合成氨行业废水总氮如何深度处理

前言：本文讲述合成氨行业尿素化肥厂废水的分类与性质，以及合成氨化肥厂废水总氮的来源与要求，通过湛清环保设计的高效脱氮设备进行处理，占地面积小，模块化设计，可以将总氮处理到5mg/L以下，实现废水总氮深度处理达标。

一、合成氨废水总氮的来源

合成氨尿素化肥厂多是以煤为原料进行合成，氨合成工段的主要任务是将制得的合格N2、H2在催化剂的存在下合成为氨。压缩后的精脱气，与循环气混合后经预热器升温后进入氨合成塔，完成反应后将合成的氨液化分离出系统，未反应的氮氢气循环使用。

图1 合成氨工艺示意图

合成氨工艺废水的成分较复杂，造气、脱硫工序中主要的污染物有悬浮物、氨氮、硫化物等；而在合成工序中主要污染物为废稀氨水。因此生产环节废水中总氮的来源为氨水。

另外，由于高温高压制氨，就需要大量的水来进行高温冷却，而且每个工段的设备换热也需要大量的冷却用水并伴随着大量废水的排放，所以排水量较大，这部分水为循环冷却水，循环冷却水由于使用地下水作为来源，因此经过浓缩以后总氮超标。

二、合成氨行业废水总氮排放指标

根据合成氨工业水污染物排放标准(GB13458－2013代替GB13458-2001)，其中合成氨行业废水水污染物特别排放限值要求，直接排放总氮<25mg/L，间接排放总氮要求小于<35mg/L。

图2 合成氨废水排放要求

在合成氨行业废水总氮排放标准以外，总氮要求在每个流域要求也不相同，比如《山东省小清河流域水污染物综合排放标准》(DB37/ 656-2006)中要求，总氮在2020年以后直排标准要求<15mg/L，间接排放要求<20mg/L。而在山西或者天津地区，总氮要求处理到地表五类水标准，也就是总氮要求<2mg/L。

三、合成氨行业废水总氮处理现状

合成氨行业废水总氮大多来自于两股水，第一股是合成废水，主要以氨氮为主，第二股是循环冷却水的排污水。在大多数合成氨行业公司中，原先均有生化设施处理合成废水（以尿素、甲醇、氨水等为主的废水），设计工艺大多是AO+MBR工艺，总氮中的氨氮处理下来没有问题，但是里面的硝酸盐氮进一步处理变成氮气受限制。

图3 合成氨废水总氮构成

对于循环冷却水，原先的废水处理工艺中大多没有涉及循环排污水的处理，循环水直排了，目前总氮要求进行管控，大多数循环冷却水中的总氮基本都在50mg/L左右，根据要求，需要处理到25mg/L或者15mg/L以下，才能排放。

四、合成氨行业废水总氮处理方法

根据合成氨行业废水目前处理的问题，目前总氮超标大多是因为循环冷却排污水导致，因此需要解决循环冷却水中的总氮问题，对于循环冷却水而言，总氮来源多是地下水中的硝酸盐氮，在使用传统生化方法进行处理时，由于其废水中加入了大量的杀菌灭藻剂（如异噻唑啉酮），阻垢剂，粘泥剥离剂等产品，因此废水的可生化性比较差，在使用传统生化法进行解决时，此体系包括一级物化处理和二级生化处理，构筑物包括格栅、沉砂池、初淀池、生化池、二沉池、絮凝池、沉淀池、消毒池等。整体工艺成熟但繁琐冗杂，需较多的基建设备，占地面积庞大，且对氮的脱除效率较低。

图4 AO工艺和HDN工艺处理对比

湛清环保设计新型HDN脱氮工艺，从脱氮效率到占地面积，再从操作维护到后续处理均进行了改革及突破。HDN工艺实现了对传统脱氮效率的15倍提升，即：1.5kgN/m3.d，无需设置二沉池等配套装置，污泥产量大幅减少，同时实现了自动控制，节省了人力成本，降低50mg/L总氮的实际运行成本可以控制在1元/吨水以下，在总氮排放标准迅速提高的一年内解决了很多老厂改造及园区新建工程的工艺缺陷，在多种废水处理中实现了应用。

脱氮效率高——正常运行脱氮负荷1.5kg N/m·d，出水总氮稳定达标；

占地面积小——20t/h的处理量，降低30mg/L总氮，占地面积仅10㎡；

易操作维护——全自动控制，无需更换填料，反冲洗水量少、频率低；

污泥产量少——反冲洗排出的少量微生物回流至生化池继续分解；

运行成本低——去除50 mg/L的总氮，吨水成本小于1元；

五、案例介绍

山东某煤化工企业外排800吨/天的工业循环冷却水，其中循环水由于使用了地下水作为来源，其总氮浓度在50mg/L左右，原先考虑用厌氧-好氧-沉淀的工艺进行处理，占地面积太大，场地受限制，而且小试实验不理想，杀菌灭藻剂对于废水的生化严重影响。湛清环保经过HDN小试-中试以后，验证了技术可行性，经过设计，上了两套总氮处理设备进行处理循环水总氮，占地只需要20平方米，有效停留时间只需要30分钟，目前出水总氮稳定在10mg/L以下，达到外排标准。

图5 山东某煤化工企业现场装置图

图6 山东某煤化工企业循环水总氮处理表