氨吹脫技術(shù)在香港填埋場滲瀝液處理中的應(yīng)用

1、氨吹脫技術(shù)在香港填埋場滲瀝液處理中的應(yīng)用來源： 作者：余昆朋摘要：滲瀝液在排放之前，垃圾滲瀝液中需要去除的一項主要污染物是氮。為此，通常可采用兩種基本方法：第一種是生物法，在滲瀝液處理中應(yīng)用非常普遍；第二種是氨吹脫法。本文主要說明了香港填埋場滲瀝液處理中采用的氨吹脫技術(shù)，包括設(shè)計、安裝、運行中的關(guān)鍵問題和處理效果，并且比較了在香港四個滲瀝液處理廠（Nent、 Went、Gin Drinkers Bay和Tseung Kwan O）應(yīng)用中的區(qū)別。 關(guān)鍵詞：滲瀝液 氨吹脫 氨去除 氮氧化物 1 引言在生活污水中氨的濃度大約為30mg/L，而在滲瀝液中則可能達到數(shù)千mg/L。在排放之前，必

2、須去除氨是基于以下幾個原因：毒性  氮在廢水中可以四種形態(tài)存在：有機氮，氨氮，亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。有機氮和氨氮是生活污水中氮存在的主要形態(tài)。NH3對魚類有毒性，而NH4+才無毒性。當(dāng)氨濃度在2.525mg/L，能使魚致死(Klien, 1972)。隨魚的種類、水溫、pH和水中其他化學(xué)物質(zhì)的不同，這些數(shù)值會發(fā)生變化。游離氨對魚類有毒害作用      NH 3+H+NH4+    pH7，   僅有NH4+存在，    pH7，   反應(yīng)

3、向左，    pH12，  僅有NH3存在。一般說， 水體中游離氨濃度不應(yīng)大于0.02mgL。氨由于硝化作用而消耗氧，會降低水中的溶解氧，導(dǎo)致其他水生物無法生存。NH4+2O2àNO3-+2H+H2O氧化1mg/L的NH4+-N需4.6mg/L的氧。氮化物是植物性營養(yǎng)物，會造成水中藻類異常繁殖，破壞自然環(huán)境。水中NO3-N濃度高時，嬰兒飲用后有可能患變性血色蛋白癥。   去除滲瀝液中的氮通?？梢越?jīng)過生化反應(yīng)去除，去除速率通常小于1kg/(m3廢水·d)。當(dāng)土地有限、氨的濃度非常高時，這種方法實際上是不可行的。2 技

4、術(shù)   2.1 選擇吹脫的原因   去除氨有許多其他可行的方法，表1列出了這些技術(shù)的優(yōu)、缺點。表1  氨去除工藝特點比較從上表可以看出，折點加氯和離子交換都要求復(fù)雜的技術(shù)、較高的費用、有技術(shù)的管理人員。氨吹脫的缺點通常認為主要是需要調(diào)pH。實際上，氨離子轉(zhuǎn)化為氨氣受溫度和pH的制約，單獨提高溫度就可以充分完成這個轉(zhuǎn)化。氨氮在水中通常以兩種形式存在：氨離子NH4+和氨氣NH3。二者符合以下關(guān)系：氨離子轉(zhuǎn)化為氨氣需要投加堿。上面已經(jīng)指出：當(dāng)水溫升高時，游離氨的含量會增加(Srinath and Loehr, 1974)。氨在氣相中的比例（用f表示）

5、可以用下式表示：溫度和pH對f的影響如下圖所示。  2.2 氨吹脫    氨吹脫包括大量的空氣通過滲瀝液，因此促使氨氣由液相傳遞到氣相中。很多學(xué)者詳細地研究了這項技術(shù)在滲瀝液處理中的應(yīng)用。通常遇到的技術(shù)難題是溫度問題(eg. Damhaug and Jahren, 1981)。其他學(xué)者認為氨吹脫塔需要大量的空氣而使運行非常昂貴(Knox,1983)。當(dāng)環(huán)境溫度接近零度時，空氣通過塔所產(chǎn)生的風(fēng)冷效果也認為是一個難題(Reynolds, 1982)，通常溫度會下降56。然而，填埋場內(nèi)的沼氣能量可使本工藝能夠運行。填埋氣能夠用來提高滲瀝液的溫度，（通常提高到6

6、575，處理1立方米滲瀝液大約需要450MJ的能量，這大約相當(dāng)于25m3沼氣（CH4 50），因此容易去除氨，并且不會遇到早期研究者所提及的問題。溫度提高不僅減少了冰凍的危險，而且會提高能夠去除的氨氣量。經(jīng)過大量中試和工藝評估，根據(jù)Knox 等人的研究，吹脫工藝最終確定為香港Went填埋場氨氮去除的核心工藝。此處理廠設(shè)計流量1800m3/d,1998年開始運行。此工藝作為現(xiàn)有生化滲瀝液處理廠的前處理工藝，這是由于當(dāng)規(guī)范要求總氮的排放標準要求更為嚴格了。隨后，類似的工藝在Tseung Kwan O 填埋場應(yīng)用，設(shè)計能力220m3/d。圖2 香港Went填埋場填埋氣體和滲瀝液處理裝置 圖3 香港N

7、ent滲瀝液處理廠 在四個填埋場所采用的吹脫工藝新特點：工藝是在較高溫度下進行的，減少了堿的投加量。吹脫的氨被熱氧化為氮氣，而不是采用典型的酸洗工藝。填埋氣用來發(fā)電，并作為吹脫的熱源和熱氧化工藝的燃料。實施中遇到的問題   考慮到采用工藝的先進特點，處理工藝達到了滿意的去除效果是很自然的。   本工藝達到預(yù)期目標主要有以下幾點關(guān)鍵的保證措施：氣液比這是一個關(guān)鍵參數(shù)。為保證吹脫塔在恒溫下運行，需要提高空氣的溫度。因此需要采用蒸汽加熱。當(dāng)然，存在需要蒸汽量的極限，這是一些基本參數(shù)如填埋場氣體收集系統(tǒng)和鍋爐的大小的函數(shù)。在實施中，做了大量有關(guān)氣液比的測試。然而

8、，最佳比值比想象的要低，且可以達到98.5的氨去除率。蒸汽、空氣混合當(dāng)蒸汽與空氣混合時，存在一定的反應(yīng)時間。在鍋爐進口前，當(dāng)燃氣與空氣混合，若混合不充分或者接觸時間不夠，最終的混合也將不充分。在空氣與蒸汽混合的情況下會導(dǎo)致冷凝和低溫度下的飽和空氣，這并不是所需要的。調(diào)整蒸汽、空氣的混合以提高接觸時間，達到設(shè)備內(nèi)所能達到的最優(yōu)混合。工藝控制對于過程控制需要相當(dāng)注意，比如設(shè)備的啟動與關(guān)閉。當(dāng)然，工藝需要因地制宜而改變。吹脫塔、冷卻塔合建情況 在Went處理廠中，盡管空間有限，但是仍有足夠的地方來設(shè)置單獨的冷卻塔和吹脫塔。雖然這種分建式使設(shè)計計算簡單明了，但隨之帶來的從一個塔到另一個塔的輸

9、送問題帶來了一定難度。而對于Nent處理廠，地方非常有限，以至于吹脫塔、冷卻塔分建根本就不可行, 因此需要將二者合建。熱控制引入的最重要改進可能算是處理廠內(nèi)的熱控制方法。設(shè)計理念是設(shè)置標準的火炬，氣體以恒定流速進入燃燒器，而通入的空氣量變化，以保證常溫?？紤]到空氣吹脫工藝特性，有許多熱傳遞再次發(fā)生，這種方式會帶來處理系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，解決方法是按照標準鍋爐的流程來運行處理廠。這樣，氣流速度變化，負荷維持不變。其他的熱傳遞在試運轉(zhuǎn)時確定下來。這種方法使使整項技術(shù)的運行大大簡化。處理效果運行效果有兩個重要方面:氨吹脫的程度和從氨燃燒過程中排放值。表2  氨氣熱處理器排放值氣體原濃度出口濃度去除率甲烷50 %<0.002 %99.996 %氨氣91,573 mg/m347 mg/m399.994 %NO3.7 mg/m39 mg/m3  NO23.8 mg/m317 mg/m3  所有數(shù)據(jù)都已經(jīng)校正到 1,013 mbar, 3% Oxygen and 0oC的干氣體情況。Nent和Went的氨排放濃度控制：在進口濃度為6,700 mg/l時排放濃度小于100 mg/l。實際上如果當(dāng)處理廠在最佳狀態(tài)下運行時，排放值小于50 mg/l。在 Tseung Kwan O