摘要：針對某合成化工廠(chǎng)產(chǎn)生的含高濃度硝酸銨廢水，設計了一套零排放處理工藝。該工藝首先對廢水進(jìn)行絮凝沉淀和過(guò)濾，去除重金屬Cu2 + 后，采用機械蒸汽再壓縮( MVR) 技術(shù)對其進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，至硝酸銨濃度≥30%。濃縮液可作為化肥企業(yè)的生產(chǎn)原料。MVR 冷凝水經(jīng)膜過(guò)濾系統處理后，TDS≤50mg /L，回用至生產(chǎn)過(guò)程。

隨著(zhù)我國工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，許多生產(chǎn)領(lǐng)域像化工、紡織、農藥、化肥等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生高鹽廢水。這些廢水中除了含有有機污染物外，還含有大量的無(wú)機鹽，如NaCl、Na2SO4、Na2CO3等。過(guò)高的鹽含量對一般微生物有較強的抑制作用，單純的生物處理技術(shù)往往難以達到所要求的排放標準[1]。若這些高鹽廢水未經(jīng)處理直接排放，不僅會(huì )造成環(huán)境污染，更重要的是會(huì )引起土壤的鹽堿化。但如果對廢水中的無(wú)機鹽加以回收，既可以作為生產(chǎn)過(guò)程的原料、節約成本、避免資源的浪費，又可以避免環(huán)境污染，實(shí)現資源的循環(huán)使用，達到“零排放”的目的。

“零排放”是指無(wú)限地減少污染物和能源排放直至為零的活動(dòng)：即利用清潔生產(chǎn)、3R( Reduce，Reuse，Recycle) 及生態(tài)產(chǎn)業(yè)等技術(shù)，實(shí)現對自然資源的完全循環(huán)利用，從而不給大氣、水體和土壤遺留任何廢物[2]?！傲闩欧拧痹谖覈?0 世紀70 年代已經(jīng)開(kāi)始摸索，直到近十年來(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟高速增長(cháng)，水污染和水資源缺乏已成為經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，“零排放”才逐漸受到政府、社會(huì )的重視。本工程即針對某合成化工廠(chǎng)的含高濃度硝酸銨廢水，采取了物化過(guò)濾、蒸發(fā)濃縮和膜提純等工藝對其進(jìn)行有效的處理和綜合回收利用，實(shí)現了該股廢水的真正零排放。

1 工程概況

1. 1 原水水質(zhì)

該合成化工廠(chǎng)在生產(chǎn)所需催化劑的過(guò)程中，產(chǎn)生一定量含有銅離子、硝酸銨的廢水。其水質(zhì)如下：Cu2 + 54. 3 mg /L，NH +4 -N 5. 75 × 103 mg /L，NO -3 -N7. 52 × 103 mg /L，TDS 3. 02 × 104 mg /L，TOC 114mg /L

1. 2 工藝設計

從上面數據可以看出，該廢水中含有一定量的重金屬銅離子和濃度較高的硝酸銨鹽，采用常規的生化方法難以實(shí)現達標排放。因此，經(jīng)過(guò)分析和實(shí)驗論證，最終設計出一套簡(jiǎn)單先進(jìn)的工藝來(lái)實(shí)現廢水資源的零排放。

由于該廢水中主要成分都是無(wú)機鹽，TOC 值很低，基本不含有揮發(fā)性物質(zhì)，同時(shí)廢水中主要無(wú)機鹽成分為硝酸銨，可以作為生產(chǎn)化肥的原料。因此，工藝設計中主要利用蒸發(fā)技術(shù)實(shí)現硝酸銨的濃縮回用。同時(shí)由于廠(chǎng)區附近沒(méi)有可以利用的蒸汽源，因此本設計工藝選用機械蒸汽再壓縮( MVR) 技術(shù)。與傳統的多效蒸發(fā)工藝對比，MVR 是一種高效節能的蒸發(fā)濃縮技術(shù)[3]，其基本原理是將蒸發(fā)器分離出來(lái)的二次蒸汽經(jīng)壓縮機壓縮后，溫度、壓力升高，熱焓增大，然后進(jìn)入蒸發(fā)器加熱室當作加熱蒸汽使用，使濃縮液維持沸騰狀態(tài)，而加熱蒸汽本身則成冷凝水，從體系排出[4]。此過(guò)程不但回收了潛熱，提高了熱效率，而且節省了冷卻水，達到了節能節水的目的。

由于回用的硝酸銨用于化肥生產(chǎn)，因此為了保障MVR 系統穩定運行和最終回收濃縮液的質(zhì)量，需要首先去除廢水中的銅離子。在廢水中加入過(guò)量Na2S生成CuS 絮體，然后加入助凝劑進(jìn)行絮凝沉淀后過(guò)濾，濾清液再進(jìn)入MVR 系統進(jìn)行進(jìn)一步濃縮。

根據化肥廠(chǎng)的要求，蒸發(fā)濃縮后硝酸銨的濃度為30%左右。而MVR 冷凝水經(jīng)過(guò)反滲透( RO) 系統[5]處理后達到生產(chǎn)用水標準，廠(chǎng)方可進(jìn)行回收利用，RO系統的濃縮水重新進(jìn)入廢水處理系統。整套工藝實(shí)現了廢水的零排放，具體的工藝流程如圖1 所示。

2 結果與分析

2. 1 預處理工藝

在廢水預處理的過(guò)程中加入了過(guò)量的硫化鈉去除銅離子，處理效果如下：原水、調節池、中間水箱1銅離子濃度分別為54. 3 mg /L、51. 7 mg /L 和0. 21mg /L，中間水箱2 未檢出銅離子。

從以上數據可以看出，原水進(jìn)入調節池靜置一段時(shí)間后，少部分銅離子由于化學(xué)反應沉降到底部，上層澄清液銅離子濃度有所下降;經(jīng)絮凝反應后中間水箱1 銅離子濃度已經(jīng)非常低，而經(jīng)過(guò)濾后中間水箱2未檢出銅離子，達到較好的去除效果。

2. 2 MVR 工藝

MVR 工藝設計為連續過(guò)程，但調試階段為盡快達到最大濃縮倍數，需要封閉式運行，即設計進(jìn)水流量為0. 7t /h，關(guān)閉濃縮液出水，冷凝水出水量約0. 5 ～0. 6t /h。通過(guò)這種方式來(lái)盡量達到蒸發(fā)器設計要求的濃縮倍數。

為了監測MVR 系統的正常運行，在系統內安裝了4 個(gè)溫度探針，分別指示：蒸發(fā)器內濃水的溫度( T1) 、水蒸氣的溫度( T2) 、水蒸氣經(jīng)過(guò)壓縮機增溫增壓后的溫度( T3) 和濃水與壓縮蒸汽換熱后的溫度( T4) 。在硝酸銨廢水蒸發(fā)濃縮過(guò)程中，每2 小時(shí)監測一次各溫度的變化與水質(zhì)的變化( 共20 次) 。同時(shí)，設置了一個(gè)試驗，在常壓下對硝酸銨廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，驗證廢水蒸發(fā)后的沸點(diǎn)( T0) 變化，結果如圖2所示。

從圖2 可以看出，隨著(zhù)硝酸銨濃度的增大，蒸發(fā)濃縮液的溫度也隨之升高，這是因為硝酸銨溶液的沸點(diǎn)隨著(zhù)濃度的增大而升高，導致溫升增大，因此蒸發(fā)濃縮的倍數越大，蒸發(fā)時(shí)間越長(cháng)，耗能越多。從T2 與T3 比較可以知道，蒸汽壓縮機增溫效果為4 ～ 5℃。從T3 與T4 的差值比較可以了解換熱器的換熱效率，若T3 遠高于T4，說(shuō)明換熱器的換熱效率下降，從而判斷換熱器發(fā)生堵塞現象，要進(jìn)行清洗。T0 為正壓沸點(diǎn)試驗數值，通過(guò)T0 與T1 的比較，可以知道它們之間的差值在10 度左右，通過(guò)負壓法可以降低硝酸銨廢水的沸點(diǎn)，降低能耗，保證設備的穩定運行。

2. 3 RO 系統

MVR 冷凝水經(jīng)過(guò)RO 系統后，處理效果如下：進(jìn)水、出水和濃水的TDS 分別為735 mg /L、49 mg /L 和1. 52 × 103 mg /L。

編輯：王媛媛