合成氨行業廢水總氮如何深度處理
前言：本文講述合成氨行業尿素化肥廠廢水的分類與性質，以及合成氨化肥廠廢水總氮的來源與要求，通過湛清環保設計的高效脫氮設備進行處理，占地面積小，模塊化設計，可以將總氮處理到5mg/L以下，實現廢水總氮深度處理達標。
一、合成氨廢水總氮的來源
合成氨尿素化肥廠多是以煤為原料進行合成，氨合成工段的主要任務是將制得的合格N2、H2在催化劑的存在下合成為氨。壓縮后的精脫氣，與循環氣混合后經預熱器升溫后進入氨合成塔，完成反應后將合成的氨液化分離出系統，未反應的氮氫氣循環使用。
圖1 合成氨工藝示意圖
合成氨工藝廢水的成分較復雜，造氣、脫硫工序中主要的污染物有懸浮物、氨氮、硫化物等；而在合成工序中主要污染物為廢稀氨水。因此生產環節廢水中總氮的來源為氨水。
另外，由于高溫高壓制氨，就需要大量的水來進行高溫冷卻，而且每個工段的設備換熱也需要大量的冷卻用水并伴隨著大量廢水的排放，所以排水量較大，這部分水為循環冷卻水，循環冷卻水由于使用地下水作為來源，因此經過濃縮以后總氮超標。
二、合成氨行業廢水總氮排放指標
根據合成氨工業水污染物排放標準(GB13458－2013代替GB13458-2001)，其中合成氨行業廢水水污染物特別排放限值要求，直接排放總氮<25mg/L，間接排放總氮要求小于<35mg/L。
圖2 合成氨廢水排放要求
在合成氨行業廢水總氮排放標準以外，總氮要求在每個流域要求也不相同，比如《山東省小清河流域水污染物綜合排放標準》(DB37/ 656-2006)中要求，總氮在2020年以后直排標準要求<15mg/L，間接排放要求<20mg/L。而在山西或者天津地區，總氮要求處理到地表五類水標準，也就是總氮要求<2mg/L。
三、合成氨行業廢水總氮處理現狀
合成氨行業廢水總氮大多來自于兩股水，第一股是合成廢水，主要以氨氮為主，第二股是循環冷卻水的排污水。在大多數合成氨行業公司中，原先均有生化設施處理合成廢水（以尿素、甲醇、氨水等為主的廢水），設計工藝大多是AO+MBR工藝，總氮中的氨氮處理下來沒有問題，但是里面的硝酸鹽氮進一步處理變成氮氣受限制。
圖3 合成氨廢水總氮構成
對于循環冷卻水，原先的廢水處理工藝中大多沒有涉及循環排污水的處理，循環水直排了，目前總氮要求進行管控，大多數循環冷卻水中的總氮基本都在50mg/L左右，根據要求，需要處理到25mg/L或者15mg/L以下，才能排放。
四、合成氨行業廢水總氮處理方法
根據合成氨行業廢水目前處理的問題，目前總氮超標大多是因為循環冷卻排污水導致，因此需要解決循環冷卻水中的總氮問題，對于循環冷卻水而言，總氮來源多是地下水中的硝酸鹽氮，在使用傳統生化方法進行處理時，由于其廢水中加入了大量的殺菌滅藻劑（如異噻唑啉酮），阻垢劑，粘泥剝離劑等產品，因此廢水的可生化性比較差，在使用傳統生化法進行解決時，此體系包括一級物化處理和二級生化處理，構筑物包括格柵、沉砂池、初淀池、生化池、二沉池、絮凝池、沉淀池、消毒池等。整體工藝成熟但繁瑣冗雜，需較多的基建設備，占地面積龐大，且對氮的脫除效率較低。
圖4 AO工藝和HDN工藝處理對比
湛清環保設計新型HDN脫氮工藝，從脫氮效率到占地面積，再從操作維護到后續處理均進行了改革及突破。HDN工藝實現了對傳統脫氮效率的15倍提升，即：1.5kgN/m3.d，無需設置二沉池等配套裝置，污泥產量大幅減少，同時實現了自動控制，節省了人力成本，降低50mg/L總氮的實際運行成本可以控制在1元/噸水以下，在總氮排放標準迅速提高的一年內解決了很多老廠改造及園區新建工程的工藝缺陷，在多種廢水處理中實現了應用。
脫氮效率高——正常運行脫氮負荷1.5kg N/m·d，出水總氮穩定達標；
占地面積小——20t/h的處理量，降低30mg/L總氮，占地面積僅10㎡；
易操作維護——全自動控制，無需更換填料，反沖洗水量少、頻率低；
污泥產量少——反沖洗排出的少量微生物回流至生化池繼續分解；
運行成本低——去除50 mg/L的總氮，噸水成本小于1元；
五、案例介紹
山東某煤化工企業外排800噸/天的工業循環冷卻水，其中循環水由于使用了地下水作為來源，其總氮濃度在50mg/L左右，原先考慮用厭氧-好氧-沉淀的工藝進行處理，占地面積太大，場地受限制，而且小試實驗不理想，殺菌滅藻劑對于廢水的生化嚴重影響。湛清環保經過HDN小試-中試以后，驗證了技術可行性，經過設計，上了兩套總氮處理設備進行處理循環水總氮，占地只需要20平方米，有效停留時間只需要30分鐘，目前出水總氮穩定在10mg/L以下，達到外排標準。
圖5 山東某煤化工企業現場裝置圖
圖6 山東某煤化工企業循環水總氮處理表