合成氨废水工艺设计
合成氨废水工艺设计
前言
合成氨改造工程完成后，为使生产过程中产生的高浓度氨氮废水进行处理，达标后排放。
设计工艺
由于硝胺和尿素车间生产过程中产生的氨氮废水属于高浓度废水，必须在生物脱氮之前进行预处理；预处理采用氨氮在碱性条件下溶解度较低的特点，进行气提脱氮，大幅度降低废水中的氨氮指标，经过生物脱氮一般能达到国家一级排放标准，为严格达到新疆地方排放标准须采用离子交换作三级处理。
1、污水处理工艺主要由三个主要单元组成：
预处理、生物脱氮处理及离子交换处理，具体工艺流程图如下：
进水→格栅→集水调节池→气提塔→中间水池I→CASS池→中间水池II→离子交换→出水
↓加碱 ↓加酸 ↓吸附塔(氨吸收) ↓加酸
污泥池→污泥外运预处理
包括格栅、集水池、气提塔（或同时包括吸附塔）等，主要任务是调节水量、均匀水质、调节废水pH值、脱氮，以利于后续处理设施。
来水经格栅隔除其中可能含有的漂浮物或其他杂质，进入集水调节池，由于排水方式为连续式，因此集水调节池可设计水力停留时间1h，同时加碱调节pH值至10.8左右，使废水中的氨氮以游离态形式存在为主，通过气提将游离氨大部分脱除，经过脱氨的废水通过加酸将pH值调节至中性状态。
生物脱氮处理
经过预处理的废水自流进入中间水池I，经提升进入CASS池（如果同时有生活污水加入则可以减少碳源的投加）。
CASS处理系统又称循环式活性污泥法，是SBR法的一种优化变型，所以亦是一种"充水和排水"的活性污泥法，废水按一定周期和阶段得到处理，每一循环有下列各个阶段组成：
充水/曝气
无进水/沉淀
撇水
闲置
上述各个阶段组成一个循环，并不断重复，循环开始时，由于充水，池子中水位由某一最低水位开始上升，在经过一定时间的曝气和混和后，停止曝气，以使活性污泥进行絮凝在一个静止的环境中沉淀，在完成沉淀阶段后，由一个移动式撇水堰排出已处理的上清液，使水位下降至设定水位，然后再重复上述过程。为保持池子中有一个合适的污泥浓度，需要根据产生的污泥量排出剩余污泥；排出剩余污泥一般在沉淀阶段结束后进行，排出污泥浓度可达10g/L，因此与其它活性污泥法相比，CASS系统排出的剩余污泥量最少。
CASS反应池由三个区域组成，即生物选择区、预反应区和主反应区：
生物选择区：废水中溶解性有机物质能通过酶反应机理而迅速去除，回流污泥中的硝酸盐可在此选择区中得以反硝化，选择区的设置最基本的功能是防止污泥膨胀；
预反应区：微量曝气，基本处于缺氧状态，有机物在此反应区内得到初步降解，同时也可去除部分硝态氮；
主反应区：好氧曝气区，主要进行硝化和降解有机物，同时也存在反硝化过程。
污泥回流采用潜污泵（型号AS16-2CB），共设置三台，两用一备。
反应区末端设置污泥回流系统及剩余污泥排出系统。反应区上端设置安装撇水系统及液位传感系统，池底安装适应间隙曝气的可变微孔曝气器，该曝气器曝气时胶膜由于空气压力变形，胶膜上的微孔张开，曝气得以进行，停止曝气后，胶膜由于弹性收缩，微孔关闭，使污泥不会进入空气管内。
CASS法处理系统特点：
工艺简单、稳定可靠，操作维修方便，无需进行大量污泥回流；
运行周期灵活可变，耐冲击负荷性能强；
能实现同时硝化/反硝化以去除污水中总氮，并能实现过度生物除磷，处理效率高，出水水质好；
池中设有吸附选择器，故无污泥膨胀，污泥产生量少；
在同一池内进行生物过程和泥水分离过程，无需设置初沉池和二沉池，故运行费用低，工程投资省，占地省；
整套系统实行全自动控制，节省人员费用；
组合简单，便于分阶段施工，投用。
本处理系统设置CASS池规格为：23000×8000×4500mm，采用钢砼结构。曝气采用SSR-150风机，共三台，两用一备。
离子交换处理
离子交换处理是利用离子交换剂的选择性吸附性能，除去废水中的特定的游离离子，本工程采用的离子交换剂为斜发沸石，具有良好的吸附铵离子的能力。
生物脱氮处理出水经中间集水池II集水调节，由泵提升至离子交换处理器，进一步降低废水中的氨氮；当离子交换剂交换容量饱和后，利用碱液和食盐水进行再生，再生液体积约10～20倍交换剂体积，再生后的交换剂可以重复使用，再生废液可作氮肥回收利用。
离子交换器设置两台，一用一备。
污泥处理
CASS池污泥由剩余排出泵排至污泥池，进行污泥浓缩处理，浓缩后的污泥定期抽吸外运，上清液回流至集水调节池。
江西中跃环保科技有限公司（位于江西九江，主营一体化污水处理设备）在承接合成氨/化肥/化工行业高氨氮废水处理项目时，可参考文中三段式工艺路线，提供完整的预处理＋生物脱氮＋深度处理解决方案：
一、预处理工段（气提脱氨）设备配套
格栅：提供粗格栅（间隙20～50mm）＋机械细格栅（回转式/阶梯式，间隙3～10mm），拦截纤维、塑料等杂物，保护后续泵阀；
集水调节池：设计HRT＝1h（连续式排水），提供碳钢防腐/玻璃钢池体、搅拌机（防止沉淀）、提升泵（离心泵/潜污泵）、液位控制系统；
加碱调pH：提供NaOH（30%液碱）加药装置（PE储罐＋搅拌机＋计量泵＋液位保护），将pH调至10.5～11.5，使氨氮以游离氨（NH₃）形式存在；
气提塔（吹脱塔）：提供PP/FRP填料塔（鲍尔环/阶梯环填料）、引风机、循环泵，气液比≥3000:1，氨氮去除率可达70%～90%；
氨气吸收塔：气提出的NH₃必须用酸吸收，提供H₂SO₄（稀硫酸）吸收塔＋循环泵＋pH在线仪联动，将NH₃转化为(NH₄)₂SO₄回收利用，防止二次污染；
加酸回调：提供H₂SO₄/ HCl加药装置（PE桶＋计量泵＋pH联动），将气提后出水pH回调至6.5～8.5。
二、CASS生物脱氮工段设备配套
1. CASS池体设计
设计参数 | 参数值 |
|---|---|
池体规格 | 按水量定制（文中为23000×8000×4500mm，钢砼结构） |
HRT | 12～24h（视进水COD/NH₃-N浓度） |
DO（主反应区） | 2～4mg/L |
DO（预反应区） | ＜0.5mg/L（微量曝气，基本缺氧） |
污泥浓度（MLSS） | 3000～5000mg/L |
SRT | ＞15～25d（有硝化要求，冬季取上限） |
运行周期 | 6～12h（充水/曝气→沉淀→撇水→闲置） |
2. 核心设备配套
设备类型 | 具体配置 |
|---|---|
可变微孔曝气器 | 曝气时胶膜张开、停曝时弹性收缩封闭微孔，防止污泥进入空气管；提供刚玉/EPDM材质曝气盘/管 |
撇水系统 | 移动式撇水堰（滗水器），根据液位传感器自动控制升降，平稳排出上清液 |
污泥回流系统 | 潜污泵（如AS16-2CB型），两用一备，回流比50%～100% |
剩余污泥排出 | 电动调节阀＋排泥泵，沉淀阶段结束后排出，排出浓度可达10g/L |
鼓风曝气 | SSR-150型罗茨风机（文中方案），两用一备；或选用变频回转/罗茨风机 |
DO/pH/ORP/液位在线仪 | DO在线仪＋变频风机PID联动，维持主反应区DO＝2～4mg/L |
碳源加药系统 | 如无生活污水补充碳源，提供乙酸钠/甲醇储罐＋计量泵＋与NO₃⁻-N联动，投加量按BOD₅/TKN≥4～6校核 |
3. CASS法核心优势（与文中一致）
无污泥膨胀：生物选择区防止丝状菌过度繁殖；
污泥量少：剩余污泥排出浓度高达10g/L，排泥量远少于传统活性污泥法；
无需二沉池：同一池内完成生化反应和泥水分离，占地省、投资低；
耐冲击负荷：运行周期灵活可调，适应水质水量波动；
全自动控制：PLC控制柜＋液位/DO/pH在线仪联动，节省人工。
三、离子交换深度处理工段设备配套
针对文中提到的斜发沸石离子交换，江西中跃可提供工程化放大设计与配套：
设计参数 | 参数值 |
|---|---|
离子交换剂 | 斜发沸石（粒径0.5～2mm），对NH₄⁺选择性吸附容量约1.0～1.5meq/g |
交换器规格 | 玻璃钢/不锈钢柱体，一用一备 |
滤速 | 10～20m/h |
运行周期 | 根据进水氨氮浓度，一般3～7天再生一次 |
再生方式 | 碱液（NaOH）＋食盐水（NaCl）联合再生，再生液体积10～20倍交换剂体积 |
再生废液 | 含高浓度NH₄⁺，可作氮肥回收利用（如浇灌农田、制作复合肥原料） |
设备配套： 提供离子交换柱（玻璃钢/不锈钢材质）、自动多路阀（时间型/流量型）、再生液储罐（NaOH＋NaCl溶液）、再生泵、NH₄⁺在线监测仪。
四、污泥处理工段设备配套
污泥池：提供碳钢防腐/钢筋混凝土污泥浓缩池，HRT＝12～24h，浓缩后污泥含水率降至97%～98%；
污泥外运：提供螺杆泵/柱塞泵将浓缩污泥定期抽吸外运至有资质单位处置或制砖/填埋；
上清液回流：污泥池上清液回流至集水调节池，回到系统前端重新处理，避免污染物累积。
五、工艺选型速查表（合成氨/化肥行业）
氨氮浓度 | 推荐工艺组合 | 出水NH₃-N | 江西中跃核心设备 |
|---|---|---|---|
1000～3000mg/L | 气提脱氨（预处理）＋CASS＋离子交换 | ＜5～8mg/L（一级A） | 气提塔＋H₂SO₄吸收塔、CASS池体、撇水器/滗水器、可变微孔曝气器、离子交换柱 |
3000～8000mg/L | 多级气提/蒸氨（预处理）＋CASS＋离子交换 | ＜8～15mg/L（一级B） | 多级气提塔、CASS池体、可变微孔曝气器、离子交换柱（两级串联） |
＞8000mg/L | 蒸氨（预处理）＋CASS＋离子交换＋活性炭吸附 | ＜15～25mg/L | 蒸氨塔、CASS池体、离子交换柱（两级串联）、活性炭吸附柱 |
六、调试与运维支持
培菌驯化：协助联系同类化肥/化工污水厂好氧剩余污泥（MLSS≥3000～4000mg/L）接种，按"闷曝→渐增进水→镜检成熟（钟虫/等枝虫/轮虫出现，SV₃₀＝15%～30%）→全负荷运行"节奏推进，约20～30d完成培菌驯化；
碳源投加优化：CASS池如无生活污水补充，根据进出水COD/NH₃-N/TN/NO₃⁻-N实时数据，动态投加乙酸钠（5～7×ΔNO₃⁻-N，以COD计），避免浪费；
离子交换再生管理：指导根据NH₄⁺在线监测数据确定最佳再生周期，优化再生液配比（NaOH浓度2%～5%，NaCl浓度5%～10%），降低再生成本；
日常检测台账：
检测项目 | 频率 | 控制范围 | 异常预警信号 |
|---|---|---|---|
进出水NH₃-N | 每日 | 按设计出水标准 | 去除率骤降→系统受冲击 |
进出水COD | 每日 | 按设计出水标准 | COD去除率骤降→生化段异常 |
SV₃₀ | 每日 | 15%～30% | ＞40%提示膨胀或老化 |
MLSS | 每2～3天 | 3000～5000mg/L | 持续异常提示污泥量失衡 |
DO | 每班 | 主反应区2～4mg/L，预反应区＜0.5mg/L | DO突变提示风机/曝气头异常 |
pH | 每班 | 调节池10.5～11.5，回调6.5～8.5 | pH突变提示加药系统故障 |
离子交换进出水NH₄⁺ | 每日 | 出水NH₄⁺＜5～8mg/L | 穿透曲线突变→需再生 |
镜检 | 每2天 | 菌胶团密实、钟虫/等枝虫适量 | 丝状菌增多→膨胀前兆；轮虫暴增→老化 |
交付文件：调试完成后出具工艺操作SOP（含各异常工况处置步骤）、CASS周期设定建议书、碳源投加计算表、离子交换再生操作手册，配合业主完成环保验收。
