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1 合成氨工業(yè)主要工藝流程

生產(chǎn)合成氨主要有白煤和焦炭?jī)煞N原料。先采用固定床間歇式制氣法提取出半水煤氣等原料，并將這些原料進(jìn)行有效的保存密封，防止內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化。采用水洗降溫的方式將半水煤氣進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存后，利用羅茨風(fēng)機(jī)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行加壓，使用氨水液進(jìn)行催化后，就能有效去除半水煤氣中的硫化氫，之后在輸送到壓縮工藝段當(dāng)中。壓縮工藝段通常采用的是中變串低變工藝流程，該工藝需要在催化劑中的加持下，使半水煤氣與產(chǎn)生出來(lái)的水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而生成出二氧化碳以及氧氣。在生成完氣體后，需要采用合理工藝對(duì)生成的氣體進(jìn)行轉(zhuǎn)換，之后分別輸送到碳化工藝段以及脫氮工藝段當(dāng)中。在脫氮工藝段中，氣體在不斷轉(zhuǎn)換的過(guò)程中會(huì)與其他氣體進(jìn)行混合，然后輸送到精煉工段脫硫塔當(dāng)中。而在碳化工段中，生產(chǎn)的氣體會(huì)與濃氨水發(fā)生吸收混合的效果，在不斷吸收的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，之后產(chǎn)生出酸氫銨產(chǎn)品。將產(chǎn)生出來(lái)的酸氫銨產(chǎn)品經(jīng)過(guò)固體脫硫的方式進(jìn)行反復(fù)加壓后，最終會(huì)輸送到氨合成工段當(dāng)中，從而制作出液氨產(chǎn)品。

2 合成氨工業(yè)污水排放主要特征分析

2.1 廢水成分比較復(fù)雜

在對(duì)合成氨進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中，不同工藝段所排放的廢水有著很大不同。比如在脫硫工藝段中，排放污水主要以半水煤氣洗滌水為主。該污水最大特點(diǎn)是表面溫度較高，溫度通常在60～80℃之間，并且含有大量的污染因子。包括氨氮、硫化物以及各種懸浮物等等。在經(jīng)過(guò)不斷合成以及精煉后，會(huì)產(chǎn)生出大量的廢稀氨水，這種工業(yè)廢水對(duì)于水源以及周圍生態(tài)環(huán)境會(huì)造成更加嚴(yán)重的破壞。

2.2 水量較大

在合成氨生產(chǎn)中，不同工藝段所使用的設(shè)備有著明顯不同，而且這些設(shè)備都需要進(jìn)行換熱，同時(shí)也需要使用一定量的冷卻水，防止機(jī)械設(shè)備表面溫度過(guò)高，從而造成機(jī)械設(shè)備的損壞。我國(guó)目前許多大型合成氨企業(yè)都完成了技術(shù)性的改革。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的不斷已經(jīng)創(chuàng)新，已經(jīng)形成了較為完善的節(jié)水配套流程體系，對(duì)于水資源起到了很好的節(jié)約作用，同時(shí)污水排放量也進(jìn)一步的縮小。但仍然還有許多中小型合成氨企業(yè)受資金技術(shù)的影響，在設(shè)備引用方面相對(duì)比較落后，使得配水排放量一直處于較高的狀態(tài)。

2.3 排放點(diǎn)較多

合成氨內(nèi)部大致可分為七個(gè)工序，且每個(gè)工序段都會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，使得整體水污染排放點(diǎn)較多。具體排放特征主要以表1所示。

表1 合成氨工業(yè)廢水排放特征表

3 合成氨工業(yè)水污染治理技術(shù)分析

3.1 廢稀氨水回收治理技術(shù)

3.1.1 工藝原理

廢稀氨水大部分產(chǎn)生于合成氨工藝流段中的合成工段以及精煉工段。廢稀氨水主要來(lái)源于合成工段等壓吸收塔和精煉工段銅液再生氨回收塔當(dāng)中，在合成工段中，由于整個(gè)合成過(guò)程會(huì)釋放出大量的氮?dú)?，從而造成了一定程度上的空氣污染。這些氣體在進(jìn)入等壓吸收塔與軟化水進(jìn)行充分的接觸后，氣體中的氨會(huì)被吸收，生成稀氨水，從而造成一定程度上的水體污染。而精煉工段中，通過(guò)對(duì)銅液的有效應(yīng)用，使得氨氣含量會(huì)得到一定提升，從而產(chǎn)生一定量的二氧化碳廢氨水。

3.1.2 改造手段

該回收技術(shù)可分為兩種改造方法：一種脫炭技術(shù)改造；另一種是脫硫技術(shù)改造。在脫碳技術(shù)改造中，主要是對(duì)脫碳工段吸收塔以及相關(guān)儀器進(jìn)行房改造，將氣體中的二氧化碳含量進(jìn)行不斷降低，同時(shí)在精煉工藝段中進(jìn)行調(diào)整，將高壓氨洗塔設(shè)備進(jìn)行清除，使得生產(chǎn)出來(lái)的廢水大幅度降低，有效減少了廢稀氨水的排放量。而在脫硫技術(shù)改造中，受傳統(tǒng)技術(shù)方面的影響，很多合成氨企業(yè)采用氨水液相催化脫硫工藝，在不斷吸收的過(guò)程中，生成出硫氫化氨等工業(yè)氣體，在其他化學(xué)物質(zhì)的作用影響下，硫氫化氨中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一定改變，進(jìn)而生成出一定量的氨水。從實(shí)際效果來(lái)看，該改造手法對(duì)于催化劑的使用程度較低，使得總生產(chǎn)成本得到進(jìn)一步保障，而且會(huì)進(jìn)一步降低氨廢水的含量，減少了水污染的現(xiàn)象。

3.1.3 回收治理技術(shù)方法

對(duì)于廢稀氨水回收治理主要采用了兩種不同的技術(shù)手段，第一是對(duì)碳酸氫銨的回收處理，在對(duì)合成氨進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中，需要將廢水中的氮濃度進(jìn)行提升，之后輸送到碳化副塔進(jìn)行吸收，將碳化尾氣中的二氧化碳?xì)怏w全部吸收干凈。通過(guò)副塔泵設(shè)備進(jìn)行輸送后在進(jìn)行清洗，使得溶解效果能夠進(jìn)一步提升。這種回收處理手段所產(chǎn)生出來(lái)的清洗效果也更加突出，在不斷的加壓后，產(chǎn)生出碳酸氫銨結(jié)晶產(chǎn)品，進(jìn)行不斷的循環(huán)使用。從實(shí)際效果來(lái)看，該回收處理技術(shù)能夠進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)廢稀氨水的處理效率，同時(shí)由于產(chǎn)生出大量的碳酸氫鈉產(chǎn)品，所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益也更加客觀。第二是對(duì)碳化母液進(jìn)行回收處理。在合成氨生產(chǎn)的過(guò)程中，由于精煉工藝段會(huì)產(chǎn)生出一定量的廢稀氨水，在高溫低壓的環(huán)境條件下，廢稀氨水的稀釋濃度會(huì)進(jìn)一步提升，通過(guò)對(duì)氧氣的注入，使得碳化程度能夠得到進(jìn)一步控制。生成出來(lái)的碳化母液輸送到催化劑車間進(jìn)行使用，或者可以輸送到碳化工段進(jìn)行回收利用。以某工業(yè)為例，該企業(yè)通過(guò)對(duì)碳化母液的回收處理，使得廢稀氨水處理效果相比以往提升了50%，處理成本降低了20%，所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益比以往提升了30%左右，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。

3.2 綜合污水治理技術(shù)分析

3.2.1 技術(shù)原理

在合成氨工業(yè)中，由于內(nèi)部污水懸浮物以及氨氮的含量較高，使得生產(chǎn)的甲醛廢水含量逐漸增多，為進(jìn)一步創(chuàng)新對(duì)合成氨工業(yè)水污染的治理，可以采用CASS工藝方向進(jìn)行治理。CASS工藝簡(jiǎn)稱循環(huán)式活性污泥法，是SBR工藝中的一種新模式。并且在CASS工藝法中，通常會(huì)分成不同的反應(yīng)區(qū)，包括生物選擇器、缺氧區(qū)以及好氧區(qū)，并且反應(yīng)區(qū)之間的比例有著很大差異。其中以生物選擇器為主要反應(yīng)區(qū)，將剩余的污泥直接會(huì)回流到選擇器中，使得污水排放的穩(wěn)定程度能夠進(jìn)一步提升。另外在生物選擇器當(dāng)中，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可溶解性底物的清除，導(dǎo)致有機(jī)物的分解速度進(jìn)一步加快。保證在不同環(huán)境溫度下廢水中的有機(jī)物被釋放出來(lái)，從而達(dá)到良好的控制效果。

通常生物選擇器是設(shè)置在容積區(qū)當(dāng)中，由于水的停留時(shí)間相對(duì)較少，如果是在厭氧的環(huán)境條件下，很可能會(huì)導(dǎo)致生物選擇器的作用性逐漸減少。因此在設(shè)置就生物選擇器的過(guò)程中，需要根據(jù)活性污泥種群組成動(dòng)力學(xué)的相關(guān)原理，提前設(shè)置相關(guān)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為生物選擇器效果發(fā)揮提供良好環(huán)境。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究可以看出，生物選擇器的良好設(shè)置能夠防止各種絲狀菌的大量繁殖，使污水中污泥膨脹速度得到進(jìn)步下降，從而使污水中的氮元素進(jìn)行去除。

在缺氧區(qū)以及好氧區(qū)中，由于CASS生物選擇器設(shè)置需要在曝氣階段進(jìn)行，因此在運(yùn)行的過(guò)程中，需要對(duì)供氧強(qiáng)度以及曝氣池的溶解程度進(jìn)行有效控制，使得CASS容積區(qū)周圍有著良好的處理環(huán)境進(jìn)行硝化，加強(qiáng)對(duì)溶解效率的控制。在反復(fù)控制的過(guò)程中，氧氣的滲透?jìng)鬟f效果會(huì)進(jìn)一步遭受到限制，同時(shí)液體還會(huì)保持一定的硝酸鹽濃度，從而更好的滲透在內(nèi)部，完成整個(gè)硝化過(guò)程?；蛘呖梢酝ㄟ^(guò)污泥回流的方式，將硝酸鹽氮放入到生物選擇器后，沉淀污泥床中也會(huì)產(chǎn)生一定的反硝化作用。而在好氧區(qū)中，由于主要反應(yīng)區(qū)在運(yùn)行的過(guò)程中，曝氣強(qiáng)度會(huì)得到進(jìn)一步控制，使得內(nèi)部主體溶液會(huì)一直保持良好的氧氣狀態(tài)，廢水中的活性污泥會(huì)始終保持在一定的缺氧狀態(tài)，使溶解效果遭受到一定限制。

3.2.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

該回收處理技術(shù)由于對(duì)生物選擇器進(jìn)行了有效設(shè)置，使得污水中的溶解性得到進(jìn)一步提升，反硝化效果得到加強(qiáng)，污水中的各種有害物質(zhì)從而能夠在高溫環(huán)境條件下進(jìn)行釋放。由于該回收處理技術(shù)需要保持多池串聯(lián)的狀態(tài)運(yùn)行，能夠讓各種廢水保持一定的流動(dòng)狀態(tài)，在不同的工藝時(shí)段中保持較好的復(fù)雜狀態(tài)，使得處理效果得到了進(jìn)一步提升，有效防止了污水中污泥膨脹的現(xiàn)象發(fā)生。除此之外該回收處理技術(shù)在智能化特點(diǎn)方面較為突出，由于大部分設(shè)備需要通過(guò)中心控制室來(lái)進(jìn)行控制，使得工作效率得到大大加強(qiáng)，同時(shí)也有效減少了工作人員的工作壓力。并且對(duì)于占地面積的使用較低，有效減少了相關(guān)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3.2.3 工藝方法確定

由于合成氨在生產(chǎn)過(guò)程中懸浮物含量較高，使得合成氨的氨氮含量始終保持在較高的水平。為了提高廢水處理效果，可以采用自然沉淀以及CASS生物反應(yīng)池的組合形式進(jìn)行處理。將綜合污水輸送到沉淀池后，在由污水本等設(shè)備輸送到CASSA池當(dāng)中，在離心鼓風(fēng)機(jī)作用的影響下，CASS池中的剩余污泥會(huì)進(jìn)入到污泥濃縮池當(dāng)中，在板框壓濾機(jī)不斷的過(guò)濾作用下，將污泥中的廢氨水進(jìn)行去除。

3.2.4 參數(shù)設(shè)計(jì)調(diào)整

具體調(diào)整內(nèi)容包括：①反應(yīng)池的設(shè)計(jì)計(jì)算。反應(yīng)池作為綜合污水處理工藝中的核心內(nèi)容，是整個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)調(diào)整的關(guān)鍵。在反應(yīng)池設(shè)計(jì)計(jì)算中，首先需要對(duì)池內(nèi)的污水處理程度進(jìn)行計(jì)算。②供氧量計(jì)算。在供氧量計(jì)算過(guò)程中，可以采用圓形平板可張微孔空氣擴(kuò)散器進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，將該儀器放入到反應(yīng)池內(nèi)部，將反應(yīng)池溫度調(diào)整到30℃左右，經(jīng)過(guò)具體的計(jì)算后可以得出該空氣擴(kuò)散器出口處的絕對(duì)壓力。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段我國(guó)合成氨工業(yè)水污染治理取得了很大成就，但是整體治理效果仍有待加強(qiáng)，需要進(jìn)行不斷的創(chuàng)新研究，采用有效的處理方法，保證污水排放更加標(biāo)準(zhǔn)，使我國(guó)工業(yè)體系能夠可持續(xù)發(fā)展下去。