介紹了電滲析技術(shù)的工藝原理、技術(shù)特點(diǎn)、國(guó)內(nèi)概況以及應(yīng)用在硝酸銨生產(chǎn)冷凝廢水處理的一個(gè)實(shí)例。實(shí)踐證明：電滲析裝置用于處理硝酸銨生產(chǎn)中氨氮嚴(yán)重超標(biāo)的冷凝廢水，能有效實(shí)現(xiàn)資源回收、節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和推廣應(yīng)用價(jià)值。

    我國(guó)傳統(tǒng)的硝酸銨生產(chǎn)裝置大多技術(shù)裝備陳舊，工藝落后，環(huán)保水平偏低，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的含氮工業(yè)廢水。特別是由于硝酸銨生產(chǎn)工藝決定的由稀硝酸帶入的水分在中和、蒸發(fā)及結(jié)晶過程中以二次蒸汽的形式排出，形成的工藝?yán)淠�液中含有硝酸銨和氨，成為硝酸銨生產(chǎn)的主要廢水源。這些冷凝液若直接排放，會(huì)使排放水中氨氮含量嚴(yán)重超標(biāo)，造成地表水體的富營(yíng)養(yǎng)化，破壞水環(huán)境的生態(tài)平衡。如直接送回硝酸吸收塔回用又不利于生產(chǎn)安全，并且還不能全部回收利用。由于缺乏有效的治理措施，一些廠家采用兌水稀釋的辦法以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，耗費(fèi)大量的水資源。目前，新修訂的地方和行業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)都相繼提高了氨氮標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)污染物的排放限值、水污染物基準(zhǔn)排水量和排放濃度都做了相應(yīng)規(guī)定。因此，硝酸銨冷凝液的治理及回收利用成為硝酸銨生產(chǎn)企業(yè)面臨的亟待解決的難題。

    目前已開發(fā)出利用電滲析（ED）技術(shù)處理硝酸銨冷凝廢水的新工藝，既可將廢水中的硝酸銨回用于生產(chǎn)系統(tǒng)，同時(shí)又使冷凝廢水實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。電滲析技術(shù)從20世紀(jì)50年代確立以來，在工程技術(shù)應(yīng)用過程中迅速崛起，所起的作用與日俱增。我國(guó)是從1958年開始電滲析工程的研究開發(fā)工作，屬于世界上起步較早的國(guó)家之一。

    1.工藝原理

    電滲析是在直流電場(chǎng)作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，從而實(shí)現(xiàn)溶液的淡化、濃縮、精化或純化的目的。利用電滲析脫鹽這一特性，從某些化工、醫(yī)藥、食品等產(chǎn)品中去除無機(jī)電解質(zhì)，達(dá)到分離、凈化、提純和精制的目的，以提高產(chǎn)品的品質(zhì)。并且逐漸擴(kuò)大到海水淡化和制取工業(yè)純水的給水處理中，在重金屬?gòu)U水、放射性廢水等工業(yè)廢水處理中都已得到了應(yīng)用。

    電滲析系統(tǒng)由一系列陰膜、陽膜交替排列于陰、陽兩電極之間組成許多由膜隔開的小水室。當(dāng)原水進(jìn)入這些小室時(shí)，溶液中的離子選擇性地透過離子交換膜，陽離子交換膜CM只允許陽離子通過，阻擋陰離子通過，而陰離子交換膜AM則反之。在直流電場(chǎng)的作用下，溶液中的離子作定向遷移。陽離子向陰極遷移，陰離子向陽極遷移，從而發(fā)生溶液中的溶質(zhì)與水分離。由于離子交換膜具有選擇透過性，結(jié)果使一些小室離子濃度降低而成為淡水室，與淡水室相鄰的小室則因富集了大量離子而成為濃水室。一個(gè)淡水室和一個(gè)濃水室總稱為一個(gè)單元。一套電滲析裝置就是由若干個(gè)這樣的單元組成的。從淡水室和濃水室分別得到淡水和濃水。原水中的溶質(zhì)得到了分離和濃縮，水便得到了凈化。

    在硝酸銨工藝?yán)淠�液處理中，進(jìn)入電滲析系統(tǒng)的冷凝液分為3股，一股作為傳導(dǎo)電流和離子遷移推動(dòng)力的極水，另兩股進(jìn)入電滲析系統(tǒng)后，NH4＋和NO3－在直流電場(chǎng)作用下進(jìn)行離子遷移，NH4＋可通過陽離子交換膜CM向陰極遷移，NO3－可通過陰離子交換膜AM向陽極遷移，從而實(shí)現(xiàn)了硝酸銨冷凝液中硝酸銨的分離和回收處理。

    2.技術(shù)特點(diǎn)

    電滲析和離子交換、反滲透一樣，也是分離、提取物質(zhì)的一種方法，其主要的缺點(diǎn)是運(yùn)行過程中易發(fā)生濃差極化而產(chǎn)生結(jié)垢，與反滲透技術(shù)相比，脫鹽率較低。但電滲析技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也是十分突出的，主要特點(diǎn)如下。

    2．1裝置設(shè)計(jì)靈活

    除鹽率比較任意，根據(jù)需要可在30%～99%的范圍內(nèi)選擇。原水回收率較高，一般能達(dá)到65%～80%。裝置設(shè)計(jì)與系統(tǒng)應(yīng)用靈活，根據(jù)不同的條件要求，可以靈活地采用不同形式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并聯(lián)可增加產(chǎn)水量，串聯(lián)可提高脫鹽率，循環(huán)或部分循環(huán)可縮短工藝流程。整個(gè)操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化控制。

    2．2能量消耗低

    電滲析過程無相變，在一定的含鹽量條件下，是用清潔能源電力來將水中已離解的離子遷移掉，動(dòng)力耗電也較低，經(jīng)濟(jì)效益顯著，是目前比較經(jīng)濟(jì)的水處理技術(shù)之一。同時(shí)在常溫下進(jìn)行，產(chǎn)品性能影響小，適用于氨基酸、維生素等熱敏的活潑化合物的生產(chǎn)，減少了破壞其結(jié)構(gòu)的可能性或減少副反應(yīng)的發(fā)生，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量。

    2．3無環(huán)境污染

    電滲析運(yùn)行時(shí)，工藝過程潔凈，不象離子交換樹脂那樣有飽和失效問題，所以不用酸、堿頻繁再生，也不需要加入其它藥劑，僅在定時(shí)清洗時(shí)用少量的酸，即可實(shí)現(xiàn)提取有價(jià)值成分，達(dá)到分離、凈化、提純和精制產(chǎn)品的目的，對(duì)環(huán)境基本無污染。與反滲透相比，也沒有高壓泵的強(qiáng)烈噪聲，有利于實(shí)施清潔文明生產(chǎn)。

    2．4使用壽命長(zhǎng)

    裝置預(yù)處理工藝簡(jiǎn)便，設(shè)備經(jīng)久耐用。分離專用膜一般可用3～5a，電極可用7～8a，隔板可用15a左右。且操作維修方便。

    3.電滲析技術(shù)處理硝酸銨冷凝液概況

    電滲析技術(shù)過去主要應(yīng)用于苦咸水脫鹽以及鍋爐和工業(yè)工程用初級(jí)純水的制備等，隨著具有更好選擇性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能的新型離子交換膜的出現(xiàn)，電滲析技術(shù)也不斷得到改進(jìn)和提高，目前已發(fā)展成為一個(gè)大規(guī)模的化工單元過程，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域也有了新的擴(kuò)展，完全可以適應(yīng)硝酸銨生產(chǎn)的數(shù)量較多的冷凝廢水的治理需要。

    每生產(chǎn)1t硝酸銨，排出硝酸銨和氨的質(zhì)量濃度分別為3～5g／L和2g／L的廢水0．5～0．8t。硝酸銨和氨在水中形成的硝酸鹽溶解度高，穩(wěn)定性好，難于形成共沉淀或吸附。因此，傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單的水處理技術(shù)，如石灰軟化、過濾等工藝難以除去水中的硝酸鹽。目前，從水中去除硝酸鹽的方法雖然有化學(xué)脫氮、催化脫氮、反滲透、電滲析、離子交換、生物脫氮等多種，但電滲析技術(shù)選擇性除去硝酸鹽的方法工藝流程簡(jiǎn)單可靠、不需要添加任何化學(xué)試劑，可使硝酸鹽的質(zhì)量濃度從50mg／L降到25mg／L以下，處理氨氮的質(zhì)量濃度為2000～3000mg／L的廢水，去除率在85%以上，同時(shí)可獲得8．9%的濃氨水。

    電滲析技術(shù)處理硝酸銨冷凝廢水的工藝分為中和調(diào)節(jié)和電滲析分離回收兩部分，首先通過加稀硝酸或氨對(duì)冷凝廢水中氨或稀硝酸進(jìn)行中和反應(yīng)生成硝酸銨，再采用電滲析膜法將中和調(diào)節(jié)后的冷凝液進(jìn)行濃縮回收。目前開發(fā)出的新工藝還實(shí)現(xiàn)了裝置壓力、溫度、流量、pH值的自動(dòng)控制調(diào)節(jié)，確保廢水處理與回用裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

    以處理量為960t／d的硝酸銨冷凝廢水的電滲析系統(tǒng)為例，固定資產(chǎn)投資1280萬元，運(yùn)行費(fèi)用根據(jù)冷凝廢水的水質(zhì)情況有所差異。處理每噸冷凝液大致耗用冷卻水6～7t，耗電10kW·h，離子交換膜正常使用時(shí)間為3～5a，更換膜每組費(fèi)用30萬元。實(shí)踐證明，相對(duì)于其它生化處理的方法，電滲析工藝處理硝酸銨廢水能達(dá)到節(jié)能減排、循環(huán)利用的效果，而且2a左右就可收回全部投資。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有50余家硝酸銨生產(chǎn)企業(yè)，已有川化股份有限公司、陜西興化化學(xué)股份公司、山東聯(lián)合化工有限公司、貴州開磷集團(tuán)劍江化肥廠等6家硝酸銨企業(yè)應(yīng)用了該工藝，使用效果良好，硝酸銨冷凝廢水實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放，排放水中氨氮指標(biāo)低于國(guó)家新制定標(biāo)準(zhǔn)。陜西興化化學(xué)股份公司30萬t／a硝酸銨裝置成功應(yīng)用了電滲析技術(shù)處理硝酸銨冷凝廢水，實(shí)現(xiàn)了廢水資源化回用，硝酸銨回收率超過99%，公司外排水氨氮的質(zhì)量濃度小于30mg／L，每天減排廢水720t。

    4.應(yīng)用實(shí)例

    川化股份有限公司原有結(jié)晶硝酸銨和造粒硝酸銨裝置各1套，11萬t／a結(jié)晶硝酸銨裝置，采用傳統(tǒng)的中和反應(yīng)、二段蒸發(fā)和真空結(jié)晶工藝。原有13．5萬t／a造粒硝酸銨裝置改為11萬t／a塔式造粒硝基復(fù)合肥裝置，采用傳統(tǒng)的中和反應(yīng)、一段蒸發(fā)和熔融造粒工藝。這2套裝置的中和蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝和蒸發(fā)蒸汽經(jīng)表冷器冷凝后形成的氨氮含量較高的冷凝液，由于以前國(guó)內(nèi)尚無成熟可靠的技術(shù)進(jìn)行處理，只能通過稀釋的方式進(jìn)行處理，致使硝酸銨和硝基復(fù)合肥裝置排水量達(dá)900m3／h，氨氮排放的質(zhì)量濃度為95～160mg／L，月平均氨氮排放總量為50～110t，不僅造成了水質(zhì)嚴(yán)重污染，而且還浪費(fèi)了大量的原材料和水資源。

    為了解決硝酸銨冷凝液回收利用這一難題，公司決定采用電滲析技術(shù)來處理，利用電滲析特有的特性來達(dá)到濃縮硝酸銨，淡化排放水，從而實(shí)現(xiàn)治理和回收的目的。其處理的工藝過程為：冷凝廢水先經(jīng)中和調(diào)節(jié)系統(tǒng)處理，用硝酸調(diào)節(jié)至pH值6左右后的冷凝液進(jìn)入廢水收集罐，然后經(jīng)冷卻器冷卻到30℃以下，再用水泵送入過濾精度為10μm的精密過濾器中，過濾掉雜質(zhì)后的冷凝廢水進(jìn)入電滲析系統(tǒng)進(jìn)料罐，隨后進(jìn)入電滲析裝置，廢水中的NH4＋和NO3－通過離子交換膜，進(jìn)行濃縮和淡化處理。所得的淡水回到硝酸銨循環(huán)水系統(tǒng)作補(bǔ)充水用，濃縮水回到硝酸生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)使用。

    整個(gè)電滲析裝置由24臺(tái)具有特殊專用膜的電滲析單元所組成，分布在冷凝廢水處理的循環(huán)濃縮系統(tǒng)和淡化回收系統(tǒng)。這2個(gè)系統(tǒng)分別由12臺(tái)電滲析單元組成，每3臺(tái)組成一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行，冷凝廢水的最大處理量為36t／h，能夠滿足生產(chǎn)負(fù)荷的需要。硝酸銨冷凝廢水經(jīng)電滲析裝置循環(huán)濃縮、淡化處理后，濃水中硝酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，回收率達(dá)96%以上，合格淡水排放水中氨氮的質(zhì)量濃度不大于40mg／L。冷凝廢水中氨、硝酸、硝酸銨每年削減或回收的量分別為113．54、362．23、88．34t，氨氮排放總量從每年的71．208t減少到10．162t，減少量為61．046t，削減85．73%，不僅達(dá)到了減少硝酸銨廢水排放量，消除污染的目的，而且還提高了資源綜合利用率，降低了生產(chǎn)成本，取得了顯著的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。

    5.結(jié)語

    電滲析技術(shù)作為一項(xiàng)高科技手段，以其高效、節(jié)能、無三廢、占地少等優(yōu)點(diǎn)，通過不同工藝組合，已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于化工、染料、冶金、食品、醫(yī)藥、生物工程等領(lǐng)域的特種分離、環(huán)保工程、資源回收、有機(jī)電解、食品脫鹽濃縮等，以其許多出色的應(yīng)用實(shí)例，證實(shí)了其在技術(shù)上的先進(jìn)性以及其它分離方法所不能替代的若干優(yōu)異的特點(diǎn)，已成為一種重要的水處理方法，并日益受到重視。在硝酸銨生產(chǎn)中，電滲析技術(shù)用于處理氨氮嚴(yán)重超標(biāo)的冷凝廢水，對(duì)氨、硝酸銨和排放水進(jìn)行回收利用，裝置投資少和操作費(fèi)用較低，實(shí)現(xiàn)了消除污染、節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)的目標(biāo)，是一項(xiàng)把廢水處理、環(huán)境保護(hù)與資源回收、循環(huán)經(jīng)濟(jì)有效結(jié)合起來的新技術(shù)，具有十分廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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