蔡宇拓

摘 要：在工业废水处理项目中，对高氨氮、高盐度废水的回收、利用一直是一个难题，在目前的环保压力下如何能够有效地解决零排放问题是我们探讨的目的，本文以某国有煤气企业的零排放项目经验为例简单分析，以此分享。本工程是为某国有煤气公司硝酸铵废水资源化利用项目而设计。

关键词：硝酸铵废水；电渗析；EDI；离子交换；零排放

某国有煤气公司气化厂，为将生产过程中产生的硝酸铵废水资源化利用，有限削减污染物排放总量，根据废水的特征，拟对硝酸铵废水采用组合的膜工艺浓缩，浓缩液用于生产系统中，采用蒸发工艺制成晶体，作为副产品外售，淡水可作为冷却循环水回用，基本实现硝酸铵废水零排放。

一、工艺设计

本项目利用膜集成技术浓缩硝酸铵冷凝废水，可将硝酸铵溶液浓缩至8%～12%，浓缩液可以直接被硝铵系统回用，膜系统的透过液（清洁水）控制氨氮小于10mg/l，作为循环冷却水补充水，水的回用率可达100%。实现水和硝酸铵资源的充分利用，促进硝铵工业可持续发展。

据建设单位的要求，本项目处理规模为320m3/h，设计每天运行时间20h，即16m3/h。进水PH=6-9， 硝酸铵浓度约为6000 mg/L； 出水PH=6-9， 回收淡水氨氮浓度≤2.47mg/L，浓缩液硝酸铵浓度达到105.1g/L。

1.工艺流程说明

1、硝酸铵冷凝废水经降温和调节pH后进入电渗析膜浓缩系统，该系统设三级浓缩装置，第一级运行时，淡化侧废水一次性处理至含盐量小于400mg/l进入三级电渗析脱盐系统进行进一步淡化，一级电渗析浓缩侧废水排出的浓水含盐量达到20000mg/l（2%）左右；进入第二级浓缩系统；第二级电渗析运行时，淡化侧废水淡化至含盐量小于8000mg/l回流至一级电渗析装置处理；二级电渗析浓缩侧废水排出的浓水硝酸铵量达到100000mg/l（10%）以上，二级电渗析浓水水量约1.6m3/h，作为配料水直接进入系统回用或进入硝酸铵蒸发系统，回收硝酸铵；第一级电渗析浓缩系统的淡化水进入第三级除盐系统，经电渗析膜脱盐处理后，氨氮含量在10mg/l以下，三级电渗析淡水量约14.4m3/h，PH6.5～7，淡水再经过EDI系统制备超纯水回用到生产工艺中或作为循环冷却水使用，三级电渗析系统的浓缩液返回一级电渗析浓缩系统继续浓缩。

2、在极水储罐中加入脱盐水，并加入氯化钠溶液调节到所需电导率5000～10000us/cm，然后用水泵输送到设备极室中。

2、单元工艺原理及介绍

2.1 电渗析（ED）系统

电渗析是一种利用膜的选择透过性对水中的带电电解质和不带电物质进行分离而达到脱盐、浓缩等预期目的的一种膜分离设备。电渗析器的主要部件为阴、阳离子交换膜、隔板与电极三部分。隔板构成的隔室为液体流经过的通道。物料经过的隔室为脱盐室，浓水经过的隔室为浓缩室。在直流电場的作用下，利用离子交换膜的选择透过性，阳离子透过阳膜，阴离子透过阴膜，脱盐室的离子向浓缩室迁移，浓缩室的离子由于膜的选择透过性而无法向脱盐室迁移。这样淡室的盐分浓度逐渐降低，相邻浓缩室的盐分浓度相应逐渐升高。即把废水中的盐分进行淡化或浓缩。

硝铵废水ED系统设计采用模块化设计，系统设计为三级浓缩方式，为了确保系统连续稳定运行，共设19套电渗析装置。一级两组10台，每组5台并联运行。二级1组4台，三级1组5台。

ED系统设计参数：

1）设计温度：≤40℃

2）设计浓缩浓度：≥10%

2.2 EDI系统

电去离子（Electrodeionization简称EDI）是将电渗析膜分离技术与离子交换技术有机地结合起来的一种新的制备超纯水的技术，它利用电渗析过程中的极化现象对填充在淡水室中的离子交换树脂进行电化学再生。

EDI设备主要由交替排列的阳离子交换膜、浓水室、阴离子交换膜、淡水室和正、负电极组成。在直流电场的作用下，淡水室中离子交换树脂中的阳离子和阴离子沿树脂和膜构成的通道分别向负极和正极方向迁移，阳离子透过阳离子交换膜，阴离子透过阴离子交换膜，分别进入浓水室形成浓水。同时EDI进水中的阳离子和阴离子跟离子交换树脂中的氢离子和氢氧根离子交换，形成超纯水。极限电流使水电解产生的大量氢离子和氢氧根离子对离子交换树脂进行连续的再生。传统的离子交换，离子交换树脂饱和后需要化学间歇再生。而EDI膜堆中的树脂通过水的电解连续再生，工作是连续的，不需要化学再生。

本项目中由于部分水需要回用至循环冷却系统做到氨氮低于10mg/l，即做到接近超纯水标准。由于纳滤（反渗透）技术对于低无机盐浓度废水的截留率比较低，无法直接制备超纯水，而且效率较低，不经济。而EDI技术是当今国际上制备超纯水最先进技术，无需对树脂再生，无需消耗化学药剂，投资和运行比较经济，是一种环境友好型超纯水制备技术，产品水可以做到0.06?s/cm以下，非常适合也比较经济能把氨氮脱除至10mg/l以下。

A、硝铵废水EDI回用系统主要技术参数：

设计处理量：12m3/h

回用水氨氮：≤10mg/l

操作温度： ≤40℃

设计压力： ≤0.2MPa

三、改造后处理效果

本项目建成后出水指标达到设计要求，回用的冷却循环水NH4-N浓度为0.83 mg/L，二级浓缩液硝酸铵浓度为105.1g/L，废水处理系统各工艺单元达到预期效果，运行成本约为=4.84元/m3。

对硝酸铵高盐类化工废水的处理应根据不同水质建立适合的废水预处理装置，通过过滤装置等预处理手段，满足设备进水要求。以利于后续系统的启动和正常运转，对于离子交换膜处理单元借鉴现有应用案例，结合水质分析和实验结论，采用灵活的工艺路线强化膜处理的能力，最终通过膜分离系统达到废水回收、利用，从而达到零排放目的。

参考文献

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（作者单位：浙江省杭州市浙江开创环保科技股份有限公司）