对于高NH3-N废水的处理技术可以分为2大类：一类是物化处理技术，如吹脱法、MAP法、折点加氯法、膜吸收法、蒸氨法等;另一类技术是以生化为主的生物脱氮技术，如厌氧氨氧化技术、AO或AAO法、膜生物反应器法等。鉴于高NH3-N废水的特点，单一的、传统的技术难以对其进行有效处理，因此多专业技术的组合应用、技术的突破升级势在必行。本文以某化工废水处理工程中的蒸氨系统为研究对象，对其工艺流程及运行效果做了详细的分析说明，并以回收氨水浓度为评价指标，通过正交试验研究了蒸氨塔的最佳工况。
1、工艺介绍
某化工企业，主要产品为化工催化剂，其生产产生废水具有含铜、含NH3-N浓度高、盐度高、可生化性差、呈碱性等特点。原水水质及最终排放要求见表1。
根据废水水质特点，考虑长期运行的经济性，高效性，采用废水处理工艺见图1。
其中作为核心单元的蒸氨系统工艺流程见图2。由图2可知，废水首先经过管道混合器，向废水中投加NaOH调节废水pH值在9~10.5范围，之后废水经贫废水换热器，与从蒸氨塔底排出的蒸氨废水换热，将原废水加热到60℃，然后送至废水加热器用饱和蒸汽将原废水加热到90℃后进入蒸氨塔。蒸氨塔采用直接蒸馏方式，原废水从塔顶部进入设备，同时塔底通入饱和蒸汽直接将废水中的氨蒸出，蒸出的氨汽入蒸氨塔塔顶分缩器，用循环水冷却，冷凝下来的液体入蒸氨塔顶作回流，未冷凝的氨汽进入氨水冷凝冷却器，再用循环水将氨汽冷凝冷却成浓氨水至浓氨水槽。蒸氨塔底排出的蒸氨废水在废水换热器中与原废水换热后，温度降至约70℃进入废水冷却器，用循环水冷却至40℃以下后至后续处理系统。
蒸氨塔作为该系统的核心单元，采用大孔导向筛板式蒸氨塔，其具有液面梯度小、鼓泡均匀、返混小、抗堵能力强等优点。其设备由塔底储液段、加热蒸馏段、分缩器3段组成，其中加热蒸馏段，总共含有筛板31层，分缩器换热面积10m2。在塔体各段分别设有液位计、压力变送器及温度变送器检测蒸氨塔的运行状况，其正常生产工艺指标见表2。
2、运行工况分析
2.1 正交试验设计
蒸氨塔运行的效率主要通过通入蒸氨塔的蒸汽流量及废水pH值来控制，所以在蒸氨的操作中应严格控制蒸氨塔底部温度，分缩器出口温度等指标。为了分析各指标对蒸氨塔运行效果的影响，采用正交试验设计的方法，安排多因素试验，寻求最优水平组合，同时评价各因素对结果的影响显著水平。
系统运行中，控制原废水pH值在9~10范围内，调节通入蒸氨塔的饱和蒸汽量控制塔底温度，调节分缩器冷凝水通入量控制液氨管温度，以进水流量、塔底温度、液氨管温度为因素，以蒸出浓氨水的浓度为目标值，采用四因素三水平的正交试验表L9(34)进行正交试验，设计表头见表3。
2.2 结果分析
通过对各因素做不同的组合运行分析，得出正交试验结果见表4。正交试验设计中空列用来估算试验误差。
正交试验方差分析见表5。对试验设计进行极差分析可知，对于目标值，试验中极差分别为RC=10>RB=2.6>RA=1.3，则在选定各因素对目标值的影响作用为C>B>A。在这几组组合参数中对产生氨水浓度最佳水平搭配为A2B1C1，即进水量2.5m3/h，塔底温度105℃，液氨管温度50℃。
由表5结果可以看出，对目标值的影响，因素C高度显著，因素B较显著，因素A略有影响。分析结果同极差分析结果一致。由以上分析结果同时考虑到设备承担负荷，确定选用最佳的因素水平组合为A2B1C1。
3、运行效果
采用确定的最佳因素组合作为设备的运行参数，严格控制系统运行。分别取原废水、蒸氨废水NH3-N浓度及产生的浓氨水NH3-N浓度作为指标进行监测，结果见表6。
由表6可以看出，采用蒸氨塔对高NH3-N废水进行预处理，NH3-N去除率可达到90%以上，处理后的废水NH3-N质量浓度小于80mg/L，大大降低了该废水后续处理的难度及后续废水处理系统的负荷。同时产生高浓度纯氨水，可回用于产线或作为产品，具有较好的经济价值。
4、设备运行异常问题及对策
4.1 蒸馏塔塔底压力高
正常运行条件下，蒸氨塔底部压力在15~50kPa范围内，当压力超过上限值，说明设备出现了问题，需要立刻停止蒸汽吹入，查明原因。经过运行分析，该问题可能是由于设备堵塞，通入的蒸汽无法正常排出导致塔内部憋压所致。
造成此问题的主要原因及解决办法有以下4个方面：
①通入蒸汽量过大，应协同蒸汽流量、塔底温度等数据综合分析，合理控制蒸汽量;
②结合塔顶部压力数据，若塔顶部压力升高，说明液氨管内液氨排放不畅，有液封或氨水冷凝冷却器堵塞，应立刻排查浓氨水管道及冷凝冷却器;
③分缩器堵塞，需打开分缩器上封头对其进行检查疏通;
④塔体筛板堵塞，由于废水含盐量过高，长期运行会造成盐分在筛板上析出，因此对于此类问题，需通入弱酸性液体，对塔体进行浸泡，溶解固结在筛板上的盐分。
4.2 液氨管温度不稳定
由正交分析可知，液氨管温度对蒸氨塔运行效果具有十分显著的影响，因此需严格控制此处温度。设备安装时，由于整个塔体较高，为了便于操作及观察，液氨管温度变送器安装在了高3m操作平台位置，液氨管较长，受环境温度及塔体内状况变化影响大。因此为了减少该处温度的波动，获得适宜的浓氨水浓度，除对液氨管进行保温处理外，在分缩器循环冷却水管路上增加同温度变送器联动的电动控制阀，自动通入冷却水的量从而达到自动调节液氨管温度的目的。
5、结论
(1)以某化工废水处理工程实例为背景，详细介绍了其中蒸氨系统的工艺流程及原理，蒸氨塔采用直接蒸氨的方式，同时设备采用大孔导向筛板，避免了常规筛板塔的一些不足。蒸氨工艺成熟可靠，流程简单，操作方便，作为高NH3-N废水的预处理具有很大的推广价值。
(2)外界对蒸氨塔运行的影响因素较多，因此以蒸氨塔进水流量、塔底温度、液氨管温度为因素，以回收浓氨水浓度为目标值，建立正交试验，通过极差分析及方差分析得出，对蒸氨塔运行的影响程度依次为液氨管温度、塔底温度、进水流量。同时筛选出了蒸氨塔的最佳运行工况：进水量2.5m3/h，塔底温度105℃，液氨管温度50℃。
(3)在最佳运行工况下对高NH3-N废水进行处理，NH3-N去除率可达到90%以上，处理后的废水NH3-N质量浓度小于80mg/L，大大降低了该废水后续处理的难度及后续废水处理系统的负荷。同时系统产生的副产物浓氨水NH3-N质量分数可达到15%以上，可回收利用或作为产品，具有很大的经济价值。(来源：栗田工业(苏州)水处理有限公司)
