神渭輸煤管道項目由陜煤化集團設計建設，北起神木紅柳林煤礦，南至蒲城，縱貫陜西省榆林、延安和渭南3市16個區縣，全廠727km，設計輸煤能力1000萬t/a。項目投運后，陜西渭河煤化工集團有限責任公司原料采用方式由鐵路運輸變為管輸煤漿，原用制漿廢水將退出使用，若該廢水不能被科學處理將無法按設計能力接受管輸煤漿用量，達不到設計范疇。為此，陜西渭河煤化工集團有限責任公司（以下簡稱渭河化工公司）對不同廢水處理技術進行了實驗、技術對比研究，初步確定采用多“金屬氧化+兩步法鳥糞石沉淀”處理高氨氮廢水技術。
1、高氨氮廢水來源及成分分析
陜西渭河煤化工公司采用水煤漿氣化工藝，原料煤經過磨煤機加水混合（60%）成水煤漿，由泵送入氣化爐，在高溫、高壓下與氧氣反應生成粗煤氣，粗煤氣經過洗滌后進入變換工段，經過變換爐變換調節組分后進一步處理、合成產品，液相組分經過汽提塔后，一部分由泵送至灰水工段處理，另外一部分（含高氨氮）無法處理的水返回制漿系統。管輸煤漿項目投用后導致制漿廢水將退出系統，對該廢水的處理迫在眉睫。制漿廢水的原始氨水濃度約為1.5%，其中含碳酸銨約20%、硫化銨約5%，COD含量3752.78mg/L，主要指標分析見表1。
2、高氨氮水的資源化利用
2.1 汽提脫酸+雙效節能汽提脫氨工藝
采用汽提脫酸+雙效節能汽提脫氨工藝對含二氧化碳、硫化氫及氨氮的廢水進行脫酸、脫氨處理，廢水中的氨以15%~20%的氨水回收，實現資源化利用；汽提脫酸排出的硫化氫、二氧化碳等酸性氣體送入硫回收裝置。脫酸脫氨處理后的廢水送生化處理，脫酸工藝流程見圖1。
汽提脫酸采用單塔加壓汽提工藝，塔頂獲得較高濃度的酸性氣體（硫化氫、二氧化碳），塔底脫酸廢水送雙效節能汽提脫氨系統。
2.1.1 汽提脫酸工藝
來自界區外的氨氮廢水，一部分（約6~9m3/h）送至汽提脫酸塔頂部噴淋，控制塔頂溫度30~50℃；另一部分（約16~19m3/h）酸性氨氮廢水首先經過脫酸塔預熱器Ⅰ與脫氨廢水換熱升溫后，再經過脫酸塔預熱器Ⅱ與脫酸廢水換熱升溫后送至汽提脫酸塔中部，與來自塔釜的上升蒸汽逆流接觸進行脫酸處理，脫酸塔再沸器加熱蒸汽壓力為1.0MPa；脫酸塔操作壓力0.5MPa，操作溫度155℃。塔底脫酸廢水回收部分熱量后送汽提脫氨塔，脫酸廢水硫化氫含量小于100mg/L；塔頂酸性氣體（硫化氫、二氧化碳等）經過脫酸塔頂冷凝器，液相回流，酸性氣體送界區外。
2.1.2 雙效節能汽提脫氨工藝
汽提脫氨工藝流程如圖2所示，一部分（約12.5m3/h）脫酸廢水在0.5MPa壓力下被送入汽提脫氨塔Ⅰ。汽提脫氨塔Ⅰ塔釜采用再沸器Ⅰ加熱塔釜液產生上升蒸汽，加熱蒸汽壓力為1.0MPa。汽提脫氨塔Ⅰ塔釜產生氨含量低于15mg/L的脫氨廢水，溫度約為155℃，送入汽提脫氨塔Ⅱ塔釜閃蒸。
汽提脫氨塔Ⅰ塔頂產出的含氨蒸汽作為汽提脫氨塔Ⅱ加熱蒸汽使用，通過再沸器Ⅱ冷凝、精餾采出含量為50%~60%左右的氨氣，送入汽提脫氨塔Ⅱ精餾段中部精餾。
另一部分脫酸廢水（約12.5m3/h）進入汽提脫氨塔Ⅱ，采用汽提脫氨塔Ⅰ塔頂冷凝熱量，通過再沸器Ⅱ產生蒸汽汽提，操作壓力控制在0.05MPa。汽提脫氨塔Ⅱ塔釜產生氨含量低于15mg/L的脫氨廢水。汽提脫氨塔Ⅱ與汽提脫氨塔Ⅰ的脫氨水一起通過脫酸塔預熱器Ⅰ回收熱量后排出。
在汽提脫氨塔Ⅱ塔頂冷凝器中，來自汽提脫氨塔Ⅰ和汽提脫氨塔Ⅱ的蒸汽及氨氣冷凝精餾，產生含量約為90%的氨氣采出。汽提脫氨塔Ⅱ塔頂冷凝器中采出的含量為90%左右的氨氣進入氨氣吸收塔，采用工藝水吸收氨氣，得到10%~15%左右的濃氨水。
經脫酸脫氨處理后，廢水中的NH3含量不大于15mg/L，硫化氫（或硫化物）含量不大于100mg/L。廢水中的氨以10%~15%的濃氨水回收，可供相關企業（對S2-有影響的除外）作為原料使用；廢水中的硫化物以硫化氫及二氧化碳等混合氣體形式回收，壓力0.3~0.5MPa。
2.2 氨吹脫+多元金屬催化+鳥糞石處理廢水
氨吹脫+多元金屬催化+鳥糞石的廢水處理工藝流程如圖3所示，源水首先進入氨吹脫塔進行吹脫，然后加入藥劑進行多元催化，再在鳥糞石沉淀池中進行沉淀，最后送至生化系統處理。
2.2.1 氨吹脫工藝
氨吹脫工藝是在一定溫度、壓力下，往廢水中通入空氣，使得廢水中的氨氮能夠游離解析達到去除分離的目的。
基本原理：吹脫的理論依據是氣液相平衡和傳質速度理論，對于稀溶液，在一定溫度，當氣液之間達到相平衡時，溶質氣體在氣相中的分壓與該氣體在液相中的濃度成正比——亨利定律，即P=EX。常見的吹脫裝置有吹脫池和吹脫塔（填料塔或篩板塔）之分，吹脫工藝影響因素如下：溫度（通常情況溫度越高越有利于吹脫效果）、氣液比、pH、油類物質、表面活性劑，吹脫工藝用于處理氨氮廢水。吹脫處理的優點是結構簡單易行，氨氮去除效率高，技術成熟，缺點能耗高，二次污染嚴重，吹脫塔易結垢等。研究發現若用煤氣吹脫硫胺和AAO生化法聯運，脫出工業廢水中的氨氮。這種新技術比直接空氣吹脫的效率更高，成本更低，工藝更簡單，其處理效率可達96%以上。實驗室對含氨氮廢水的吹脫效果見表2。
2.2.2 COD的去除
廢水經多金屬催化還原氧化預處理后，COD含量大幅度降低，可以滿足后續生化進水要求，處理效果見表3。
2.2.3 鳥糞石沉淀
以鳥糞石沉淀的形式去除廢水中的氨氮，操作簡便，反應速度快，是一種較有效的方法，氨氮是水相環境中氮的主要存在形式，是引起水體富營養化和污染環境的一種重要污染物質。目前，我國受污染水體中，氨氮是主要污染物之一，因此氨氮污染成為制約我國經濟發展的重要因素，鳥糞石沉淀法操作簡便，反應迅速，對于廢水中的氨氮能實現回收利用，有很高的經濟價值。
鳥糞石（見圖四）是礦石的一種，是一種優質肥料，主要產地秘魯、非洲及世界各地的巖洞。分子式NH4Mg（H2O）•6[PO4]，斜方晶系。晶體呈等軸狀、楔狀、短柱狀、厚板狀。無色，玻璃光澤，產于鳥糞堆中，是優良的氮磷肥料，生成的白色鳥糞石（MgNH4PO3•6H2O）晶體沉淀，可做優質緩釋肥料，自然界儲量小，市場均價約2800元/t。
鳥糞石結晶沉淀法是一種比較新穎的去除氨氮的方法。以MgCl2•6H2O和Na2HPO4•12H2O為沉淀劑，控制好最佳工藝條件，在一定的反應時間下，經過吹脫和氧化后，氨氮去除率達到98.59%，殘留氨氮濃度由1800mg/L降到32.45mg/L。從20世紀60年代起，國外開始研究鳥糞石沉淀法，至20世紀90年代，該方法以其特有優點作為一種新的廢水除氮工藝而迅速發展，進入了一個嶄新的應用階段。在過去30多年中，該方法已經成功應用在多種高氨氮工業廢水中，并取得了一系列成果。
2.3 多金屬氧化+完全鳥糞石沉淀工藝
多金屬氧化+完全鳥糞石沉淀處理工藝（鳥糞石兩步法）流程見圖5。源水首先加入藥劑進行多金屬催化還原氧化降低COD，然后通過藥劑混凝沉淀，COD調節為224mg/L，氨氮保持不變，再加入鳥糞石沉淀劑等進行第一步沉淀，回收鳥糞石后進行第二步沉淀，回收鳥糞石，最終氨氮質量濃度控制為78mg/L，送往生化處理系統進一步處理。
處理后氨氮質量濃度可降低至78.0mg/L的較低水平，能夠滿足后續生化進水的要求；去除的氨氮全部生成鳥糞石優質肥料，可實現資源回收。成本核算見表4，資源回收收入見表5。
綜上所述：“多元金屬催化還原氧化+鳥糞石沉淀”組合廢水處理工藝，對COD、氨氮具有高效去除作用，出水能夠達到進入后續生化處理的要求；技術經濟分析結果表明，通過鳥糞石優質緩釋肥料資源回收、“變廢為寶”的方法，可使廢水處理成本大幅度降低。
3、結論及建議
汽提脫酸+雙效節能汽提脫氨工藝技術成熟、可靠，但是產品中的S2-無法根除，導致10%~15%氨水無法做為氨法脫硫的吸收劑來使用；氨吹脫+多元金屬催化+鳥糞石處理廢水工藝在吹脫氨環節會給環境帶來影響，不利于保護環境；多金屬氧化+完全鳥糞石沉淀處理工藝不但能高效去除COD、氨氮等物質，而且能夠實現資源回收利用，變廢為寶。因此，渭河化工公司的高氨氮廢水處理建議采用第三種工藝較為合理。（來源：陜西渭河煤化工集團有限責任公司）
