某矿业氨氮废水处理项目技术方案.docx
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某矿业氨氮废水处理项目技术方案.docx
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某矿业氨氮废水处理项目技术方案
xx锰业有限公司150m³/d氨氮废水处理项目
工艺设计方案
编制人:
生成日期:
最后修改日期:
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xx有限公司
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电话
文档控制
修改记录
Date
Author
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ChangeReference
2018.05.28
V1.0
初步编制
2018.05.30
V1.0
审核
2018.05.30
V2.0
修改
2018.05.30
V3.0
修改
审查人
Name
Position
文档控制II
修改记录II
审查人II
目录III
第1章、项目概况1
1.1设计单位简介1
1.2工程概况1
1.3编制依据1
1.4设计原则2
1.5工程范围2
第2章、设计水量与水质4
2.1原水水质特征分析4
2.2设计水量4
2.3设计水质4
2.4设计方案4
第3章、工艺流程及设计说明5
3.1工艺原理5
3.1.1工艺原理5
3.1.2氨的吸收和解吸5
3.2工艺流程6
3.2.1工艺流程图6
3.2.2工艺流程概述6
3.2.3主要工艺单元及设备描述7
第四章、工艺原理及计算9
4.1氨氮废水处理系统9
4.2硫酸铵溶液的浓缩10
4.3硫酸铵溶液PH值调整10
4.4工艺物料计算10
第5章、项目操作说明12
5.1项目设计概述12
5.2吹脱与吸收操作12
5.3运行成本分析13
5.3操作与运行13
5.3本方案的技术优势13
5.3问题及措施14
第6章、用电、自动控制和仪表15
6.1用电负荷15
6.2自动控制及仪表16
第7章、设计统一规定17
7.1设备选型原则17
7.2平面及高程布置原则17
7.3防腐17
7.4安全及环境保护17
7.4.1环境保护要求17
7.4.2安全要求18
第8章、技术经济指标19
8.1占地面积19
8.2公用工程消耗(a)19
8.3化学药剂消耗(b)19
8.4人员费用(C)19
8.5直接运行工成本(D)19
第9章、设备及土建20
9.1主要工艺设备清单表20
第10章、投资22
10.1项目投资22
第11章、技术服务和培训23
11.1技术培训23
11.2调试支持23
第12章、工期分析24
12.1工期分析24
12.2总工期24
第13章、运营管理25
13.1技术组织25
13.2数据监测25
13.3人力组织25
12.4材料组织25
第1章、项目概况
1.1设计单位简介
1.2工程概况
xx锰业有限公司是一家以电解金属锰生产、销售、电解金属锰深加工产品-锰粉、四氧化三锰、脱氧锰、增氨氮锰、锰铝合金生产、销售,进出口贸易为一体的大型生产企业。
生产过程中150t/d的氨氮废水,因氨氮含量高;为使废水排放达到区域排放标准以及符合排放总量控制的要求,拟建1套吹脱-回收硫酸铵装置,确保废水达标排放,并且回收硫酸铵溶液;保障业主的环保治理,建设企业可持续发展的良性生态环境。
根据我公司的工程经验以及业主要求,结合该公司废水特点,装置的设计方案以吹脱废水中氨氮进入空气,采用稀硫酸吸收反应生成硫酸铵溶液回用。
处理后废水中氨氮达标排放;废气由吸收塔顶防腐烟囱直接达标排放。
项目名称:
xx锰业有限公司150m³/d废水处理项目
建设地点:
xx锰业有限公司生产厂区内
建设规模:
废水处理量150m³/d
处理目标:
废水达到《污水综合排放标准》(GB8789-1996)中的一级排放标准,具体排放数据如表1。
水质排放标准表1:
序号
项目名称
单位
排放标准
1
净化废水氨氮排放浓度
mg/L
150
2
废气硫铵气溶胶排放浓度
mg/Nm3
30
1.3编制依据
1、我公司类似脱氨氮污水处理项目相关设计文件与资料
2、选用国家与地方现行相关法律法规,以及相关标准与设计规范:
3、业主提供的相关数据、资料、要求:
《化学工程手册》
《污水综合排放标准》GB8978-1996;
《环境空气质量标准》GB3095-1996;
《室外给排水设计规范》GBJB-1986;
《低压配电设计规范》(GB50054-2011);
《工业企业设计卫生标准》(GBZ1-2010);
《工业管道施工及验收标准》GBJ235-1982;
《电力工程电缆设计规范》GB50217-1994;
《优质碳素结构钢技术条件》(GB699-1988);
《钢结构施工及验收技术规范》GB50205-1995;
《玻璃钢化工设备设计规定》HG/T20696-1999;
《中华人民共和国环境保护法》(2015年1月)
《中华人民共和国大气污染防治法》(2000年9月);
《中华人民共和国清洁生产促进法》(2012)修正;
《化工装置设备布置设计规定》(HG/T20546-2009);
《工业企业厂界环境噪声排放标准》GB12348-2008;
《计算机控制软件的设计、编程规范》GB8566-1988;
《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-1982;
《工业自动化仪表工程施工及验收规范》GBJ93-1986;
《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》GBJ131-1990;
《中华人民共和国水污染防治法实施细则》(2000年3月);
《电气装置安装工程低压电气施工和验收规范》GB50254-1996;
注:
以上标准规范,若有新版本,以最新版本为准。
1.4设计原则
总原则:
实现污染物“减量化、资源化、无害化”目标。
针对废水的特点,结合业主要求,该技术文件设计遵从如下原则:
安全性:
系统的处理工艺必须具有针对性,稳定有效地去除废水中的污染物,确保出水水质达到排放标准及废气处理排放标准;
稳定性:
工艺设计需保证排放水质稳定、工艺设备运行稳定,避免出现污水排放不达标、设备检修频率高等状况;
绿色药剂:
处理系统所需化学药剂应尽可能采用常用药剂,避免投加的药剂对污水处理站二次污染;
经济原则:
在保证设备、设施正常稳定运行的前提下,减少投资。
1.5工程范围
一、施工范围:
工程内容包括废水预处理系统、氨氮吹脱系统、氨氮吸收系统、硫酸铵溶液增浓系统、电气系统、仪表及自控系统施工等。
二、设计内容:
废水处理站的工艺设计、土建设计、电气施工、设备选型等。
1、工艺设备的调试,系统调试直至处理达标;
2、废水处理系统每吨水运营费用与工程投资总概算;
3、本项目所有工艺管线、给排水管线等均由业主送至站区界外1米处,电缆由业主送至处理站配电柜内。
第2章、设计水量与水质
2.1原水水质特征分析
根据浓度的不同,工业氨氮废水可划分为3三类:
第一类高浓度氨氮废水:
NH3-N>500mg/L;
第二类中等浓度氨氮废水:
NH3-N为50~500mg/L;
第三类低浓度氨氮废水:
NH3-N<50mg/L;
依据业主提供的水质参数可知,本项目废水氨氮含量属于高浓度氨氮废水范畴,且排放标准要求极高。
2.2设计水量
废水处理规模:
按废水处理量150m3/d,日运行时间20h,装置废水处理能力7.5m³/h;进废水温度:
常温,吹脱温度≥45℃;引风机进出口压差:
≥2.4kPa;风量:
按气液比3000计,风量为30000m³/h。
给水条件:
本方案需工艺水约0.65m³/h,压力0.3MPa,考虑厂内供水管网供给。
供配电条件:
本方案总装机容量约171kw,常用容量按70%开机负荷约119.7kw,需要提供380V电源。
2.3设计水质
经处理后的污水定期排放,应符合现行国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)表4中规定的一级标准。
序号
名称
进水水质指标(mg/L)
出水水质指标(mg/L)
1
净化废水氨氮排放浓度
1500
150
2
废气硫铵气溶胶排放浓度
-
30
2.4设计方案
本工程采用空气吹脱氨氮,硫酸吸收氨氮法工艺。
基本工艺为:
废水经PH调节,吹脱塔将废水中氨氮吹出,空气中氨氮在吸收塔中经稀硫酸吸收反应生成硫酸铵,经循环增浓送至主生产系统。
排放标准:
废水中氨氮排放标准:
≤150mg/L;废气烟尘排放标准:
≤30mg/L;
副产物产量:
设计产量均按相应主体装置考虑,有效生产时间300d/a,20h/d进行理论计算;回收NH3:
脱氨氮后业主要求按小于150mg/L,NH3含量按1500g/m3计算,回收NH3:
223.6kg/d;67.08t/a;
液体硫酸铵产量:
由于本项目为新建工程,本方案副产品为液体硫铵,产纯硫铵量为820kg/d,245t/a;硫酸铵溶液浓度为60kg/m3(按饱和度的80%),产硫铵液量为13.7m3/d,4100m3/a;由于业主及时回用,可设置储槽约15m3(贮存时间约1d)。
第3章、工艺流程及设计说明
3.1工艺原理
3.1.1工艺原理
本项目废水中氨为金属离子状态物质,它的净化,是利用物理化学方法,在一定的温度和PH条件下,将氨离子转化为游离状态的氨气体,再从液体中分离转化至气相中。
分离的方式有吹脱法、蒸馏法、负压法等。
广泛采用的是吹脱法,既保证氨的回收利用,又使氨气不进入大气,不污染环境。
氨气体再通过化学吸收,又进入液体中形成硫酸铵溶液;气态物质的回收与净化有多种方法,广泛采用的如吸收法、吸附法。
吸收法是通过扩散方式将气体中的可溶气态物质转移到液相,形成溶解的水合物或某种新化合物,此种方式又称湿式净化。
吸收分为物理吸收和化学吸收,前者是简单的物理溶解过程,后者在吸收过程中气体组分与吸收剂发生化学反应。
3.1.2氨的吸收和解吸
氨溶于水中,形成氢氧化铵碱,电离后形成铵离子和氢氧根离子。
在一定的温度与压力下,氨气体在水中溶解度不同。
本项目废水中氨氮源于少量硫酸铵。
为破坏氨的溶解平衡,使氨离子转化为游离氨,一是提高溶液温度,降底氨溶解度,二是加入強于氢氧化铵的碱,使氨离子转化为游离氨,三是加入与硫酸根形成沉淀物,铵离子转化为游离氨的物质,如氢氧化钙。
由于运行成本,原材料成本及其它条件限制,不可能全部将氨离子转化为游离氨。
氨吸收过程中,混合气体中的NH3组分向液相迁移而被吸收,同时液相中的NH3组分也会从液体中逸出而被解吸,当气、液间的吸收与解吸速度相等时,达到运行平衡状态。
此时吸收剂所能溶解的气体量成为平衡浓度,它是吸收过程的极限。
气体中的气相溶质向液相迁移的溶解速度,即传质速度主要决定于气液两相的阻力大小。
对于易溶于水的NH3,其吸收阻力主要表现为气膜阻力,其吸收过程称为气膜控制过程。
废水中的气相溶质向气相迁移的解吸速度,即传质速度主要决定于气液两相的阻力大小。
对于易溶于水的NH3,其解吸收阻力主要表现为液膜阻力,其吸收过程为液膜控制过程。
解吸中液膜厚度越小越好,比表面积越大越好。
3.2工艺流程
3.2.1工艺流程图
3.2.2工艺流程概述
一、水系统
氨氮废水经污水收集管网,通过重力作用,排入氨氮废水收集池;经收集池调节水质、水量后,由泵提升至压滤机进行过滤处理,处理后的废水流入PH调节槽,滤渣则外运处置;在调节槽中,通过加碱调节PH值后,废水经提升泵提升到吹脱塔进行吹脱处理,处理后废水排至清水收集池,废气则通过排风管道输送至废气处理吸收塔处理后达标排放;
二、泥系统
废水中固体物先经压滤机去除,滤渣定期外运无害化处理。
三、气系统
氨氮废水处理吹脱塔供气,PH值调节槽搅拌等由风机统一供气。
四、药系统
系统加药点:
氨氮处理PH值调节槽,废气处理的调节槽及吸收塔。
3.2.3主要工艺单元及设备描述
一、收集池
氨氮废水通过管道自流排入收集池,因废水排放的时间和流量具有不稳定性,需设收集池,调节水量,均衡水质,降低水质、水量变化对后续处理工艺效率的影响。
二、压滤机
污水中存在大量固体悬浮物,通过压滤机的过滤处理,可降低废水中污染物的浓度,减少后续处理工艺流程的负荷。
三、槽罐
废液调节罐、硫酸稀释罐、硫酸铵溶液调节罐15m3,¢2500×3000,为圆柱形体,设置曝气装置,数量共3套。
四、吹脱塔
废水从塔的上部淋洒到填料上而形成水滴,顺着填料的间隙次第落下,与由风机从塔底向上吹送的空气逆流接触,完成传质过程,使氨氮由液相转为气相,随空气排放,完成吹脱过程。
吹脱塔主体外壳为FRP材质结构。
规格¢2200×12000,数量1台,吹脱塔內置件与筛板采用FRP材质结构;填料采用¢50鲍尔环填料,材料为PP材质。
吹脱塔是一个组合式设备,由多部分组成;下部是进气口;底部储液段,出水口设在中部,设三级填料床,每层1.2m,单台共阻力800Pa;床底设孔板,至少能承受200kg/m2的荷载;床之间塔壁设¢600人孔,上部是废水分布器,顶部设气体出口。
运行均为正压操作。
五、吹脱废气吸收塔
塔主体外壳为FRP材质结构,规格¢2800×18000,数量1台;吸收塔中部內置件拟及筛板采用FRP材质结构;填料采用¢50鲍尔环填料,材料为PP材质;上部內置二级折流式除沫除雾设备,材料为FRP材质。
吸收塔是一个组合式反应器,由3部分组成:
下部是循环段,设循环液出口管3个;中部是吸收段,设三层鲍尔环填料;上部设二级除雾器,与冲洗管连接;顶部为塔顶烟囱。
运行均为正压操作;吸收塔运行阻力1200Pa。
六、泵
氨氮废水进压滤机水泵2台,1开1备;氨氮吹脱塔供水泵设置2台,1开1备;应急槽进清水集水池废水泵1台;共5台,Q=10m³/h,H:
20m。
循环泵是与吸收塔配套的重要设备,它将循环槽内的溶液送至喷嘴,形成雾化液吸收气体中氨;循环水泵按照单元制设置,每台循环泵对应一层布水装置。
循环泵设置,吸收层为3台,采用2开1备运营方式,某1台发生故障需检修,其它2台运行不影响设备正常运行,遇特殊情况可同时开3台,Q=45m³/h,H:
25m。
洗涤层循环泵为2台,1开1备,Q=45m³/h,H:
30m;
除雾器冲冼泵2台,1开1备,Q=15m³/h,H:
40m;
硫酸铵溶液输出泵为2台,1开1备;Q=5m³/h,H:
20m;
硫酸铵溶液调节输出泵为2台,1开1备;Q=10m³/h,H:
20m。
七、其他设备
压滤机,30m2,数量1台;由业主单独购置。
八、风管
吹脱塔和吸收塔之间,使用规格¢900,长度约20m的FRP材质管道连接,并在设备与管道连接处设置软接头;塔顶烟囱,使用规格¢900,长度约15m的FRP材质。
九、其他构配件
管道:
管道设计时充分考虑介质对管道系统的腐蚀与磨损,选用恰当的管材(如碳钢管、衬塑钢管、不锈钢钢管、合金钢钢管和玻璃钢管道等)、阀门和附件;介质流速的选择既要考虑避免浆液沉淀,同时又要考虑管道的磨损和压力损失尽可能小;管道及附件的布置必须满足检修车辆人员通行,安全疏散;外观齐整,表面分类涂色;管道及附件的布置必须满足脱硫装置施工及运行维护的要求,并应避免与其它设施发生碰撞。
用于不同介质的管道材料:
循环液使用FRP管道;工艺水管、消防水管、杂用气管采用普通碳钢。
玻璃钢(FRP)管道:
塔外部的FRP管和配件通过丝绕制工艺制造。
在支管接头及改变方向处,其内表面至少有25mm的弯曲半径。
FRP管道预先制做。
当安装FRP管道时,包括FRP管道的固定、管口的打磨、粘接、管道的试压、补漏等。
阀门:
阀门的设计、制造、试验及安装将采用最新的国家标准;阀门规格尽量统一,尽量减少阀门的种类和厂家数量;所有阀门设计选型适于介质特性和使用条件;浆液系统的阀门考虑介质的磨损和腐蚀。
阀门符合下列要求:
调节阀及远方操作的阀门采用气动/电动执行机构;下列条件下工作的阀门装设气动/电动驱动装置;按工艺系统的控制要求,需频繁操作或远方操作时;阀门装设在手动不能实现的位置,或必须在两个以上的地方操作时;扭转力矩太大,或开关阀门时间较长时;布置在户外的阀门,其气动/电动执行机构适应户外露天布置的要求;除工艺水系统外,所有阀门不采用灰铸铁制作;重要的和浆液浓度高的调节阀和减压阀均设置旁路阀门;浆液管道的阀门,其阀板材质为合金钢,阀体为衬塑阀体;阀门的布置便于操作和维护,阀门的门杆尽量垂直布置。
用于不同介质的阀门材料:
循环液使用玻璃钢(FRP)阀门;工艺水阀门、消防水阀门、杂用气阀门采用普通碳钢。
十、防腐
防腐和防护:
凡与氨氮液接触的的设备管道采用玻璃钢材质,吸收塔采用PP材质,无须另行防腐;在正常操作过程中,按照工艺指标控制浆液系统的PH值,可防止浆液系统中设备和管道出现结垢、堵塞。
涂层防腐:
设备的所有部件的金属表面均已在出厂前进行净化和涂刷油漆的处理;对于钢结构元件先涂防锈底漆,采用耐风化、防腐蚀的优质油漆(三底二面),在现场施工完后再涂刷最后一道面漆。
第四章、工艺原理及计算
4.1氨氮废水处理系统
一、反应机理及过程
1、铵离子生成游离氨:
水溶液中的NH4+转化为NH3反应方程式:
用钠碱调整:
(NH4)2SO3+2NaOH=2NH4OH+Na2SO4
在过量NaOH条件下:
NH4OH=NH3↑+H2O
用石灰调整:
(NH4)2SO3+Ca(OH)2+2H2O→2NH4OH+CaSO4·2H2O↓
在过量Ca(OH)2条件下:
NH4OH→NH3↑+H2O
2、NH3的吸收:
NH3在溶液内的吸收反应机理,有以下几个过程:
NH3(g)→NH3(aq)
NH3(aq)+H2O→NH4OH
NH4OH+H+→NH4++H2O
2NH4OH+H2SO4→(NH4)2SO3+2H2O
3、过程说明:
NH3的吸收过程是传质和反应同时进行的过程;首先NH3由气相主体扩散至气液相界面;然后,在由相界面向溶液主体扩散过程中,与溶液中的NH4+、H2O、NH3在反应区发生化学反应,最后反应产物(NH4+、H2O),从反应区向溶液主体扩散。
以上过程中,是NH3的水化过程,是溶液内发生的化学反应,反应的进行使得相界面NH3浓度降低,促进NH3的水化过程。
因此H+吸收液主要利用H+不断循环过程来吸收废气中的NH3。
补充的H+并不是直接来吸收NH3,而是为了保持吸收液中H+一定的浓度比例。
因此,系统中NH3的平衡分压基本为零,系统NH3逃逸很少,也不易产生气溶胶。
由于H+与NH3反应的活性很强,此反应速度很快,所以所需的吸收停留时间一般在2s左右即可。
此过程的关键问题是控制NH3向气相中挥发,应维持吸收液偏酸性的条件。
所以根据工程经验一般维持吸收液PH在5.0-6.0(大多控制在在5.3-5.8)。
吸收效率受如下因素影响:
氨硫酸当量比、液气比、溶液在吸收循环槽中的停留时间、气体在吸收区的相对速度和接触时间等。
4、氨氮在水溶液中的平衡浓度(按纯水溶液)
氨氮在水溶液中的平衡浓度(按纯水溶液):
PH
7
8
9
10
11
12
NH4+(mg/L)
180000
18000
1800
180
18
1.8
氨氮在多种物质的溶液中,与有的物质易形成络合物,它的存在高于平衡浓度。
5、PH和温度对脱氨的影响
不同PH、温度下氨氮的脱除率(%):
PH
20℃
30℃
35℃
9.0
25
50
58
9.5
60
80
83
10.0
80
90
93
11.0
98
98
98
4.2硫酸铵溶液的浓缩
进入吸收塔的含氨气体含量低,与顶部喷淋的硫酸溶液逆流接触反应后,生成的硫酸铵浓很低,硫铵浓度达不到规定工艺指标;本项目采用吸收塔与循环槽一体化,循环槽中溶液经循环泵送至吸收段再次吸收氨,计量后硫酸不断补充至循环槽中,溶液不断循环反应和吸收,使循环液达到规定浓度,计量排出。
4.3硫酸铵溶液PH值调整
硫酸铵溶液由于在循环吸收过程中PH偏低,可以用氨水调整PH至7-8;由于业主硫酸铵回用,也可不调整,直接返回至生产系统统一配置。
4.4工艺物料计算
一、计算参数和反应式
1、业主提供的废水有关参数和要求:
名称
单位
指标
备注
废水处理量
m³/d
150
-
原废水氨氮浓度
mg/L
1500
-
净化废水氨氮排放浓度
mg/L
≤150
-
废气硫铵气溶胶排放浓度
mg/Nm3
≤30
-
设备使用寿命
a
15
-
年运行时间
h
7200
-
2、计算按上述工艺原理的化学反应
用NaOH调整PH并过量:
(NH4)2SO3+2NaOH→2NH4OH+Na2SO4;NH4OH→NH3↑+H2O
吸收反应式:
2NH4OH+H2SO4→(NH4)2SO4+2H2O
二、物料计算
PH调整和吹脱及吸收物料计算结果如下:
名称
单位
物料量
备注
NH3量
kg/h
11.25
-
NH3减排量
kg/h
11.18
氨量约10mg/L计
需NaOH量
kg/h
24.80
化学消耗
需NaOH量
kg/h
3.0
调PH至12
共需NaOH量
kg/h
27.80
-
风量
m³/h
30000
按气液比3000m³计
空气含NH3量
mg/m³
496
-
净化废水含NH3量
mg/L
10
以N计
吸收耗硫酸量
kg/h
30.40
按浓度为98%计
吸收实耗硫酸量
kg/h
31.10
按浓度为98%计
产硫酸铵量
kg/L
41.0
-
产硫酸铵液量
m³/h
0.68
按浓度为60kg/m³计
废液硫酸钠含量
kg/m³
6.50
饱和度77%
说明:
N15mg/L换算成NH4+浓度为19.3mg/L,排放浓度按NH4+浓度为≤19mg/L计
三、水量计算
水量计算结果列表如下:
名称
水量(m³/h)
备注
废水量
7.50
-
气体流量
30000
-
出水量
0.87
-
气体带走水汽量
0.95
按平均25℃饱和状态计
硫酸铵液带走水量
0.65
-
进水量
0.70
按湿度80%计
气体带入水汽量
0.75
按平均25℃饱和状态计
硫酸带入水量
0.162
按20%稀释
PH调整带入水量
0.02
按20%稀释
净化废水量
7.50
系统水基本平衡
耗水量
0.65
-
第5章、项目操作说明
5.1项目设计概述
据业主提供的情况,本技术方案的核心部分是氨氮吹脱和氮氮吸收,氨吸收后转化为副产物硫酸铵溶液,该产物是业主需要的辅助化工材料;本技术方案一是采用的高效吹脱填料塔,吹脱效率高,操作稳定,不易结垢等特点;二是吹出的氨气经稀硫酸吸收反应后,副产物在一体化吸收循环塔中循环增浓,达到使用要求,设备数量和配置减少,也减少了投资,便于操作和管理。
5.2吹脱与吸收操作
根据氨的物理特性,氨氮吹脱选用多级吹脱工艺。
1、吹脱操作
废水调节PH值后
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