动力波旋转流高氨氮污水处理工业化示范项目

动力波旋转流高氨氮污水处理工业化示范项目可行性研究报告一、立项的背景与意义动力波旋转流高氨氮污水处理专用装置是一种拥有自主知识产权的新型高效、多用途环保设备。用于高氨氮的工业污水处理，和同类装置相比，在相同的处理能力和水质条件下，项目投资可减少30～50％，占地面积可减少50～70％，能耗可减少30～40％，处理成本可下降20～40％。利用本技术制作的组合式动力波污水处理专用装置可以替代现有的大多数好氧水处理工艺，而且反应效率要提高20～30％。株化集团翔宇公司系中国最大的水合肼生产基地，其生产过程中排放的废水氨氮含量极高，虽然公司已建立了污水处理装置，仍未能做到达标排放，若排至湘江，将严重污染湘江水资源，也制约了公司的进一步发展。如果本项目实施，利用现有的科研成果有效解决制约公司发展的高浓度氨氮废水处理的关键性技术难题，不仅可有效改善株洲清水塘地区和湘江流域的水质与环境，而且可建立起我省高氨氮污水处理的示范工程，更有利于提高全省能源、资源利用率，显著削减废物排放量，使我省的节能减排技术及指标能居国内领先水平，也可为实现我省节能减排的总体目标提供强有力的科技支撑和示范，为实现我省“十一五”节能减排的总体目标作出贡献。高氨氮废水不仅限于水合肼产业，在石油化工、合成氨、化肥、纯碱等行业也普遍存在，研发低成本、低能耗的氨氮废水处理技术，并尽快产业化，也是我省节能减排急待解决的重大问题。而且，本技术和相应装置还可进一步推广应用于高温烟气脱硫、除尘、脱氮，有效减少二氧化碳的排放量。现有实验研究表明，用于烟气处理，对SO2吸收率可达到95％以上，除尘效率可达到99％以上，尤其对脱除亚微粒子比其他设备更为有效，净化效率远高于传统除尘设备。装置不仅有极高的脱硫除尘效率，还有良好的降温和气液传质效果。且设备简单、可靠性好，运行周期长，投资总费用比传统工艺要节省30％以上。不仅可以应用于每小时几百万立方的大规模烟气处理，也可应用于每小时几十立方的小型烟气处理。因此，充分利用本技术和装置的高效率、低成本、多用途、适应性广的优势，研制有广泛用途、并拥有自主知识产权的的一体化工业脱硫除尘设备，可开发出系列大、中、小等不同类型的专用工业污水处理和烟气处理专用装置。其中，大型装置可应用于大型工业燃煤设备和冶炼、化工、建材和相关行业的各类排出尾气的处理，中型装置则可应用于各类燃煤锅炉的烟道气处理，而小型装置则可用于各大、中、小型酒店与餐馆排出的油烟就地处理，同样有巨大的市场需求和广阔的应用前景。由此可见，它的工业化和产业化，不仅将会有力促进我国污水处理技术、烟气脱硫除尘、洗涤净化等大气环境污染控制技术和环保装备技术水平的提高，也将有利于促进形成我省新的集群创新体系和优势环保产业，将科研优势迅速转化为产业链优势，有力推动我市建设湖南先进制造业中心的工业化进程。二、国内外研究现状与发展趋势目前,国内外针对高浓度氨氮废水的几种主要处理方法有氨吹脱法、化学沉淀(MAP)法和生物处理法等。其中氨吹脱法[6]主要应用于高浓度胺氮废水的预处理,通过调节废水的PH值,控制水温,布水负荷和汽液比,利用空气或蒸汽吹脱的物理作用使胺氮从液相向气象转移.虽然设备简单,容易控制,但吹脱效率有限,能耗大,即使是多级吹脱装置也只能达到70%-80%的去除效率。化学沉淀法是向氨氮废水中投加可溶性的镁盐和磷酸盐,使废水中的氪氮转化为MgNH4PO4·6H20(简称MAP)沉淀,从而去除废水中的氨氮,此法工艺简单,去除效率可达85%左右,但药剂用量大,处理成本较高,沉淀物的二次处理,以及药剂投加引入的氯离子和磷离子的污染仍是需要解决的问题。生物处理法[9,10]对胺氮的降解彻底,处理效果可以达到国家标准,目前应用较广,但只限于处理低浓度胺氮废水,且占地面积大,对于高浓度胺氮废水,需要增设物化处理,这样就使能耗及处理成本大大增加.近年来随着研究的深入,也出现了一些新型的胺氮处理方法,比如荷兰Delft技术大学开发的SHARON短程硝化反硝化工艺，丹麦、意大利等国开发的同时硝化反硝化工艺等。还有物理化学法与生物法相结合的生物膜法、烟道气治理法等,但其在理论上或实践中仍存在很多有待解决的问题.湘潭大学化工学院2005年完成了动力波旋转流一体化“脱硫－除尘”装置的实验研究，并将其应用于烟气脱硫，脱硫率平均达到90％以上，除尘率达到95％以上，取得了较好的效果。2006年首次将其应用于50t/d工业有机废水的处理也获得成功。2007年在株化集团翔宇化工公司的协助下，针对公司水合肼类废水的理化特性,首次将新型高效二氧化氯—动力波旋转泡沫分离技术,创造性地应用于水合肼高浓度氨氮废水的处理，并直接以水合肼废水为研究对象，深入展开了高氨氮工业污水的实验研究，研究结果表明30℃下经4.5小时处理，废水的COD可由2400mg/L，降到190mg/L，去除率为92.1％;氨氮总量可由8750mg/L降至260mg/L，去除率高达97％,效果十分明显，并在此基础上进行了小型中试研究。因此，与株化集团翔宇化工公司合作，产学研相结合，利用高校的科研技术成果，借助于企业丰富的工程实践经验，将二氧化氯的强氧化特性与自主研制的高效动力波旋转泡沫分离装置良好的气液分离效果相结合,实现高氨氮废水的有效分离，从根本上解决制约公司发展的节能减排关键性技术难题是完全可行的。项目实施不仅可实现科研成果的产业化，建立我省氨氮污水处理的示范工程，还可有效改善株洲清水塘地区和湘江流域的水质与环境，为实现我省节能减排的总体目标提供强有力的科技支撑。三、项目实施主要内容、技术关键与创新点、预期目标3.1项目实施的主要技术内容1、废水的氨氮去除率≥90％，COD的去除率≥90％；2、装置的连续运行时间≥7天；3、组织工业实施，建立示范工程，获得工业应用的相关工程参数；4、建立中试研究平台，为动力波污水处理技术的推广应用提供有效的实验手段。3.2拟解决的关键技术1、水合肼工业污水的中试及参数的优化；2、组合式动力波工业污水处理专用装置的试制；3、建立动力波工业污水处理技术工业应用的示范工程；3.3项目创新点1、首次将动力波原理应用于工业污水处理，大大增加了气液传质面积，缩短了氧化反应时间；2、使“反应－分离一体化”，有效强化了氧化反应过程，提高了氨氮的去除率；3.4预期目标1、废水的氨氮去除率≥92％，COD的去除率≥90％；2、装置的连续正常运行时间≥7天；3、组织工业实施，建立示范工程，获得工业应用的相关工程参数；4、建立中试研究平台，为动力波污水处理技术的推广应用提供有效的实验手段。3.5项目的技术路线1．一体化动力波旋转流污水处理装置的结构如下图所示：2．动力波旋转流水合肼污水处理工程工艺流程图空气离心泵波管气液分离段脱氨段净化气气净化液残液3.5项目的技术来源，合作单位情况，知识产权归属情况说明本项目的技术来源为省教育厅资助的自主科研项目，已申报国家发明专利，知识产权为湘潭大学所有。科研合作单位是株化集团翔宇精细化工有限公司，系株化集团的一个具有独立法人地位的全资子公司，为中国最早的氯甲苯、最大的水合肼生产基地。公司采用自行开发的冷冻脱碱，连续蒸发脱盐，尿素法新工艺，生产规模现已达到40000吨/年，同时副产108000吨/年工业盐和108000吨/年工业十水碳酸钠，产品已占据国内水合肼市场的半璧江山，成为了行业的龙头。四、应用或产业化前景与市场需求4.1产业化前景：动力波旋转泡沫分离装置相结合即构成“反应－分离”一体化的氨氮类废水处理专用装置。和同类装置相比，在相同的处理能力和水质条件下，项目投资可减少30～50％，占地面积可减少50～70％，能耗可减少30～40％，处理成本可下降20～40％。利用本技术制作的组合式动力波污水处理专用装置可以替代现有的大多数好氧水处理工艺，而且反应效率要提高20～30％。不仅有良好的节能减排社会效益，也有较高的经济效益，有较高工业应用前景与推广价值。利用本技术还可以进一步开发一体化动力波旋转流烟气净化装置，也将是一种可拥有自主知识产权的新型多用途环保设备，不仅具有效率高、费用低、设备简单、安装维修容易等特点，而且还有气相负荷范围广（101～106m3/h）、可用于高温、高固相含量和强腐蚀性各类场合的独特优势。可应用于大型工业燃煤设备和冶炼、化工、建材和相关行业的各类排出尾气的处理，千立方的中型装置则可应用于各类燃煤锅炉的烟道气处理，而几百立方以内的小型装置则可用于各大、中、小型酒店与餐馆排出油烟的就地处理。同时，还可利用动力波旋转流独特的技术特性，开发出系列可应用于不同规模的工业有机废水处理的成套装置。而且其设备投资费用要比常规处理方法低30％，和国内同类产品比较，不仅有明显技术V102a,b二氧化氯贮槽V101废水池FP101a.b废水泵F101氧化风机F102一级风机T101a,b氧化塔T102一级分离塔T103二级分离塔F103二级风机V101硫酸槽P102a.b一级分离泵P103a.b二级分离泵V102调节池M101混合器V103液碱槽T104气提塔P104真空泵废水净水含量优势，也有明显价格优势，因此必然有巨大的市场潜力。4.2市场需求预测：高浓度氨氮废水广泛存在于石油化工、焦化、煤气、化肥、农药、纯碱铁合金、玻璃行业、肉类加工和味精行业，以及全国各地垃圾堆放场的渗透液和各养殖场的排放废水、厌氧消化液等也都是高浓度的氨氮废水，涉及行业领域极广。我国沿海地区发生的大面积赤朝现象，氨氮对水体的污染实际也是其重要原因之一。由于高浓度氨氮废水其成份复杂，含盐、含生物毒性化合物，对环境的危害极大，其处理难度也极大。因此，投资少、能耗低、成本低、效率高，且适用范围广的高浓度氨氮废水处理技术，一直是国内外水处理研究的焦点。利用“动力波旋转流污水处理技术”研发的一体化氨氮类废水处理专用装置，和同类装置相比，不仅效率高、适用范围广，而且在相同的处理能力和水质条件下，项目投资可减少30～50％，占地面积可减少50～70％，能耗可减少30～40％，处理成本可下降20～40％，不仅社会效益好，经济效益也非常高，具有广阔的市场前景。动力波旋转流氨氮废水处理装置，不仅可以用于氨氮废水处理，还可以部分替代现有的好氧水处理工艺各类有机废水和医院的废水处理，甚至于还可以用于烟气的脱硫除尘。装置既可以应用于每小时几百万立方的大规模烟气处理，也可应用于每小时几十立方的小型烟气处理，包括燃煤锅炉的烟道气和酒店与餐馆排出的油烟处理。我国现有工业燃煤设备就有4O万台，煤炭消费总量为世界第一，每年向大气中排放大量SO2和粉尘，构成了对环境的严重威胁，这还未包括冶炼、化工、建材和相关行业的各类排出尾气和数以千万计的各大小酒店与餐馆排出的大量油烟对居住环境造成的污染研制日处理百立方米污水和万立方以下的废气中、小型一体化专用装置和具有特殊净化功能的厨房专用油烟净化机，估计国内市场需求量也在千万台以上，若以1％的市场占有量计，其产值也都会过亿。由此可见，其本项目的产业化前景非常看好，潜在的巨大市场完全可能培育出一片新的环保产业。