MAP鸟粪石工艺应用实例.docx
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MAP鸟粪石工艺应用实例
鸟粪石去除氨氮工艺技术实际应用举例
1.处理焦化废水——湖南某焦化厂生物脱酚工段改造方案
（a）原水产量及水质：
焦炉剩余氨水，处理水量23m³/h；原水水质见表1—1。
表1-1废水水质情况
项目
NH3—N
（mg/L）
CODcr
（mg/L）
pH值
SS
（mg/L）
酚
（mg/L）
油
（mg/L）
数据
1900~2000
3000~5500
8.5~9.5
60~90
800~1000
25~40
（b）排放标准
执行国家《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准
表1-2排放标准
项目
NH3—N
（mg/L）
CODcr
（mg/L）
pH值
SS
（mg/L）
酚
（mg/L）
油
（mg/L）
数据
15
60
6.0~9.0
60~90
0.5
10
（c）原有工艺及说明
图1-1焦化厂原有废水处理工艺流程
图1-2焦化厂原有废水生物处理工艺流程
原有处理工艺中废水先经过除油、调节、降温等预处理后，进入曝气池，曝气后的废水进入二次沉淀池进行固液分离，处理后的废水送入循环使用或者外排。
而活性污泥部分返回曝气池，剩余污泥进行浓缩脱水处理，脱水污泥拌入煤中加以处理。
水生物处理工艺中剩余氨水进入调节池，通过溶气罐气浮除油，气浮处理工艺，不仅可提高来自调节池严重缺氧废水的溶解氧，同时可去除部分有机机物和大部分悬浮物，为后段好氧生化工艺提供基础。
废水再经过泵打入生化处理单元，好氧生物处理是利用好氧微生物（细菌、原生动物、后生动物等）在充氧条件下对废水中有机污染物进行降解的过程。
根据生物的生长方式可分为悬浮生长型生物法、固着生长型生物法。
固着生长型生物法操作方便、耐冲击负荷高、能耗较低，但有机负荷较低度、处理程度较低、占地面积大。
悬浮生长是生物法根据曝气方式不同可分为推流式、完全混全式、阶段曝气式、纯氧曝气式、延时曝气式、氧化沟式、A一B法等，该方法具有设备简单、容积负荷高、有机负荷高、处理程度高等优点，但运行操作技术要求高，操作不当会出现污泥膨胀。
（d）改造工艺流程及说明
图1-3化学沉淀法处理高浓度氨氮废水的工艺流程
氨氮废水净化采用化学沉淀法工艺，即在反应器中加入沉淀剂后，使废水中的氨氮进入沉淀物中，废水而得以净化。
工艺中加入反应器中去除废水中氨氮的沉淀剂共有2种，分别为磷酸盐和镁盐，称之为1、2号沉淀剂，处理约42kg/m3废水，其每天的投加量（按每天24小时运行计算）约23.2吨。
净化工艺的沉淀物磷酸铵镁（鸟粪石）是一种有在利用价值的副产品，可作为一种缓释复合肥开发，每处理1m3废水产生大约35kg沉淀物，折合成每天的产量大约为19.3吨。
剩余氨水进入隔油调节池除油（隔油调节时间按2h设计），后泵入反应器中，与投入的药剂反应并沉淀去除废水中的氨氮，反应时间20min。
反应器中上层清液排入现有废水处理系统进行后续处理；反应器中的沉淀物排入离心过滤机进行固液分离,分离出的固体物即副产品（一种缓释复合肥），经皮带输送机、装袋等工序后，堆放在库房内或直接外运。
分离出的液体则用泵入现有废水处理系统进行后续处理。
（e）化学药剂的选择及投加量确定
药剂的选择依据是药剂的性能、可靠性以及药剂的价格。
其他因素还包括药剂的形态和包装以及需求量等。
化学沉淀法处理焦化剩余氨水高浓度氨氮的药剂选择主要考虑处理性能和处理费用。
对于药剂投加量的确定，最好通过烧杯试验或者生产性试验确定，再应用于实际连续水量有代表性水质的处理。
理论上对于所选的药剂的投加量计算如下：
①镁盐的理论投加量计算
根据原废水中的氨氮浓度、原有镁离子浓度和反应要求的药剂配比条件来确定沉淀剂氯化镁的投加量，计算方法如下式：
式中：
Gl为氯化镁的投加量（kg）；
nl为实验要求的镁与氨氮的摩尔比（一般为1：
1，此次为1.4：
1）；
Cl为废水的氨氮浓度（mg/L）；
C2为废水中所含镁离子的浓度（mg/L）；
V为所需处理的水量（L）；
14为氮元素的摩尔质量（g/mol）；
24为镁元素的摩尔质量（g/mol）；
Ml为氯化镁的摩尔质量（g/mol）；
S1为氯化镁药品的纯度（%）。
②磷酸盐的理论投加量计算
根据原废水中的氨氮浓度和反应要求的药剂配比条件来确定沉淀剂磷酸氢二钠的投加量，计算方法如下式：
式中：
G2为磷酸氢二钠的投加量（kg）；
n2为实验要求的磷与氨氮的摩尔比（一般为1：
1，此次为0.8：
1）；
Cl为废水的氨氮浓度（mg/L）；
V为所需处理的水量（L）；
M2磷酸氢二钠的摩尔质量（g/mol）；
14为氮元素的摩尔质量（g/mol）；
S2为磷酸氢二钠药品的纯度（%）。
（f）处理效果
表
1-3实验出水效果
（g）经济技术分析
1）投资费用
表1-4工程所需仪器设备一览表
A．工程直接费用：
302.3万元
B．工程间接费用：
设计费：
A×5%=15万元
调试费：
A×5%=15万元
C．税金：
（A+B）×4%=13.5万元
D．工程造价：
A+B+C=345.8万元
2）直接运行成本
1药剂费用：
处理1吨氨氮浓度为2000mg/L（以N计）
镁盐（MgCl2·6H2O—纯度98%）：
0.041吨/吨废水——单价400元/吨——16.4元/吨废水
磷盐（Na2HPO4·12H2O—纯度99%）：
0.041吨/吨废水——单价1300元/吨——53.3元/吨废水
药剂总费用：
69.7元/吨废水
2动力费用：
本工程运行功率约为98KW，电费按0.5元/KW·h，每天运行24h计算，则：
98×24×0.5=1176元，折合处理每吨水的动力费用为2.13元。
3人工费用：
该废水处理系统共需15人操作，按每人每天80元计算，则人工费为2.17元/吨水。
4维修费用：
每年维修费用为1.5万元，每处理1m3废水运行维修费为0.10元。
5单位运行成本：
单位运行成本=电费+人工费+维修费+药剂费
=2.13+2.17+0.10+69.70
=74.10元
废水处理工程单位直接运行成本为74.10元/m3。
综上所述，年运行费用按每年300个生产日计算，该废水处理设施年运行费用为74.10×24×23×300=12,270,960元。
表1-5改造工艺主体构筑物及设备一览表
图1-4平面布置示意图及1-1剖面图
2.处理V2O5生产废水——西昌帝鑫钒钛实业有限公司废水处理工艺
（a）原水产量及水质：
V2O5生产废水，处理水量240m³/d；原水水质见表2-3。
表2-1V2O5生产废水水质
（b）排放标准
执行国家《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准。
表2-2排放标准
（c）工艺及说明
西昌帝鑫钒钦实业有限公司废水处理站的工艺主要由废水中重金属去除工艺和废水中氨氮去除工艺组成。
该废水处理站工艺流程及说明如下：
V2O5生产废水含有大量的重金属钒、铬和氨氮，具有重金属离子含量高、氨氮浓度高等特点，另外，废水的可生化性差，处理此类废水难度较大。
因此工程采用“还原沉淀一吹脱一MAP”工艺来处理该生产废水，使处理后出水达到国家排放标准的要求。
图
2-1V2O5生产废水处理工艺流程图
西昌帝鑫钒钦实业有限公司生产废水收集后自流进入调节池进行均质均量；出水用防腐泵提升至重金属脱除反应池，用还原沉淀法去除废水中重金属钒、铬离子，废水在重金属脱除反应池中停留时间大于等于60min；上清液自流到pH调节池1，用NaOH调节PH值，用泵提升至曝气吹脱塔1脱氨；出水自流到pH调节池2，加入Na0H调节pH值，用泵提升至曝气吹脱塔2脱氨，出水自流到中间水池，此时废水氨氮浓度在400mg/L左右；再用泵将废水提升至MAP反应罐进一步进行脱氨处理，按n（Mg2+）：
n（PO43-）：
n（NH4+）为1.0：
（1.0~1.025）：
1.0淀剂N来投加沉淀剂Na2HPO4和MgCl2，用硫酸调节废水的pH值，使MAP反应罐内形成鸟粪石沉淀；出水自流到生物塘，经生物处理后达标排放或回用。
重金属脱除池的泥渣经板框压滤机处理后进入干化场，干化后的污泥变废为宝，是冶炼V2O5的优质原料；MAP反应罐的泥浆即为鸟粪石，干化处理后回收包装作为缓施肥外销以抵消部分成本。
（d）主要构筑物及其功能
1）三级调节池
V2O5生产工艺中沉钒段废水集中收集到三级调节池，它不仅能起到对废水均质均量的作用，而且还能使废水中难溶性的钒化合物沉淀的功能，减轻后处理的负荷，保证流程正常稳定的运行；容积为120m3，水力停留时间12h。
2）重金属脱除反应池
三级调节池废水经提升泵提升至重金属脱除反应池，在机械搅拌条件下，加入工业硫酸使废水的pH值≤2；投加适量的NaHSO3使得高价钒、六价铬被完全还原成为低价钒、三价铬；投加NaOH把废水pH值调至7.0左右，使V（Ⅳ）、V（Ⅲ）、Cr（Ⅲ）生成相应的氢氧化物沉淀；加入阳离子型的PAM使得沉淀物快速充分地沉淀。
当上清液无漂浮的矾花时，上清液自流到PH调节池1，沉淀污泥经泵加压到板框压滤机；如果上清液有漂浮的矾花时，则全部的泥水经泵加压到板框压滤机进行泥水分离。
每个pH调节池的有效容积为10m3，水力停留时间lh。
3）PH调节池1
重金属脱除反应池上清液和板框压滤机的滤液自流到pH调节池1，在空压机加压空气搅拌条件下，加NaOH把废水的PH值调至10.5~11.0，使得废水均质，同时使废水中的部分氨氮逸出，减轻后处理的负荷；池有效容积为20m³，水力停留时间2h。
4）吹脱塔1
pH调节池1的废水经提升泵提升到吹脱塔1进行脱氨处理，处理后的废水自流到pH调节池2，塔有效容积为3m3，吹脱塔配备氨的回收装置，水力停留时间0.5h。
5）pH调节池2
废水经吹脱塔1脱氨后自流到pH调节池2，其他的与pH调节池1一样。
6）吹脱塔2
pH调节池2的废水经提升泵提升到吹脱塔2进行脱氨处理，处理后的废水自流到中间水池，塔有效容积为3m3，吹脱塔配备氨的回收装置，水力停留时间0.5h。
7）MAP反应罐
在机械搅拌条件下，加入工业硫酸把废水的pH调至8.5~9.0，沉淀剂投加量n（Mg2+）：
n（PO43-）：
n（NH4+）为1.0：
（1.0~1.025）：
1.0；上清液自流到生物塘，沉淀鸟粪石污泥自流到干化场。
2个氨氮脱除反应池，每个池有效容积为10m3，水力停留时间lh。
8）生物塘
公司生活污水经厌氧处理后和废水经MAP反应罐脱氨后自流到生化塘，采用微曝氧化沟循环式的SBR法污水处理工艺进行处理，出水达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准的要求，出水自流到生产废水处理设施的清水池,集中排放或回用于公司的绿化或作为冶炼V2O5生产用水。
其有效容积为160m3，水力停留时间16h。
表2-3废水处理工程主要设备设施表
（e）处理效果
1）吹脱法运行
去除重金属V、Cr之后废水自流到州调节池1，在空气搅拌条件下，加NaOH把废水的pH值调至10.5~11.0，然后用提升泵提升至脱氨塔1进行一级脱氨处理；脱氨塔1出水自流到pH调节池2；在空气搅拌条件下，加Na0H把废水的pH值调至10.5~11.0，然后用提升泵提升至脱氨塔2进行二级脱氨处理；脱氨塔2出水自流到中间水，继续进行后续MAP法脱氨处理。
表2-4吹脱法处理效果
吹脱塔配备氨的回收装置是逆流吸收塔，吸收液先吸收吹脱塔2吹脱出的氨气，再吸收吹脱塔1吹脱出的氨气。
吹脱出的氨可以用水或者酸溶液进行吸收，酸溶液的吸收效率要比水高，一般在PH值小于3.5的酸溶液中，氨几乎可完全被吸收。
常用的酸为HCI、H2SO4、H3PO4和HNO3，V2O5生产工序的多钒酸铵沉淀过程会伴随大量的硫酸钠，在过滤过程中需要进行洗涤，洗涤液采用浓度为1%的硫酸铵溶液。
用二段吹脱法处理高浓度氨氮废水，此工段氨氮的去除率为55%~65%，单级吹脱氨的去除率为32.97%~42.13%，出水氨氮的浓度为369.78~406.11mg/L。
2）MAP法运行及处理效果
中间水池废水经提升泵提升到MAP反应罐，这时候水温为40~50℃，加硫酸把废水pH值调至8.5~9.0，在机械搅拌条件下，按n（Mg2+）：
n（NH4+）：
n（HPO42-）为1.0：
1.0：
（1.0一1.025）来投加Na2HPO4和MgCl2，反应时间20min，沉淀时间30min。
当反应罐泥水完全分离后，上清液自流到生物塘进行后续处理，沉淀污泥经排泥管自流到污泥干化池进行干化，经初加工的污泥是很好的复合肥——粪石，实现了变废为宝，资源重新利用，从而抵消部分废水处理费用。
表2-5MAP法处理效果
用MAP法处理高浓度氨氮废水，此工段氨氮的去除率≥96.04%，出水氨氮能达到国家排放标准的要求；但由于加沉淀剂磷酸离子导致出水残留磷的浓度（0.41~3.17mg/L）偏大，大部分不符合国家排放标准的要求，再经后续生物塘的处理，残留磷的浓度可降至《污水综合排放标准》一级标准值0.5mg/L以下。
（f）经济技术分析
3）主要技术经济指标：
①废水处理能力：
240m³/d；②废水处理工程装机功率：
29.5KW，常用运行功率为18KW；③占地面积：
400m2。
4）直接运行成本：
1电费：
没处理1m3废水用电1.8度，电价按0.50元/度计，单位运行电费为0.90元。
2人工费：
设计3人专职管理，每月工资福利为1000元/人，每处理1m3废水运行人工费用为0.50元。
3维修费：
每年维修费用为0.75万元，每处理1m3废水运行维修费为0.10元。
4药剂费：
处理1吨氨氮浓度为410mg/L（以N计）
镁盐（MgCl2·6H2O—纯度98%）：
0.006吨/吨废水——单价400元/吨——2.40元/吨废水
磷盐（Na2HPO4·12H2O—纯度99%）：
0.011吨/吨废水——单价1300元/吨——14.30元/吨废水
上述两种药剂总费用为16.70元，综合pH调节药剂，每处理1m3废水运行药剂费为24.00元。
5单位运行成本：
单位运行成本=电费+人工费+维修费+药剂费
=0.90+0.50+0.10+24.00
=25.50元
废水处理工程单位直接运行成本为25.50元/m3。
综上所述，年运行费用按每年300个生产日计算，该废水处理设施年运行费用为25.5×240×300=1836000元。
3.参考文献
[1]刘小澜.化学沉淀法处理焦化高浓度氨氮废水技术与工业应用探讨.湖南大学.2004
[2]周容清.还原沉淀-吹脱-MAP工艺处理V2O5生产废水的试验及应用研究.海南大学.2010
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