合成氨工业水污染治理技术

2023-07-11景胜元山西省交通环境保护中心站有限公司

节能与环保 2023年6期

景胜元山西省交通环境保护中心站（有限公司）

1 合成氨工业主要工艺流程

生产合成氨主要有白煤和焦炭两种原料。先采用固定床间歇式制气法提取出半水煤气等原料，并将这些原料进行有效的保存密封，防止内部结构出现变化。采用水洗降温的方式将半水煤气进行长时间的储存后，利用罗茨风机设备对其进行加压，使用氨水液进行催化后，就能有效去除半水煤气中的硫化氢，之后在输送到压缩工艺段当中。压缩工艺段通常采用的是中变串低变工艺流程，该工艺需要在催化剂中的加持下，使半水煤气与产生出来的水蒸气发生化学反应，从而生成出二氧化碳以及氧气。在生成完气体后，需要采用合理工艺对生成的气体进行转换，之后分别输送到碳化工艺段以及脱氮工艺段当中。在脱氮工艺段中，气体在不断转换的过程中会与其他气体进行混合，然后输送到精炼工段脱硫塔当中。而在碳化工段中，生产的气体会与浓氨水发生吸收混合的效果，在不断吸收的过程中会产生大量的二氧化碳，之后产生出酸氢铵产品。将产生出来的酸氢铵产品经过固体脱硫的方式进行反复加压后，最终会输送到氨合成工段当中，从而制作出液氨产品。

2 合成氨工业污水排放主要特征分析

2.1 废水成分比较复杂

在对合成氨进行生产的过程中，不同工艺段所排放的废水有着很大不同。比如在脱硫工艺段中，排放污水主要以半水煤气洗涤水为主。该污水最大特点是表面温度较高，温度通常在60～80℃之间，并且含有大量的污染因子。包括氨氮、硫化物以及各种悬浮物等等。在经过不断合成以及精炼后，会产生出大量的废稀氨水，这种工业废水对于水源以及周围生态环境会造成更加严重的破坏。

2.2 水量较大

在合成氨生产中，不同工艺段所使用的设备有着明显不同，而且这些设备都需要进行换热，同时也需要使用一定量的冷却水，防止机械设备表面温度过高，从而造成机械设备的损坏。我国目前许多大型合成氨企业都完成了技术性的改革。通过对生产设备的不断已经创新，已经形成了较为完善的节水配套流程体系，对于水资源起到了很好的节约作用，同时污水排放量也进一步的缩小。但仍然还有许多中小型合成氨企业受资金技术的影响，在设备引用方面相对比较落后，使得配水排放量一直处于较高的状态。

2.3 排放点较多

合成氨内部大致可分为七个工序，且每个工序段都会产生大量的废水，使得整体水污染排放点较多。具体排放特征主要以表1所示。

表1 合成氨工业废水排放特征表

3 合成氨工业水污染治理技术分析

3.1 废稀氨水回收治理技术

3.1.1 工艺原理

废稀氨水大部分产生于合成氨工艺流段中的合成工段以及精炼工段。废稀氨水主要来源于合成工段等压吸收塔和精炼工段铜液再生氨回收塔当中，在合成工段中，由于整个合成过程会释放出大量的氮气，从而造成了一定程度上的空气污染。这些气体在进入等压吸收塔与软化水进行充分的接触后，气体中的氨会被吸收，生成稀氨水，从而造成一定程度上的水体污染。而精炼工段中，通过对铜液的有效应用，使得氨气含量会得到一定提升，从而产生一定量的二氧化碳废氨水。

3.1.2 改造手段

该回收技术可分为两种改造方法：一种脱炭技术改造；另一种是脱硫技术改造。在脱碳技术改造中，主要是对脱碳工段吸收塔以及相关仪器进行房改造，将气体中的二氧化碳含量进行不断降低，同时在精炼工艺段中进行调整，将高压氨洗塔设备进行清除，使得生产出来的废水大幅度降低，有效减少了废稀氨水的排放量。而在脱硫技术改造中，受传统技术方面的影响，很多合成氨企业采用氨水液相催化脱硫工艺，在不断吸收的过程中，生成出硫氢化氨等工业气体，在其他化学物质的作用影响下，硫氢化氨中的内部结构会发生一定改变，进而生成出一定量的氨水。从实际效果来看，该改造手法对于催化剂的使用程度较低，使得总生产成本得到进一步保障，而且会进一步降低氨废水的含量，减少了水污染的现象。

3.1.3 回收治理技术方法

对于废稀氨水回收治理主要采用了两种不同的技术手段，第一是对碳酸氢铵的回收处理，在对合成氨进行生产的过程中，需要将废水中的氮浓度进行提升，之后输送到碳化副塔进行吸收，将碳化尾气中的二氧化碳气体全部吸收干净。通过副塔泵设备进行输送后在进行清洗，使得溶解效果能够进一步提升。这种回收处理手段所产生出来的清洗效果也更加突出，在不断的加压后，产生出碳酸氢铵结晶产品，进行不断的循环使用。从实际效果来看，该回收处理技术能够进一步加强对废稀氨水的处理效率，同时由于产生出大量的碳酸氢钠产品，所创造的经济效益也更加客观。第二是对碳化母液进行回收处理。在合成氨生产的过程中，由于精炼工艺段会产生出一定量的废稀氨水，在高温低压的环境条件下，废稀氨水的稀释浓度会进一步提升，通过对氧气的注入，使得碳化程度能够得到进一步控制。生成出来的碳化母液输送到催化剂车间进行使用，或者可以输送到碳化工段进行回收利用。以某工业为例，该企业通过对碳化母液的回收处理，使得废稀氨水处理效果相比以往提升了50%，处理成本降低了20%，所创造的经济效益比以往提升了30%左右，取得了良好的经济效果。

3.2 综合污水治理技术分析

3.2.1 技术原理

在合成氨工业中，由于内部污水悬浮物以及氨氮的含量较高，使得生产的甲醛废水含量逐渐增多，为进一步创新对合成氨工业水污染的治理，可以采用CASS工艺方向进行治理。CASS工艺简称循环式活性污泥法，是SBR工艺中的一种新模式。并且在CASS工艺法中，通常会分成不同的反应区，包括生物选择器、缺氧区以及好氧区，并且反应区之间的比例有着很大差异。其中以生物选择器为主要反应区，将剩余的污泥直接会回流到选择器中，使得污水排放的稳定程度能够进一步提升。另外在生物选择器当中，还可以实现对可溶解性底物的清除，导致有机物的分解速度进一步加快。保证在不同环境温度下废水中的有机物被释放出来，从而达到良好的控制效果。

通常生物选择器是设置在容积区当中，由于水的停留时间相对较少，如果是在厌氧的环境条件下，很可能会导致生物选择器的作用性逐渐减少。因此在设置就生物选择器的过程中，需要根据活性污泥种群组成动力学的相关原理，提前设置相关的实验环境，为生物选择器效果发挥提供良好环境。经过长时间的研究可以看出，生物选择器的良好设置能够防止各种丝状菌的大量繁殖，使污水中污泥膨胀速度得到进步下降，从而使污水中的氮元素进行去除。

在缺氧区以及好氧区中，由于CASS生物选择器设置需要在曝气阶段进行，因此在运行的过程中，需要对供氧强度以及曝气池的溶解程度进行有效控制，使得CASS容积区周围有着良好的处理环境进行硝化，加强对溶解效率的控制。在反复控制的过程中，氧气的渗透传递效果会进一步遭受到限制，同时液体还会保持一定的硝酸盐浓度，从而更好的渗透在内部，完成整个硝化过程。或者可以通过污泥回流的方式，将硝酸盐氮放入到生物选择器后，沉淀污泥床中也会产生一定的反硝化作用。而在好氧区中，由于主要反应区在运行的过程中，曝气强度会得到进一步控制，使得内部主体溶液会一直保持良好的氧气状态，废水中的活性污泥会始终保持在一定的缺氧状态，使溶解效果遭受到一定限制。

3.2.2 技术优势

该回收处理技术由于对生物选择器进行了有效设置，使得污水中的溶解性得到进一步提升，反硝化效果得到加强，污水中的各种有害物质从而能够在高温环境条件下进行释放。由于该回收处理技术需要保持多池串联的状态运行，能够让各种废水保持一定的流动状态，在不同的工艺时段中保持较好的复杂状态，使得处理效果得到了进一步提升，有效防止了污水中污泥膨胀的现象发生。除此之外该回收处理技术在智能化特点方面较为突出，由于大部分设备需要通过中心控制室来进行控制，使得工作效率得到大大加强，同时也有效减少了工作人员的工作压力。并且对于占地面积的使用较低，有效减少了相关成本，提高了经济效益。

3.2.3 工艺方法确定

由于合成氨在生产过程中悬浮物含量较高，使得合成氨的氨氮含量始终保持在较高的水平。为了提高废水处理效果，可以采用自然沉淀以及CASS生物反应池的组合形式进行处理。将综合污水输送到沉淀池后，在由污水本等设备输送到CASSA池当中，在离心鼓风机作用的影响下，CASS池中的剩余污泥会进入到污泥浓缩池当中，在板框压滤机不断的过滤作用下，将污泥中的废氨水进行去除。

3.2.4 参数设计调整

具体调整内容包括：①反应池的设计计算。反应池作为综合污水处理工艺中的核心内容，是整个参数设计调整的关键。在反应池设计计算中，首先需要对池内的污水处理程度进行计算。②供氧量计算。在供氧量计算过程中，可以采用圆形平板可张微孔空气扩散器进行数据收集，将该仪器放入到反应池内部，将反应池温度调整到30℃左右，经过具体的计算后可以得出该空气扩散器出口处的绝对压力。