用中,反響時間越長動力耗費就越大,運轉本錢越高。因而肯定反響時間為20min,此時藥劑曾經充沛反響,且氨氮去除效率最高。

               

                3.7 攪拌速度對氨氮去除率的影響

               

                在室溫、反響時間為20min、pH8.5、n(P)n(N)2.01,n(Mg)n(N)5.01條件下,調查攪拌速度對化學沉淀工藝去除氨氮的影響。由實驗結果能夠得出,攪拌速度偏高或偏低都會使氨氮去除率有所降低。當攪拌速度從50r/min增加到150r/min時,水樣中的氨氮從72mg/L降到45mg/L,當攪拌速度>150r/min后,廢水中剩余氨氮的量升高,氨氮去除率降落。由此可知,適合的攪拌速度能夠提升MAP沉淀法對氨氮的去除率,而攪拌速渡過高時,局部MAP沉淀會被打散,使氨氮去除率降低。因而,實驗選取攪拌速度為150r/min,可得到最佳的處置效果。

               

                3.8 化學沉淀出水殘留氨氮的氧化實驗

               

                實驗所取水樣水質條件較差,因而采用化學沉淀法去除氨氮后出水氨氮仍在40mg/L左右,無法滿足達標排放的請求。后續實驗思索采用折點加氯法進一步氧化殘留的氨氮,使其最終到達排放規范。取MAP沉淀法去除氨氮后的上清液各500mL,其氨氮為41.59mg/L,依次參加5、7、8、9、10、12g/L的質量分數為10%的次氯酸鈉溶液反響30min,過濾上清液測定其中的氨氮,結果如表5所示。

               

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                從表5能夠看出,增加次氯酸鈉投加量能有效提升脫硫廢水中氨氮的去除效果。隨著次氯酸鈉投加量的增加,廢水中剩余氨氮不時減少,當其投加量為12g/L時,脫硫廢水中的氨氮被完整去除,去除率達100%。實踐應用中只需氨氮低于15mg/L便可達標排放,因而肯定次氯酸鈉最佳投加量為7.5g/L,處置后的脫硫廢水出水氨氮滿足一級排放規范請求。

               

                3.9 沉淀物晶體構造剖析

               

                為肯定反響過程中沉淀物的主要組成及晶型構造,取化學沉淀最佳工藝條件下的沉淀物實施XRDSEM剖析,結果見圖4、圖5。

               

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                從圖4可知,沉淀物的主要特征衍射峰分別在15.75°、16.50°、20.78°、21.39°、33.32°。采用SearchMatch軟件對所得譜圖實施剖析,發現該沉淀物譜圖與磷酸銨鎂鹽規范PDF卡片77-2303較為吻合,因而肯定該沉淀物主要為磷酸氨鎂鹽。從圖5能夠看出,沉淀物為斜方形晶體構造,排列較為嚴密,這與純磷酸銨鎂鹽晶形相近。此外,圖中沉淀物外表含有雜質,這是由于脫硫廢水水質復雜,反響過程中可能會生成副產物附著在磷酸銨鎂鹽的外表。

               

                4、結論

               

                (1)化學沉淀工藝能有效去除火電廠脫硫廢水中的氨氮,由正交實驗得出反響pH是影響氨氮去除率的最主要要素。沉淀反響最佳工藝條件:pH=8.5,n(Mg)n(N)5.01,n(P)n(N)2.01,反響溫度為25~30,攪拌速度為150r/min,此時氨氮去除率能到達90%以上。

               

                (2)XRDSEM剖析標明,氨氮去除過程中產生的白色沉淀物為磷酸氨鎂鹽,其晶體構造為斜方形,排列較為嚴密。

               

                (3)在化學沉淀工藝去除氨氮根底上,結合運用次氯酸鈉氧化法能使脫硫廢水中的氨氮含量滿足《污水綜合排放規范》(GB8978—1996)的一級排放規范請求,當次氯酸鈉投加量為7.5g/L時,脫硫廢水中的氨氮在15mg/L以下。

               

                (4)化學沉淀工藝對脫硫廢水中氨氮的去除率較高,工藝操作煩瑣,無二次污染,無需外加鎂源的投入,藥劑本錢低;磷酸銨鎂沉淀是一種農業用緩釋肥,具有一定經濟價值。

               


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