梁順文，張 攀，陳 石

（深圳市下坪固體廢棄物填埋場，廣東 深圳 518000）

滲瀝液氨吹脫尾氣是垃圾填埋場主要臭源之一［1］，深圳市下坪固體廢棄物填埋場采用硫酸吸收的技術將工藝中排放至大氣中的氨氣吸收后制成硫酸銨溶液，外運至肥料廠綜合利用［2］。雖然大氣環(huán)境的問題得到解決，但存在液態(tài)運輸成本不經濟、再利用途徑過窄的缺點。為了優(yōu)化現有工藝，尋求一種集成度高的含氨尾氣吸收和回收工藝，設計完成噴淋式飽和結晶器代替原有酸洗塔進行吸收，使含氨尾氣吸收和硫酸銨結晶在同一設備中一次完成，可有效解決垃圾滲瀝液氨吹脫尾氣吸收后回收的硫酸銨產量較小，廠區(qū)用地有限等問題，實現流程簡、成本低的目標。此試驗旨在驗證此設計的可靠性，并得到可供今后工程化運行的相關參數、產品的質量及運行中可能出現問題的解決方案。

1 試驗方法

1.1 試驗工藝流程

本試驗是在現場進行，規(guī)模為工程化的1/40，所利用的含氨尾氣取自垃圾滲瀝液處理工藝中氨吹脫部分，由風機鼓入噴淋式飽和結晶器，在飽和結晶器中由含硫酸母液吸收，達到過飽和后，產生結晶，待晶比達到一定程度后由隔膜泵泵至結晶槽，再經離心機離心脫水后打包，見圖1。

圖1 硫酸銨結晶試驗工藝流程

1.2 主要設備

飽和結晶器，FS型塑料離心泵，三相異步電動機，S600型三足式離心機，英格索蘭ARO66605J-3EB型隔膜泵，V-0.67/7型空氣壓縮機，TD2000B3型超聲波液位計，結晶貯槽（自制），在線pH計、超聲波液位計、比重計、在線溫度計、水銀溫度計、風速儀、微量滴定管、分光光度計、電熱恒溫干燥箱等。

1.3 主要原材料

氨尾氣氣量5 000 m3/h，氨含量0.65 g/m3，吸收效率60%（按照目前試驗設備情況）；98%工業(yè)用濃硫酸；40%硫酸銨母液。

1.4 主要指標的測試方法

1） 母液pH：TDI在線pH計，雷磁3800型pH計，配合以廣泛pH試紙和精密pH試紙。

2） 母液酸度：0.05 mol/L NaOH溶液滴定（化工行業(yè)硫酸銨回收通用測定方法）。

3）母液溫度及環(huán)境溫度：XMZ型在線溫度計及水銀溫度計。

4）母液密度：比重計。

5）母液氮含量：納氏試劑分光光度法。

6） 風筒中壓差：U形管及ZQRS-B30J型風速儀（GB/T 18204.15—2000公共場所風速測定方法）。

7） 風速：ZQRS-B30J型風速儀 （GB/T 18204.15—2000公共場所風速測定方法）。

8）結晶器液位：使用超聲波液位計實時監(jiān)測。

9）硫酸銨氮含量：納氏試劑分光光度法。

10） 硫酸銨游離酸含量：0.1 mol/L NaOH溶液滴定（參照GB 535—1995硫酸銨游離酸含量的測定容量法）。

11） 硫酸銨含水率：恒溫干燥箱（105±2） ℃干燥至恒質量（參照GB 535—1995硫酸銨水分的測定重量法）。

2 影響結晶的因素分析

2.1 溫度的控制

2.1.1 母液最低溫度的控制

根據飽和器母液液面上蒸汽分壓PL和母液液面上氨尾氣蒸汽分壓Pg的平衡關系確定。

當母液中硫酸銨含量按45%及酸度為4%時可求得母液中硫酸銨的含量V為81.8 g/100 g和母液中游離酸含量S為7.27 g/100 g，則按照PL=P0（1-0.002 35V-0.004S），求得PL為 0.78 Pa。

P0與母液溫度有關，母液最低溫度應使PL=Pg，則求得：

查飽和蒸汽壓表，其溫度應為20℃，此溫度即是飽和母液所需的最低溫度。

2.1.2 結晶過程母液適宜溫度的控制

實際上飽和器內母液溫度應比最低溫度高，因母液內水的蒸發(fā)需要蒸發(fā)推動力，即△P=PLPg。此外，由于尾氣在飽和器內停留時間短，不可能達到平衡，所以實際上母液液面上的蒸汽分壓（kPa） 應為：

式中：K為偏離平衡系數，其值為1.3～1.5，這里取1.5。

則PL=2.48 kPa，P0=3.18 kPa。

查飽和蒸汽壓表，得到相應的溫度為29℃，此溫度為飽和器母液適宜溫度，此值是符合生產正常情況的。

2.2 結晶過程pH的控制

母液酸度對結晶粒度的影響見圖2。產生這種現象的原因是當其他條件不變時，母液的介穩(wěn)區(qū)隨著酸度增加而減小，不能保持有利于晶體成長所必需的過飽和度。另外，隨著酸度的提高，母液黏度增大，增加了硫酸銨分子擴散阻力，阻礙了晶體的正常生長。

圖2 母液酸度對硫酸銨粒度的影響

在試驗的運行過程中，母液的pH控制在2～4。在這個范圍內，母液吸收氨氣效率高、不會產生大量的酸式鹽，并且不會有大量的雜質析出而影響產品的品質。

一般情況下，飽和結晶器生產工藝將母液酸度控制在3%～4%，母液酸度與pH（理論pH及實際pH）的關系見圖3（因試驗儀器原因，實際pH可能存在誤差）。

圖3 母液酸度與pH（理論pH、實際pH）的關系

由圖3可知，飽和結晶器在正常生產過程中應控制pH范圍為2～3，實際運行過程中一般控制在2～4。在后期試驗中發(fā)現，在該pH范圍內所得產品氮含量≥20.0%，游離酸含量為0.02%～0.08%，完全可以達到GB 535—1995硫酸銨中對氮含量及游離酸含量的優(yōu)等品標準。

2.3 風速（風量）對結晶的影響

風速約7.5 m/s，最大8.04 m/s，最小6.1 m/s；換算為風量則為3 391.2 m3/h，最大3 635.37 m3/h，最小2 758.18 m3/h。變化情況見圖4。

圖4 試驗過程中風速、風量變化情況（改造后）

由試驗數據可知，隨風量的增大，吸收效率的提高，硫酸銨的生成速率也隨之提高。

2.4 離心分離和水洗

離心分離和水洗效果對硫酸銨的游離酸含量以及水分含量影響很大，這就要求放入離心機的料漿流量和料漿的濃度保持穩(wěn)定，否則離心機轉鼓內料層厚度很難均勻，影響分離效果。

隨離心脫水時間的增加，硫酸銨含水率逐漸降低（見圖5）。但離心脫水12 min硫酸銨含水率為0.835%，脫水15 min硫酸銨含水率為0.840%，沒有再降低的趨勢。此含水率可達到GB 535—1995硫酸銨中合格品標準（含水率≤1.0%）。

圖5 離心脫水時間與硫酸銨含水率的關系

由圖6可知，當洗水量在12%以下時，硫酸銨游離酸含量隨洗水量的增加而直線下降。洗水量大于12%時，則下降緩慢。當洗水量增加至22%以上時，離心機離心后硫酸銨的含水量增加。另外，水洗量過多也會破壞飽和器的水平衡。因此離心機的洗水量應不大于硫酸銨質量的12%。在試驗過程中，母液總量較少，pH控制較為容易，硫酸銨產品的游離酸含量較少，因此，在離心脫水過程中未采用水洗措施。

圖6 離心機洗水量與硫酸銨游離酸含量及硫酸銨含水率的關系

2.5 母液循環(huán)和密度

母液循環(huán)的目的是使結晶器內的母液得到充分的攪拌，以提高傳質速率。同時盡量使結晶器內母液酸度和溫度均勻，并使細粒結晶在母液中呈懸浮狀態(tài)，以便延長其在母液中的停留時間，這些均有利于結晶長大，另外也起到了減輕結晶器內堵塞的作用。

經測定，母液溫度為38℃時，飽和母液的密度為1 253～1 255 g/L。

2.6 晶比

晶比達到10%～15%時開始抽取晶體較為合適。

3 結論

1）氨氣經吸收后以硫酸銨晶體的產品形式生產，吸收母液最佳濃度應在40%左右。

2）本試驗證明通過飽和結晶器法生產硫酸銨是可行的，結晶工藝相關參數初步確定為：吸收母液pH為2～4，母液溫度應控制在30℃左右，晶比為10%～15%時抽取晶體，離心脫水時間為15 min。

3）增加一路清水沖洗管路，清洗堵塞噴頭，防止因噴頭堵塞影響正常生產；除沫層增加清水沖洗管路，防止除沫層被結晶堵塞；增加母液攪拌裝置，利于母液濃度、酸度均勻，有利于結晶長大，同時可防止底部出料口被結晶堵塞；增加恒溫裝置，防止因母液溫度變化而產生大量結晶影響正常生產，防止結晶器壁上產生結晶。

4）離心脫水時增加洗水程序，可有效降低游離酸含量。

［1］鐘振洋，周啟祥.垃圾衛(wèi)生填埋技術［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，1999，12 （2）：45-49.

［2］吳方同，蘇秋霞，孟了，等.吹脫法去除城市垃圾填埋場滲濾液中的氨氮［J］.給水排水，2001，27（6）：20-24.