超重力技术及其在氨氮废水处理中的应用

超重力技术及其在氨氮废水处理中的应用孔望欣;夏美芳;吴媛媛;黄进;钟魁【摘 要】High gravity technology is a new technology can strengthen chemical process of “three trans-mits and one reaction”, and it is of great application prospect in the treatment process of ammonia nitrogen wastewater. This paper focuses on introducing research progress, working principle, process flow and techno-logical advantage of high gravity technology blowing off ammonia nitrogen wastewater.%超重力技术是强化“三传一反”化工过程的技术，将其应用在氨氮废水处理过程，具有很大的应用前景。着重对超重力技术吹脱氨氮废水的争论进展、工作原理、工艺流程及技术优势进展了介绍。【期刊名称】浙江化工【年(卷),期】2023(000)008【总页数】4 页(P40-43)【关键词】超重力技术;吹脱;氨氮废水【作 者】孔望欣;夏美芳;吴媛媛;黄进;钟魁【作者单位】浙江医药股份昌海生物分公司，浙江 绍兴 312023;浙江医药股份昌海生物分公司，浙江 绍兴 312023;浙江医药股份昌海生物分公司，浙江 绍兴 312023;浙江医药股份昌海生物分公司，浙江 绍兴 312023;浙江医药股份昌海生物分公司，浙江 绍兴 312023【正文语种】中 文自 1983 年英国 ICI 公司成功研制出高强度气液传质设备超重力机以来，人们对超重力技术进展了亲热关注和深入的理论争论，并将其应用到了化工、材料制备、环境保护等领域中，取得了显著的应用成果1-6。利用超重力的科学原理的应用技术称为超重力技术7-10。它通过超重力机高速旋转产生的强大离心力场代替重力场，到达了“三传一反”化工过程的强化。随着工业进展，每年都有大量氨氮工业废水产生。国家对含氨氮废水的排放要求格外严格，含氨氮废水难以处理，这对水资源和生态环境造成了极大危害11-12。利用超重力技术吹脱氨氮废水是一项型的去除氨氮的方法，与传统处理方法如蒸汽吹脱法、空气吹脱法、化学法等相比，该法具有传质效率高、设备体积小、能耗量低等优势，目前已在山东加华公司、山东淄博稀土高科等多公司进展了工程化应用争论，虽然技术不成熟，但具有很大的应用前景。物体受到的比地球重力加速度 g9.8 m/s2更大的力称为超重力。当 g 接近 0失重时，气液、液液、液固相接触时的动力因素g浮力因子将趋于 0， 此时不再受密度差影响，分子间作用力如外表张力起主导作用，液相物质发生 近球形团聚，相间接触不再充分，相间传递作用渐渐变弱，分别无法进展。而随着g 增大超重时，g 变大，流体的相对速度增大，相间产生了巨大的切应力， 将液相物质拉伸成微米、纳米级别的液滴、液丝或液膜，大大增加了相间接触面积， 从而强化传递，通常相间传质速率比传统的塔设备高 13 个数量级13。设计和使用可高速旋转的设备是最简洁的模拟超重力的方法。通常利用离心力进展复相分别、密度差分别，而超重力技术有所不同，核心在于对相间传递过程和微观混合、反响过程的极大强化。在氨氮废水中存在以下平衡：NH3 与 NH4+之间的转换受到 pH 值、温度、压力等的影响。pH 值为强碱性时，大量的 OH-气氛使得平衡向逆反性进展，体系中根本都为溶解性液态 NH3；而温度上升和压力降低有利于废水中 NH3 的逸出。超重力技术应用到氨氮废水吹脱过程，也就是指使用超重力设备取代传统的填料塔作为吹脱设备，以空气为气提剂，通过大量空气与碱性的氨氮废水接触，将水中的游离氨分子解吸到气相的过程。超重力设备也称超重力机(High Gravity Rotary Device，Higee)或旋转填料床(Rotating Packed Bed，RPB)。超重力设备按构造不同可分为立式、卧式；按转子构造的不同可分为体旋转式、双动盘式、动静结合式等14；按分别物系的要求和旋转填料上填料层数不同，可分为单层填料和多层填料；按气液接触方式或操作方式不同可分为逆流、并流和错流旋转填料床1518。在吹脱氨氮废水处理中，使用超重力设备代替传统的塔设备，发生了两大变化： 液相流淌由重力环境变成了超重力环境；设备由传统的静止状态变为了旋转运动状态。超重力设备由固定的圆柱形壳体、转子、填料和液体分布器等组成，其根本构造见图 1。机器开动时，气体在压力梯度的影响下进入超重设备转轴外腔，穿过填料。同时液体在泵的带动下也流向转轴，并通过喷头均匀淋洒于转轴内侧。随着转子高速旋转液体向外甩出，在巨大剪切力和与填料碰撞作用下，渐渐变小形成极大的不断更的外表积，大大增加两相之间的相界面积增大，伴随着猛烈搅动速度、浓度、温度边界层等影响，到达了传质与反响过程的强化。之后液体被转子甩入外壳经集合从底部的液体出口流出，而气体则经过转轴中心离开转轴向上冲气体出口排出。国外对超重力技术争论最早，主要集中在 ICI、DOW、DuPont、Norton 等公司和 Newcatstle、Washington 等大学，目前特地对超重力技术吹脱氨氮废水的争论报道较少。国内柳来栓等19用超重力法吹脱某铜洗车间的含氨量为 15002023 mg/L 的混合废水，在温度 40，pH 值为 11.0，气液体积流量比 1200，转速 1200 r/min的条件下，得到了单程吹脱率高于 85%的吹脱效果。焦纬洲等20对超重力技术处理某焦化厂氨氮废水进展了中试争论，重点考察了气液比转速温度值等对氨氮脱除率和气相压降的影响，试验觉察：在适宜的操作条件下单级氨氮脱除率可达75%，可满足后序处理工艺的要求。王媛媛等21使用折流式旋转填料床处理了含氨量为 10366 mg/L 的废水，试验觉察：温度为 20，pH 为 10 左右，气体流 量 160 m3/h，液体流量 60 L/h，转速 800 r/min 时，吹脱率可达 92%。山西省超重力化工工程技术争论中心和北京化工大学教育部超重力工程争论中心在超重力技术的根底和应用争论上处于国内领先水平。前者分别在山西焦化集团、山东淄博稀土高科、山东加华公司等企业进展了高浓度氨氮废水的吹脱中试试验，得出将超重力技术用于氨氮废水吹脱中，当温度 3540，pH 值 10.5 11.0，气液比为 1200，超重力因子 100 时，可以获得 85%以上的单级吹脱率， 效果显著。后者对某合成氨厂的含氨2023030000 mg/L废水进展了超重力气提中试试验，成功将氨氮量降至可直接排放标准，并得到可利用的 5%20%的浓氨水。还与原中国自然气总公司下属大型合成氨企业联合开发建立了一套超重力尿素水解工业侧线，处理水量到达 5 t/h，在温度 220230，压力 2.42.6 MPa 条件下，可将废水中 100 mg/L 左右的尿素含量处理至 5 mg/L 以下，到达中压锅炉的用水要求。目前超重力法吹脱氨氮技术的大规模工业应用较少，主要是由于该技术不够成熟， 特别是大型的构造，仍需要依据具体的物系进展合理设计和试验。图 2 列出了承受超重力技术吹脱氨氮废水的工艺流程。氨氮废水在调整池中通过参加碱和解氨剂，通过 pH 掌握仪调整 pH 值至 10.511.5，之后经废水泵注入到超重力机中，在高湍动、大的气液接触面积的状况下，与风机带动进超重机的空气进展充分接触并产生雾化，将废水中的游离氨吹脱出来。之后排出的废水氨氮含量达标则直接排放，不达标则重打入超重机中再次进展脱氨处理。通常经此处理出来的氨氮废水到达国家一级排放标准。而从超重机中排出的气体通过超级氨回收器，可得到肯定浓度的氨水，其余气体通过除雾器，经过除雾后直接排放。与工业上传统仅使用塔设备的吹脱法相比，超重力法吹脱氨氮废水具有以下几点优 势：设备体积质量小、设备及基建费用少，过程放大简洁，启动、停车快速，运 行更稳定；摆脱了重力场的影响，对气液变化不敏感，对物料粘度适应性广，操 作弹性大；气相动力消耗小、物料停留时间短、传质系数大；去除氨氮效率高， 有利于气相中氨的回收利用；能够增加水中的溶解氧，为可能的后续生化处理提 供充分氧源。随着人们环保意识的不断提高，工业生产中向河流湖泊中排放的有害氨氮废水必需 得到解决。超重力技术由于其传质效率高、能耗低等优点，在除氨氮废水的应用中 效果显著，受到越来越多人的关注，目前在我公司也开头进展了中试试验。虽然超 重力除氨氮技术在根底理论和应用方面取得了较大进展，但大规模工业化应用较少， 随着该项技术的不断完善，预期其在不久的将来会被广泛应用于氨氮废水的回收及 综合利用，造福人类。【相关文献】1刘继勇,李芳芹,张晓峰.超重力技术及其在 CO2 捕集中的应用J.能源与节能,2023,10：78- 80.2陈阳,隋志军.超重力精馏技术J.化工中间体,2023,4：24-27.3赵晓曦,邓先河,潘朝群,等.超重力技术及其在环保中的应用J.化工环保,2023,223：142-145. 4徐娟,陈建峰,邹海魁,等.超重力脱硫技术在硫酸工业中的应用J.磷酸设计与粉体工程，2023,1：32-36.5 初广文,罗勇,邹海魁,等.超重力反响强化技术在酸性气体尾气处理中的工业应用J.化学反响工程 与工艺，2023,293：193-198.6 管益豪,黄卫星,肖泽仪,等.超重力技术及其应用争论进展J.化工机械,2023,321：55-59. 7Trevour K.James R F.Distillation studies in a highgravitycontactorJ.Ind.Eng.Chem.Res,1996,(12):4646 -4655.8 陈建峰.超重力技术及应用：一代反响与分别技术M.北京：化学工业出版社,2023.9 张振翀,栗秀萍,刘有智.两级分别式超重力精馏试验争论J.现代化工,2023,304：79-82. 10刘有智.超重力化工过程与技术M.北京：国防工业出版社,2023.11 梁晓贤,刘有志,焦伟洲等.超重力技术在工业废水处理中的应用进展J.造纸科学与技术,2023,321：95-98.12 陈艳卿.中国废水排放氨氮掌握标准评述J.环境科学与治理,2023,363.13杨致芬,郭春绒.超重力技术争论进展J.安徽农业科学, 2023,3620：8432-8435. 14桑乐,罗勇,初广文,等.超重力场内气液传质强化争论进展J.化工学报,2023,661.15 Sun B C,Wan X M,Chen J M,et al.Simultaneous absorption of CO2and NH3in a rotating packed bedJ.Ind. Eng.Chem.Res.,2023,48(24):11175-11180.16 Li Z H,Guo K,Yan W M,et al.The comparison of the gas pressure drop under counter- current and co-current