本发明涉及钢铁工业废水处理技术领域，具体涉及一种干法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法及其系统。
背景技术：
钢铁企业外排废水氨氮浓度和排放总量是政府环保部门在线监控指标，必需保证达标排放。从氨氮废水来源分析，钢铁企业有机氨氮废水主要来自炼焦工序及焦炉煤气输送管道凝结排水；无机氨氮废水主要来自高炉煤气系统喷淋排污水和高炉煤气输送管道凝结排水。与湿法除尘工艺相比，干法除尘高炉煤气废水量可大幅度减少，但仍有一定废水外排。按企业年产钢1500万吨测算，干法除尘高炉煤气废水总量约60m3/h，废水氨氮浓度在200～400ppm左右，且硬度、碱度均较高，cod值较低。
根据相关国家标准，钢铁联合企业吨钢排水量不应超过1.8吨，氨氮排放浓度小于5mg/l。据此标准测算，干法除尘高炉煤气废水如不进行脱氮处理，企业总排口氨氮浓度无法稳定达标。
布袋除尘系统是最常见的高炉煤气干法除尘系统，与湿法除尘工艺相比，突出优点是除尘过程无废水排放，但缺点是煤气管道腐蚀较严重。为了减轻高炉煤气管道腐蚀，国内企业大多在高炉煤气干法除尘系统末端，增设水喷淋除氯设施或向净化煤气中喷液碱，导致干法除尘系统也有一定氨氮废水排放。目前，国内钢铁企业大多将其收集后送焦化酚氰废水处理系统进行生物脱氮处理。该方法受高炉煤气废水有机碳源不足影响，主要缺点是水处理成本高，需大量投加生化营养剂。
目前，工业氨氮废水处理的方法有很多，但现有方法用于高炉煤气系统排水处理时，均不能兼顾企业在环保、投资及成本方面的需求，应用受到限制。根据申请人检索查询，没有涉及高炉煤气系统排水氨氮处理的专利技术，相关技术文献也较少。
公开号：cn104671358a的中国发明专利公开了一种沸石耦合介质阻挡放电深度处理氨氮废水的方法，其为一种氨氮废水处理方法，利用人造沸石交换吸附氨氮，并用高压电场提高沸石的吸附速度和容量。该方法用于高炉煤气系统排水处理时存在严重不足，一是沸石对铵和钙镁离子均有吸附作用，因废水氨氮、硬度含量均较高，导致沸石投加量大、再生频繁；二是沸石频繁再生解析会产生较多高浓度氨氮废水，需进行二次处理才能排放，未彻底消除环保风险，运行成本也较高。
申请号为201110114835.6的中国发明专利公开了一种处理高盐度无机氨氮废水的方法，废水经调节池收集均质后，加碱调高ph，再泵送微电解装置氧化，出水经中和沉淀处理后，清水先经sbr生化处理，再经生物接触氧化工艺处理后排放。
《吹脱法处理中低浓度氨氮废水》(《福建环境》2000年12月)介绍了一种以空气为介质，在强碱条件下利用吹脱塔将废水中氨氮解析到大气中的废水处理方法。该方法用于高炉煤气系统排水处理时会存在以下缺陷：一是废水硬度和碱度均较高，且碱度以碳酸盐碱度为主，在强碱条件下钙镁离子会形成大量难溶碳酸盐，致使吹脱塔填料严重结垢，气水比降低，运行效果和稳定性逐步降低；二是废水氨氮含量较高，全部解析到大气中会导致区域空气异味，污染周边大气环境。
随着国家环保要求的提高，地方政府对环保监管日趋严格。国内各钢企为了控制排口氨氮指标，多将无机氨氮废水送焦化工序进行生物脱氮。由于无机氨氮废水碳源不足、废水量大、氨氮浓度偏高，导致焦化生化废水处理系统处理效果下降，运行成本增加，处理能力不足问题十分突出，企业被迫投入大量资金提高焦化废水生化处理能力。以武钢有限为例，近几年已投入上亿元用于焦化生化废水处理系统改造，系统能力仍不显不足。因此，降低无机氨氮废水处理成本和工程建设投资是钢铁企业急需解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有氨氮废水处理方法在钢铁企业高炉煤气废水氨氮处理领域应用存在的各种不足，提供一种干法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法及其系统，该方法利用企业现有转炉煤气洗涤循环水处理设施，不需新建水处理构筑物，不新增能源消耗，以降低企业氨氮废水处理成本和工程建设投资。该方法使废水中氨氮以较低浓度分别向气体燃料和空气中解析，减轻氨氮对大气环境污染。
为实现上述目的，本发明所设计一种干法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法，包括以下步骤：
1)均质稀释：将收集后的高炉煤气系统氨氮废水泵送至回水高架流槽3，氨氮废水与水量较大且氨氮浓度较低的转炉煤气洗涤回水进行均质稀释，降低后续空气吹脱处理时大气氨氮含量；
2)水质检测：检测转炉煤气文氏洗涤塔的循环水进口的水质条件，其中，所述水质条件为ph值、硬度值和碱度值；(硬度值为煤气洗涤循环水总硬度h，单位以mmol/l计；所述碱度值包括总碱度m、酚酞碱度p，单位均以mmol/l计。)
3)碳酸钠软化：碱溶液经碱液投加管进入回水高架流槽，碱溶液与槽内洗涤水和氨氮废水混合反应，得到混合水，完成碳酸钠软化反应的同时，将混合水中氨氮转化为游离氨；
4)沉淀分离：粗颗粒分离机将混合水中的颗粒状固体物分离；沉淀池将混合水中的悬浮固体和难溶碳酸盐沉淀分离；
5)空气吹脱：混合水经热水池收集后，由上塔泵送进冷却塔内降温，得到降温水；实现水中游离氨向大气解析的同时，废水能蒸发减量；
6)转炉煤气吹脱：降温水进入冷水池收集，再经循环泵加压后，由循环水进口进入煤气洗涤塔，利用转炉煤气余热升高洗涤水温，并将水中游离氨进一步解析到煤气中；
7)排污及中和：降温水由排污水管排入中和沉淀装置，以控制降温水电导率在10000～12000μs/cm之间，降温水排入排污水管的ph值为6～9，悬浮物低于50mg/l；当冷水池中液面降低至设定低液位时，通过补水管自动向系统补水；
进一步地，所述步骤1)中，均质过程中，不设混合搅拌装置，由回水高架流槽内较高水流速实现水力搅拌。
进一步地，所述步骤2)中，水质检测由人工取样化验，化验频次为1次/日。
再进一步地，所述步骤3)中，碱溶液选自碳酸钠溶液和氢氧化钠溶液，其投加使洗涤水水质条件符合ph≥11、硬度≤0.3mmol/l；碱溶液投加浓度以mmol/l计，可按以下方法确定：
当2p＞m且(m-p)＞2时，碳酸钠和氢氧化钠投加量均为零；
当2p≤m时，碳酸钠投加量为零，氢氧化钠投加量＝2h+(m-2p)；
当2p＞m且(m-p)≤2时，碳酸钠投加量＝h+(2p-m)/2；
再进一步地，所述步骤5)中，所述冷却塔为网格填料机械通风逆流式冷却塔；所述蒸发减量根据蒸发降温原理，由进出塔水温差δt、上塔水量q和蒸发系数α按下式计算确定：
蒸发减量＝蒸发水量qs＝δt*q*α。
本发明还提供了一种用于上述进行氨氮废水处理的系统，它包括煤气洗涤塔，所述煤气洗涤塔包括上部煤气进口和下部煤气出口；所述煤气洗涤塔侧壁上分别设置有煤气洗涤循环水出口和循环水进口；所述煤气出口与煤气利用设施相连；所述煤气洗涤循环水出口通过管线依次连接有回水高架流槽、粗颗粒机、沉淀池、热水池、冷却塔和冷水池，所述冷水池通过管线与文氏洗涤塔进水口连接，所述回水高架流槽上设置有高炉煤气系统氨氮废水进水管、碱液投加管和补水管，所述冷水池通过排污水管与中和沉淀装置相连。所述热水池和冷却塔之间管线上设置有上塔泵。
所述冷水池与文氏洗涤塔之间的管线上设置有循环泵。
所述补水管上安装有控制阀。
作为优选方案，所述沉淀池为斜板池或幅流池，进水不加絮凝剂，利用煤气中洗涤出的高价金属氧化物碱性水解产生的金属氢氧化物实现混凝。
作为优选方案，所述煤气洗涤塔为环缝塔或文氏塔，塔内喷水管要求竖向多层布置。
本发明的有益效果：
本发明利用企业现有转炉煤气洗涤循环水系统处理高炉干法除尘煤气氨氮废水，通过均质、碳酸钠软化、沉淀预处理后，在一定温度下利用煤气、空气进行串级吹脱，降低排污水氨氮浓度，同时利用蒸发降温原理，减少废水量，既不需新建水处理构筑物，也不需增加水处理能耗，具有投资省、成本低、运行可靠等特点。
本发明与《一种处理高盐度无机氨氮废水的方法》(公开号：cn201110114835.6)相比，具有巨大的成本优势。一是不需要新建生化处理设施及微电解氧化装置，工程投资省；二是废水c/n营养比高低不影响脱氮效果，不需投加有机碳源调节营养比，可降低药剂成本；三是不需充氧曝气或潜水搅拌设施，运行能耗低。
本发明与沸石耦合介质阻挡放电深度处理氨氮废水的方法(公开号：cn104671358a)相比，不消耗沸石及沸石再生剂，不产生需二次处理的高浓度氨氮废水，环保性好，成本低。根据沸石吸附特性，其对废水中钙镁离子等高价金属离子也有较强的吸附能力，加上沸石吸附容量较低，在废水硬度较高时，沸石极易吸附饱和，对氨氮吸附效果下降，需频繁再生，导致沸石和再生剂耗量较大，运行周期短。另外，沸石再生会产生纯度低、氨氮浓度较高的再生废水，需进行二次处理才能排放废水，故成本较高，未彻底解决氨氮污染问题。
本发明与吹脱法处理中低浓度氨氮废水(《福建环境》2000年12月)相比，可避免吹脱塔结垢堵塞造成脱氮效果下降、运行可靠性降低问题。由于煤气系统排水硬度高、碳酸盐碱度高，调高ph后，hco3-将转化为co32-，并与废水中钙镁离子反应形成大量难溶碳酸盐垢物，堵塞吹脱塔填料，导致水处理效果下降，运行不稳定。本发明采取软化沉淀方法既避免了设备结垢堵塞问题，还可提高洗涤水系统浓缩倍率，从源头降低氨氮废水排放量和浓度。另外，本发明还可利用煤气的吹脱作用，将废水中部分氨氮转化到煤气中，减轻了氨氮对大气污染。
附图说明
图1为干法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法流程示意图；
图2为干法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法的系统示意图；
图中，煤气洗涤塔1、循环水进口1.1、煤气洗涤循环水出口1.2、上部煤气进口1.3、下部煤气出口1.4、煤气利用设施2、回水高架流槽3、高炉煤气系统氨氮废水进水管3.1、碱液投加管3.2、粗颗粒机4、沉淀池5、热水池6、冷却塔7、冷水池8、补水管9、控制阀9.1、排污水管10、中和沉淀装置11、上塔泵12、循环泵13。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。
如图2所示的用于下述进行氨氮废水处理的系统，它包括煤气洗涤塔1，所述煤气文氏洗涤塔1包括上部煤气进口1.3和下部煤气出口1.4；所述煤气文氏洗涤塔1侧壁上分别设置有煤气洗涤循环水出口1.2和循环水进口1.1；所述煤气出口1.4与煤气利用设施2相连；所述煤气洗涤循环水出口1.2通过管线依次连接有回水高架流槽3、粗颗粒机4、斜板池沉淀池5、热水池6、冷却塔7和冷水池8，所述冷水池8通过管线与循环泵13、文氏洗涤塔进水口1.1连接，所述回水高架流槽3上设置有高炉煤气系统氨氮废水进水管3.1、碱液投加管3.2和补水管9，补水管9上安装有控制阀9.1；所述冷水池8通过排污水管10与中和沉淀装置11相连。所述热水池6和冷却塔7之间管线上设置有上塔泵12。
某高炉采用干法除尘，煤气喷淋除氯系统排污水及区域高炉煤气管道凝结水量约20m3/h，排水氨氮浓度平均约270mg/l，基于上述系统进行干法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法，包括以下步骤：
1)均质稀释：将收集后的高炉煤气系统氨氮废水泵送至回水高架流槽3，氨氮废水与水量较大且氨氮浓度较低的转炉煤气洗涤回水进行均质稀释；降低后续空气吹脱处理时的大气氨氮含量；其中，均质过程中，不设混合搅拌装置，由回水高架流槽3内较高水流速实现水力搅拌；
2)水质检测：检测转炉煤气文氏洗涤塔1的循环水进口1.1的水质条件(水质检测由人工取样化验，化验频次为1次/日)，所述水质条件为ph值、硬度值和碱度值；(硬度值为煤气洗涤循环水总硬度h，单位以mmol/l计；所述碱度值包括总碱度m、酚酞碱度p，单位均以mmol/l计。)
3)碳酸钠软化：碳酸钠溶液经碱液投加管3.2进入回水高架流槽3，碱溶液与槽内洗涤水和氨氮废水混合反应，得到混合水，完成碳酸钠软化反应的同时，将混合水中氨氮转化为游离氨；其中，碳酸钠溶液投加使洗涤水水质条件符合ph≥11、硬度≤0.3mmol/l；碱溶液投加浓度以mmol/l计，可按以下方法确定：
当2p＞m且(m-p)＞2时，碳酸钠和氢氧化钠投加量均为零；
当2p≤m时，碳酸钠投加量为零，氢氧化钠投加量＝2h+(m-2p)；
当2p＞m且(m-p)≤2时，碳酸钠投加量＝h+(2p-m)/2；
4)沉淀分离：粗颗粒分离机4将混合水中的颗粒状固体物分离；沉淀池5将混合水中的悬浮固体和难溶碳酸盐沉淀分离；
5)空气吹脱：混合水经热水池6收集后，由上塔泵12送进冷却塔7内降温，得到降温水；实现水中游离氨向大气解析的同时，废水能蒸发减量；其中，所述冷却塔为网格填料机械通风逆流式冷却塔；所述蒸发减量根据蒸发降温原理，由进出塔水温差δt、上塔水量q和蒸发系数α按下式确定：
蒸发减量＝蒸发水量qs＝δt*q*α。
6)转炉煤气吹脱：降温水进入冷水池8收集，再经循环泵13加压后，由循环水进口1.1进入煤气洗涤塔1，利用转炉煤气余热升高洗涤水温，并将水中游离氨进一步解析到煤气中；
7)排污及中和：降温水由排污水管10排入中和沉淀装置13，以控制降温水电导率在10000～12000μs/cm之间，降温水排入排污水管10的ph值为6～9，悬浮物低于50mg/l；当冷水池11中液面降低至设定低液位时，通过补水管15自动向系统补水；
上述方法中，高炉煤气系统排水可串级利用作转炉煤气循环系统补充水，经本发明方法处理后，排水氨氮浓度平均约20mg/l；排水氨氮去除率达90％以上。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。