含重金属高氨氮废水资源化处理技术及设备

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含重金属高氨氮废水资源化处理技术及设备

来源项目

国家科技进步二等奖

技术分类

水污染防治-工业污水

适用对象及范围

锂电池三元前驱体、有色冶金(镍钴、钨钼、钒、锆、铌钽等)、新材料、稀土、催化剂、煤化工、废旧锂电池回收等行业高浓度氨氮（1~70 g/L）废水的资源化处理；典型应用规模50-3000 m3/d；对环境、区域等应用场景无特殊要求。

解决的难点问题

发明了国际首创的药剂强化-热解络合分子精馏技术和设备，解决了废水中重金属-氨络合导致氨深度分离困难的问题；开发高温高碱条件下的设备防堵阻垢技术，实现设备连续稳定运行、堵塞的问题；通过机械压缩机将需要冷凝的氨汽进行机械压缩后再次利用，以替代新鲜蒸汽为系统再沸器提供热源，有效减少蒸汽消耗量，并降低了运行成本，解决了传统汽提精馏脱氨过程能耗高的技术难题；

基本原理

通过氨-水的气液平衡、金属-氨的络合-解络合反应平衡、金属氢氧化物的沉淀溶解平衡的热力学计算，在汽提精馏脱氨塔内将氨氮以分子氨的形式从水中分离，然后以氨水或液氨的形式从塔顶排出，并被冷凝器冷却为高纯氨水进行回收，可回用于生产或直接销售；脱氨后废水氨氮浓度降至10 mg/L以下，可直接排放或回用于生产

技术描述（创新点及优势）

国际首创的强化热解络合分子精馏技术，实现氨氮削减率和氨资源循环利用率均大于99%，全过程无二次污染产生。将MVR热泵节能技术与传统汽提精馏脱氨技术相结合，开发出低碳节能式氨氮废水资源化处理技术，在实际项目运行中减少50~70%蒸汽耗量和33.34%碳排放量。研制高性能专用精馏塔内件，将其运行的弹性负荷由传统的70-130%拓宽到20-140%。开发出高温高碱阻垢分散技术，增强设备的抗垢性能，实现设备长期稳定运行。一体化撬装设备设计便捷且实现全过程自动控制。

技术推广应用情况

该技术已成功应用于钨钼冶炼、镍钴、钒锆、三元电池前驱体、新材料、稀土、催化剂、重金属等行业领域，在金堆城钼业、江门长优、衢州华友等相关行业龙头企业建设示范工程80余套，氨氮废水处理总规模达3215万吨/年，减排氨氮约38万吨/年，回收浓氨水产品约290万吨/年。通过污染物减排与氨资源回收为企业带来经济效益达20亿元/年，实现了企业生产氨污染全过程控制与资源高效循环利用，过程无二次污染产生。

应用案例名称

厦钨新能源1200 m3/d三元前驱体废水热泵精馏脱氨项目

案例地址

福建厦门

案例规模

1200m³/d

项目投运时间

传统精馏脱氨系统2018年1月，热泵改造系统2024年7月

验收情况

传统精馏脱氨系统2018年1月通过验收，热泵改造系统2024年7月完成调试验收，验收单位厦门厦钨新能源材料股份有限公司

工艺流程

废水首先进入预热器中进行预热，并根据需要选择加入碱，然后进入脱氨塔，废水在塔内一定温度和强化解络合药剂的共同作用下，进行热解络合-分子精馏脱氨。除氨后废水经塔底流出，经过换热器与原水换热后，进入重金属回收系统回收镍钴猛金属。氨氮在塔顶冷凝后得到高纯氨水产品，可直接回用于生产或作为产品销售。塔顶含氨蒸汽将蒸发冷凝水汽化、经压缩机提高品位后，再次作为热源为塔底再沸器供热，达到系统节能的效果。

污染防治效果和达标情况

出水氨氮≤15mg/L，满足国家《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）一级标准要求。精滤后，废水中Co≤1mg/L，Ni≤0.5mg/L，Mn≤1mg/L，满足《铜、镍、钴工业污染物排放标准》（GB 25467-2010）相关污染物间接排放限值要求。回收浓度不低于15%的氨水，产品满足化工标准HG1-88-81《工业氨水》要求。氨氮脱除率和氨资源回收率>99%。

二次污染治理情况

无二次污染

碳排放情况

采用热泵工艺后，较传统汽提脱氨工艺，吨水CO2减排量11.43kg，吨水可减少45.82%的碳排量。

能源、资源节约和综合利用情况

资源化回收浓度超过15%的高纯级氨水，可循环于生产工艺或进行销售，资源循环利用率大于99%。同时可回收镍钴猛等金属氢氧化物，节约资源。

投资费用

2017年投建传统汽提精馏脱氨项目，项目总投资800万元，其中设备投资550万元，基建投资150万元，其他费用100万元，吨水投资费用为0.667万元。 2023年投建热泵改造项目，项目总投资672万元，其中设备投资504万元，基建投资100万元，其他费用68万元，吨水投资费用为0.56万元。

运行费用

项目实际年处理氨氮废水396000m3，年运行费用537.29万元，吨水运行费用13.568元/m3。其中：年蒸汽消耗量15048t 吨水蒸汽耗量38kg/m3；年电耗294.62×104kWh 吨水耗电量7.44kWh/ m3；年人工费约28.8万元；设备折旧费用约105.4万元；维修管理费用约11万元。

经济收益

项目实现氨氮减排1900吨/年，重金属减排39.6吨/年；回收浓氨水15387吨/年，回收金属氢氧化物62.4吨/年。15%氨水按照550元/吨计，产生经济效益846.29万元/年。