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泵加压至 016 MP a ( G ) 后, 与反应后的溶液在 进料换热器换热后排出。
经过汽提塔汽提后, 硫酸铵废水分成塔顶的 20 w %t 的氨水产品和塔底的 N a2 SO4 溶液。其中 N a2SO4 溶液的氨氮含量小于 200 ppm。由于此类 废水控制严格, 氨氮含量 [ 20 ppm 才可以直接 排放。因此, 塔底的 N a2 SO4 溶液还需送污水处 理厂采用生物法进一步处理。
415 经济收益
通过对两种方案的经济性分析, 蒸发法处理 硫酸铵废水的年成本约为 103147万元。而汽提 法由于增加了原料 NaOH 的消耗, 故其成本高达 260175万元。此外, 由于汽提法处 理后的硫酸 钠废水还需污水处理厂再处理, 其费用为 115元
/ ,t 因此其实际成本为 262135万元。 结合副产品的收益, 综合各方案的投入及产
414 产品收益
在处理废水达标的前提下, 蒸发法年产硫铵 副产品 1896 ,t 按每吨硫铵价格 570元 (表 5) , 约合 108107 万元。汽 提法 年 副产 20w %t 氨水 2440,t 约合 26814 万元。因此, 在满足 处理废 水目标的基础上, 汽提法通过副产品的收益远高 于蒸发法。
4 经济性分析
根据目前市 场行情和 项目情况, 确定了 原 料、公用工程及产品的价格, 见表 5。
表 5 原料、公用工程及产品价格表 (元 / t)
项目 01 6M PaG 蒸汽
价格 150
项目
价格
硫铵
570
1 kwh 电 循环水 新鲜水
01 8
20w t% 氨水
1100
01 3
48w t% N aOH
表 3 汽提法产品分析
NH3 + H2 O
( kg/ h) ( w t% )
2441 56
80
611 14
20
0
0
0
0
3051 7
100
N a2 SO 4
( kg /h )
( w t% )
106419
791 81
பைடு நூலகம்
01 27
01 02
141 41
11 08
254172 133413
191 09 100
出, 由式 ( 1) 可得蒸发法和汽提法的年经济效 益分别为 4160万元、 6105万元。由此可得, 两 种方案在处理废水满足排放要求的基础上, 均能 形成实际收益, 取得了双重效果。但形成的年经 济效益较低, 且两种方案效益相近。在副产品利 用方面, 考虑到汽提法的副产氨水恰好为项目主 工艺装置的原料, 故无需考虑长期外售和贮存的 问题, 而蒸发法的副产硫铵则需作为化肥另寻销 售渠道。因此, 综合能耗、设备一次性投入及维 护费用、经济效益和副产品利用等方面, 汽提法 是处理该项目中硫酸铵废水更为合理有效、经济 性更好的方案。
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化工设计 2010, 20( 5)
用, 见表 6。
表 6 公用工程年消耗量和费用
蒸发法
汽提法
年消耗量
年费用 (万元 )
蒸汽
5280 t
7912
电
11 11 @ 105 kwh 81 896
冷却水 11 33 @ 105 t
新鲜水
0
31 974 0
2 工艺流程
本文研究某项目氨气洗涤系统中产生的硫酸 铵废水, 其处理量为 911kg / h, 温度和压力分别 为 40e 和 013 MP a ( G) , 组成见表 1。
表 1 硫酸铵废水组成表
组成 含量, w t%
H 2O 7410
( NH4 ) 2 SO 4 261 0
含量, m o%l
9514
双效蒸发获得的完成液通过后处理单元回收 硫酸铵。
完成液经二效出料泵送增稠器, 顶流返回硫 酸铵储槽循环, 底流进离心机。经离心分离操作 形成的硫酸铵结晶进流化床干燥器, 干燥后硫酸 铵作为成品采出, 夹带少量硫酸铵固体颗粒的热 空气首先经旋风分离器提高硫酸铵的回收率。其 次, 进水浴除尘器, 尾气由引风机放空, 洗液经 洗水泵排出。
由表 2可知, 硫酸铵废水经蒸发法处理后, 不仅达到了 对废水的处理 要求, 氨氮 含量小于 200ppm, 而且排放水中 基本不含氨氮, 无需再 送处理厂进一步处理。蒸发获得的硫酸铵浓度为 9918 w %t , 作为副产 品采出。尾气 主要为空气 和少量水, 无毒害物质, 可直接排空。
由表 3 可知, 汽提 法将硫酸 铵废 水处理 为 N a2 SO4 溶液和氨水。其中, N a2 SO4 溶液氨氮含量 为 200ppm, 满足了污水处理厂进一步处理的水质 要求。氨水浓度为 20 w %t , 作为副产品采出。
212 汽提法
采用蒸汽汽提的方式将氨汽提至塔顶, 经冷 凝后部分作为产品氨水采出。同时将塔底溶液中 氨氮含量降低至 200 ppm 以下, 从而达到对硫酸 铵废水的预处理。对比蒸发法, 该法大大降低了 蒸汽的用量, 降低了能耗, 其工艺流程见图 2。
图 2 汽提法处理 硫酸铵废水工艺流程
储存在硫酸铵储槽中的 26 w %t 的硫酸铵废 水经硫酸铵溶液泵加压后与 NaOH 溶液在混合器 中混合并发生反应, 生成 N a2 SO4 和氨水。反应 后的溶液在进料换热器中 加热至 90e 后进蒸汽 汽提塔。
总计
921 07万元
年消耗量
年费用 (万元 )
3200 t
48
31 52 @ 104 kwh 21 816
11 88 @ 105 t 51 635
11 08 @ 105 t 41 644
611 09万元
由表 6可知, 蒸发法公用工程年消耗 92107 万元, 比汽提法 多花费 50% 还多。可 见, 汽提 法运行成本较低。
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21111 蒸发单元 该单元的主要功能是通过蒸发部分水, 提高
废水中硫酸铵的浓度, 起到增浓废水的作用。 储存在硫酸铵储槽中的氨气洗涤系统废水,
经硫酸铵溶液泵加压, 送预热器加热后进一效蒸 发器的蒸发室。蒸汽从加热室壳侧进入, 加热浓 缩硫酸铵废水。
关键词 硫酸铵废水 蒸发法 汽提法
1 概述
氨氮废水作为工业生产中的一种常见废水, 目前的处理 方法主要有物 化法、生物 法和化学 法 [ 1, 2] 。随着环保要求和废水排放指标的日益严 格, 很多废水存在 氨氮严重 超标的情 况 [ 3] , 因 此, 去除废水中的氨氮已成为很多行业污水处理 上存在的主要问题之一 [ 4] 。
蒸发法 01 66 1319 161 56 0
汽提法 01 4 41 4
231 48 1135
由表 4可知, 蒸发法采用二效蒸发, 蒸汽用 量为 0166 t / h, 比汽提法多用 65% 。此外, 蒸发 法的用电量为 1319kW, 也远高于汽提法。这主 要是由于蒸发法耗电设备多, 除泵以外还有增稠 器、离心机、引风机等, 而汽提法仅为 4台电机 功率为 111 kW 的泵。在用水消耗方面, 汽提法 比蒸发法每小时多用 6192 t循环水和 1135 t新鲜 水。但综合来看, 由于蒸汽是主要的公用工程消 耗, 故对比蒸发法, 汽提法相对节能。
H2O
01 47 01 2
A ir
0
0
总计 2371 33 100
水
( kg / h) ( w t% )
0
0
6611 49 100
0
0
6611 49 100
排出气体
( kg/ h) ( w t% )
0
0
121 18 11 5
800 981 5
8121 18 100
组分
H2O NH3 N aOH N a2 SO 4 总计
750
41 3
依据对两种方案的经济性进行分析。其中, 年经济效益按式 ( 1) 计算 [ 7] 。
E M = Bi @ Pi - F - U - C /h
( 1)
式中, B、 P、 F、 U、 C 和 h 分别为价格、年产
量、年原料消耗、年公用工程消耗、年设备费及
设备折旧年限 ( 取 10 年 )。为了 便于计算, 将
蒸汽汽提塔塔顶冷凝器采用循环冷却水为冷 剂。塔底采用 016 MP a ( G ) 的蒸汽汽提, 氨汽 提至塔顶并进塔顶冷凝器冷凝。经回流罐后由回 流泵加压至 017M Pa ( G) , 一部分冷却的氨水回 流至汽提塔, 一部分以产品形式采出。采出的氨 水浓度为 20 w %t 。经氨水冷却器冷却后送回收 氨水储罐。汽提塔塔底为硫酸钠水溶液, 由塔底
3 结果分析
311 产品分析
两种方案在废水处理过程中, 均同时获得了 副产品, 即蒸发法的硫铵和汽提法的氨水。两种 方案的处理结果见表 2和表 3。
表 2 蒸发法产品分析
组分
( NH 4 ) 2 SO 4 产品 ( kg / h) ( w t% )
( NH4 ) 2SO4 2361 86 991 8
413 设备费
蒸发法和汽提法的设备费对比见表 7。
表 7 设备费对比
(万元 )
蒸发法
汽提法
换热器
48
9
泵、离心机和风机
30
81 4
塔
0
51 6
其他
36
7
共计
114
30
从表 7中可知, 汽提法的设备费一次性投入 仅为 30万元, 不足蒸发 法的 1 /3。可 见, 流程 简单、设备少是汽提法优于蒸发法的重要原因之 一。不仅如此, 汽提法设备维护费也较蒸发法少 很多。
