资源化回收含复杂显色杂质煤化工废水中氨的系统及方法

技术领域

本发明属于环保与资源循环利用技术领域，涉及一种资源化回收含复杂显色杂质煤化工废水中氨的系统及方法。

背景技术

煤化工废水中含有大量的有毒污染物，包括高浓度的氨、酚、杂环化合物、多环化合物等，是目前较难处理的一种工业废水，而且其中含有氨和酚浓度高，通常采用资源化回收的思路：在废水末端处理前，分别通过萃取、精馏将酚和氨提取出来，回收成混酚和氨水。某些煤化工废水中除了含有大量的有机物以外，还含有复杂显色杂质，这些显色杂质包含无机硫化物、显色有机物、金属离子、金属有机络合物等等。

通过精馏从含复杂显色杂质煤化工废水中回收氨，在操作控制上存在一对矛盾：若精馏塔顶温度低，蒸出来的氨比较少，得到的氨水浓度难以满足产品要求；若塔顶温度高，大量的有机物和复杂显色杂质被挟带到氨水中，COD和色度难以满足产品要求。因此需要控制合适的塔顶温度首先获得足够浓度的氨水，然后对氨水进行净化，去除有机物和复杂显色杂质，才能获得合格氨水产品。

专利CN201710678145.0提供了一种深度净化工业副产氨水的工艺，该工艺采用树脂吸附的方式对氨水中的杂质进行吸附，分离出氨水中的油类物质和其他的污染物。虽然该申请声称获得的氨水符合我国化学工业部标准，但是当煤化工废水中含有复杂显色杂质时，采用该方法难以得到满足商业产品要求的氨水。

专利CN201910767940.6提供了一种液氨精制脱色的装置及方法，该方法主要包括净化单元、氨精制器，分凝器、结晶器、预热器、精脱硫器、氨水配置罐、精馏塔、脱色单元和液氨缓冲罐，粗氨经初步净化处理，与浓氨水接触精制、分凝除水、结晶脱硫和精脱硫处理、精馏、脱色得到液氨。发明人经过实验验证，含有复杂显色杂质的煤化工废水精馏后得到的氨水，采用活性炭吸附，同样难以得到满足商业产品要求的氨水。

人们迫切需要一种能够资源化回收含复杂显色杂质煤化工废水中氨的技术。

发明内容

本发明的一个目的是提供资源化回收含复杂显色杂质煤化工废水中氨的系统，对煤化工废水中氨进行高效回收，同时对氨水进行处理，去除有机物和复杂显色杂质，使氨水品质（浓度、COD值和色度）达到商业产品要求。具体技术方案如下。

资源化回收含复杂显色杂质煤化工废水中氨的系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的精馏单元、回收单元和净化单元；所述精馏单元包括精馏塔和冷凝器；所述回收单元包括油水分离器和回收槽；所述净化单元包括吸附柱，吸附柱内填充大孔树脂。

将含有大量有机物和复杂显色杂质的煤化工废水先经过精馏塔提取氨/铵，使之成为混合有部分有机气体的氨气，通过冷凝器使混合有部分有机气体的氨气冷却为含杂质的氨水；然后进入油水分离器除去水相的浮油，留下带有颜色的含杂质氨水；带有颜色的含杂质氨水进入吸附柱，通过大孔树脂同时去除有机物和各种显色杂质。

针对含复杂显色杂质的煤化工废水，发明人在前期做了大量的实验和分析研究，开展了GC-MS、ICP-MS等研究，发现显色杂质非常复杂：可能是无机硫化物、可能是显色有机物、也可能是金属离子、也可能是金属有机络合物。随着这些显色杂质的种类和数量不同，含复杂显色杂质的煤化工废水精馏后得到的氨水呈现出不同的颜色。发明人尝试采用萃取、离心、絮凝和活性炭吸附等手段处理，虽然可以不同程度地降低COD，但均未得到较好的脱色效果。发明人经过大量探索发现，大孔树脂可以将氨水中的颜色完全脱去，主要是大孔树脂提供了一个具有大表面积的高效吸附介质，对显色基团具有较好的去除效果。根据显色杂质的具体情况，大孔树脂可以选用D301SC、LK100、LK73、LK04、WS6105、WS6108、XAD-1180N、XAD7HP、NK中的一种或多种。

在一些具体实施方案中，所述净化单元还包括脱附剂储罐和脱附液蒸馏塔，脱附剂储罐和吸附柱连接，吸附柱与脱附液蒸馏塔连接，脱附液蒸馏塔塔顶与脱附剂储罐连接。吸附柱吸附饱和以后，将脱附剂储罐内的脱附剂加入吸附柱，得到脱附液。脱附液进入脱附液蒸馏塔蒸馏，脱附剂从蒸馏塔塔顶流出，脱附剂得以回收；吸附的杂质从蒸馏塔塔釜排出。回收的脱附剂输送到脱附剂储罐，循环利用。进一步地，所述脱附剂为醇类；优选地，脱附剂为甲醇、乙醇或其混合物。

在一些具体实施方案中，在所述精馏单元前还设有预处理单元。优选地，所述预处理单元包括酸碱调节槽。

本发明的另一目的是提供资源化回收含复杂显色杂质煤化工废水中氨的方法，具体包括以下步骤：

（1）将含复杂显色杂质煤化工废水加入精馏塔提取氨，得到混合有部分有机气体的氨气；

（2）通过冷凝器使混合有部分有机气体的氨气冷却为含杂质的氨水；

（3）通过油水分离器除去含杂质的氨水中的浮油，留下带有颜色的含杂质氨水；

（4）将带有颜色的含杂质氨水以一定流速通入填充有大孔树脂的吸附柱，净化为符合工业氨水品质标准的氨水。

进一步地，还包括以下步骤：

（5）当吸附柱吸附饱和以后，将脱附剂加入吸附柱，洗脱净化大孔树脂产生脱附液，洗脱后的大孔树脂回用于步骤（4）的氨水净化；

（6）将步骤（5）中产生的脱附液加入蒸馏塔蒸馏，回收的脱附剂回用于步骤（5）洗脱净化大孔树脂。

在一些具体实施方案中，步骤（1）中所述精馏塔可带压或常压操作；优选地，所述精馏塔塔顶温度范围为95-100℃。

在一些具体实施方案中，步骤（6）所述蒸馏塔的蒸馏温度为75-90℃。

在一些具体实施方案中，步骤（4）中含杂质氨水的流速为1-3BV。

在一些具体实施方案中，步骤（1）中在将含复杂显色杂质煤化工废水加入精馏塔前，调节废水pH值为7-10。

本发明针对含复杂显色杂质的煤化工废水，资源化回收氨水需要同时满足浓度、COD和色度要求，提供系统和方法，优点在于用简单的方法在保证氨水浓度的前提下同时解决有机物和显色两个问题。经过该技术处理后，含复杂显色杂质的煤化工废水中的氨得到高效回收，并且氨水的品质得到大幅度提升：氨水浓度超过20%，并且氨水中的颜色消除，有机物大部分脱除，其中COD小于50mg/L，氨水品质满足商业产品要求，可在企业内部循环使用或者外售，具有良好的应用前景和经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种资源化回收含复杂显色杂质煤化工废水中氨的系统结构示意图。

附图标记：1-煤化工废水，2-酸碱调节槽，3-精馏塔，4-脱氨后废水，5-冷凝器，6-油水分离器，7-轻油，8-吸附柱，9-大孔树脂，10-高品质氨水产品，11-脱附剂储罐，12-脱附液蒸馏塔，13-回收脱附剂，14-杂质馏分。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或数量或位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种资源化回收煤化工废水中氨/铵的系统，如图1所示，包括依次连接的酸碱调节槽2、精馏塔3、冷凝器5、油水分离器6和吸附柱8。煤化工废水1进入酸碱调节槽2调节pH值后进入精馏塔3，混合有部分有机气体的氨气从精馏塔3塔顶逸出，脱氨后废水4从精馏塔3塔釜排出；氨气进入冷凝器5冷却为含杂质的氨水，然后进入油水分离器6除去水相的轻油7，留下带有颜色的含杂质氨水进入吸附柱8，吸附柱8内装有大孔树脂9，吸附除去有机物、脱色后得到高品质氨水产品10。

另外，脱附剂储罐11与吸附柱8连接，吸附柱8与脱附液蒸馏塔12连接。当吸附柱内的大孔树脂9吸附饱和以后，将脱附剂储罐11内的脱附剂加入吸附柱8，得到脱附液。脱附液进入脱附液蒸馏塔12蒸馏，回收脱附剂13从蒸馏塔12塔顶流出，脱附剂得以回收；杂质馏分14从蒸馏塔12塔釜排出。回收脱附剂13输送到脱附剂储罐11，循环利用。

实施例1

本实施例提供了一种资源化回收含复杂显色杂质煤化工废水中氨的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）将含有大量氨氮、有机污染物和复杂显色杂质的煤气化废水调节pH值为7，然后加入精馏塔处理，控制精馏塔塔顶温度为100℃，使大部分氨/铵从废水中分离成为混合有部分有机气体的氨气。

（2）通过冷凝器将混合有部分有机气体的氨气冷却为含杂质的氨水。

（3）通过油水分离器除去含杂质的氨水中的浮油，留下带有颜色的含杂质氨水。

（4）将含杂质氨水通入填充有大孔树脂的吸附柱，控制流速为1 BV，使含杂质的氨水净化为符合工业氨水品质标准的氨水产品。

（5）使用甲醇洗脱吸附有杂质并变黑的吸附柱，脱附后的吸附柱再次用于氨水的净化。

（6）对甲醇脱附液进行蒸馏处理，控制温度为85℃，馏出的甲醇再次用于吸附柱的脱附。

实施例2

本实施例提供了一种资源化回收含复杂显色杂质煤化工废水中氨的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）将含有大量氨氮、有机污染物和复杂显色杂质的煤焦化废水调节pH值为10，然后加入精馏塔处理，控制精馏塔塔顶温度为95℃，使大部分氨/铵从废水中分离成为混合有部分有机气体的氨气。

（2）通过冷凝器将混合有部分有机气体的氨气冷却为含杂质的氨水。

（3）通过油水分离器除去含杂质的氨水中的浮油，留下带有颜色的含杂质氨水。

（4）将含杂质氨水通入填充有大孔树脂的吸附柱，控制流速为2 BV，使含杂质的氨水净化为符合工业氨水品质标准的氨水产品。

（5）使用甲醇洗脱吸附有杂质并变黑的吸附柱，脱附后的吸附柱再次用于氨水的净化。

（6）对甲醇脱附液进行蒸馏处理，控制温度为90℃，馏出的甲醇再次用于吸附柱的脱附。

实施例3

本实施例提供了一种资源化回收含复杂显色杂质煤化工废水中氨的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）将含有大量氨氮、有机污染物和复杂显色杂质的煤热解废水调节pH值为9，然后加入精馏塔处理，控制精馏塔塔顶温度为98℃，使大部分氨/铵从废水中分离成为混合有部分有机气体的氨气。

（2）通过冷凝器将混合有部分有机气体的氨气冷却为含杂质的氨水。

（3）通过油水分离器除去含杂质的氨水中的浮油，留下带有颜色的含杂质氨水。

（4）将含杂质氨水通入填充有大孔树脂的吸附柱，控制流速为3 BV，使含杂质的氨水净化为符合工业氨水品质标准的氨水产品。

（5）使用乙醇洗脱吸附有杂质并变黑的吸附柱，脱附后的吸附柱再次用于氨水的净化。

（6）对乙醇脱附液进行蒸馏处理，控制温度为95℃，馏出的乙醇再次用于吸附柱的脱附。

实施例4

本实施例提供了一种资源化回收含复杂显色杂质煤化工废水中氨的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）将含有大量氨氮、有机污染物和复杂显色杂质的煤热解废水加入精馏塔处理，控制精馏塔塔顶温度为100℃，使大部分氨/铵从废水中分离成为混合有部分有机气体的氨气。

（2）通过冷凝器将混合有部分有机气体的氨气冷却为含杂质的氨水。

（3）通过油水分离器除去含杂质的氨水中的浮油，留下带有颜色的含杂质氨水。

（4）将含杂质氨水通入填充有大孔树脂的吸附柱，控制流速为1.5 BV，使含杂质的氨水净化为符合工业氨水品质标准的氨水产品。

（5）使用甲醇洗脱吸附有杂质并变黑的吸附柱，脱附后的吸附柱再次用于氨水的净化。

（6）对甲醇脱附液进行蒸馏处理，控制温度为90℃，馏出的甲醇再次用于吸附柱的脱附。

对比例1

本对比例对比精馏塔塔顶温度的影响，具体步骤如下：

（1）将含有大量氨氮、有机污染物和复杂显色杂质的煤气化废水通入精馏塔处理，控制精馏塔塔顶温度为80℃，得到混合有部分有机气体的氨气。

（2）通过冷凝器将混合有部分有机气体的氨气冷却为含杂质的氨水。

（3）通过油水分离器除去含杂质的氨水中的浮油，留下带有颜色的含杂质氨水。

（4）将含杂质氨水通入填充有大孔树脂的吸附柱，控制流速为1 BV。

（5）使用甲醇洗脱吸附有杂质并变黑的吸附柱，脱附后的吸附柱再次用于氨水的净化。

（6）对甲醇脱附液进行蒸馏处理，控制温度为85℃，馏出的甲醇再次用于吸附柱的脱附。

对比例2

本对比例对比精馏塔塔顶温度的影响，具体步骤如下：

（1）将含有大量氨氮、有机污染物和复杂显色杂质的煤气化废水通入精馏塔处理，控制精馏塔塔顶温度为130℃，得到混合有部分有机气体的氨气。

（2）通过冷凝器将混合有部分有机气体的氨气冷却为含杂质的氨水。

（3）通过油水分离器除去含杂质的氨水中的浮油，留下带有颜色的含杂质氨水。

（4）将含杂质氨水通入填充有大孔树脂的吸附柱，控制流速为1 BV。

（5）使用甲醇洗脱吸附有杂质并变黑的吸附柱，脱附后的吸附柱再次用于氨水的净化。

（6）对甲醇脱附液进行蒸馏处理，控制温度为85℃，馏出的甲醇再次用于吸附柱的脱附。

对比例3

本对比例对比含杂质氨水通入吸附柱流速的影响，具体步骤如下：

（1）将含有大量氨氮、有机污染物和复杂显色杂质的煤气化废水先经过精馏塔处理，控制精馏塔塔顶温度为100℃，使大部分氨/铵从废水中分离成为混合有部分有机气体的氨气。

（2）通过冷凝器将混合有部分有机气体的氨气冷却为含杂质的氨水。

（3）通过油水分离器除去含杂质的氨水中的浮油，留下带有颜色的含杂质氨水。

（4）将含杂质氨水通入填充有大孔树脂的吸附柱，控制流速为5 BV。

（5）使用甲醇洗脱吸附有杂质并变黑的吸附柱，脱附后的吸附柱再次用于氨水的净化。

（6）对甲醇脱附液进行蒸馏处理，控制温度为85℃，馏出的甲醇再次用于吸附柱的脱附。

对比例4

本对比例的方法参照实施例1中的方法，区别在于：仅包括实施例1的步骤（1）~（3）。

对实施例1-4和对比例1-4中生成的氨水进行氨浓度、COD和色度检测，其结果如表1所示。

由表1可知，实施例1-4均为在本发明优选参数条件数范围内时，处理后氨水中氨浓度 >20%，COD < 50 mg/L，色度 <80 Hazen，符合标准规范；由对比例1和2可知，当精馏塔塔顶温度偏高或偏低时，都达不到最佳的回收氨水品质，温度偏低使得氨浓度不够，而温度太高使得杂质太多，COD和色度难达标。由对比例3可知，当树脂吸附过程流速过快时也达不到理想的回收氨水品质，流速过快使得树脂无法充分吸附杂质，导致COD和色度超标。而由对比例4可知，当缺少氨水净化步骤时，工艺所回收的氨水质量太差，明显达不到工业氨水产品标准。

综合上述实施例和对比例的结果可以看出，本发明利用精馏单元、回收单元和净化单元的耦合，成功地从煤化工废水中分离回收了氨氮，所得的高品质氨水产品氨浓度 >20%，COD < 50 mg/L，色度 <80 Hazen，符合工业氨水标准。所述方法成本低廉，性能稳定、操作简单，具有较强的应用前景和可行性。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。本发明的保护范围由权利要求书及其等同技术方案限定。