造气循环水处理工艺研究

沈宏伟

(山西省化工设计院,山西 太原 030024)

合成氨造气工段产生的原料气有水煤气和半水煤气，它们温度很高并且含有大量的粉尘，后续工段不能直接使用，需要通过洗涤塔或洗气箱对此原料气进行降温和除尘。来自于洗涤塔或洗气箱的排水就称之为造气废水。造气废水的成分十分复杂，有悬浮物、氰化物、硫化物、氨氮、石油类等主要污染物。废水量也很大，生产一吨合成氨平均产生约80吨的废水[1]。如果直接排放不仅对环境造成极大的污染也会造成水资源的大量浪费。因此造气废水需要经过适当的处理后循环利用，这些循环利用的造气废水就称为造气循环水。

1 工艺流程介绍

造气系统用水主要为煤气洗涤、冷却、冲渣等，对水质要求不高。系统中最关键的一个是悬浮物含量要低，以防止堵塞洗涤塔的喷淋系统，另一个是水温要低，以提高洗涤冷却效果。因此，造气循环水处理的主要任务就是降低悬浮物含量和水温。

造气工段产生的废水水质根据原料不同而略有差异，但总体相差不大。某合成氨厂的造气废水水质和工艺对造气循环水水质要求见表1。

表1 造气废水及造气循环水水质要求

造气循环水水质要求是根据化工工艺条件和《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-2007)[2]规定确定的，由上表可以看出规范中对造气循环水水质只要求水温和悬浮物满足即可。要降低悬浮物浓度需要通过平流沉淀池先把固体大颗粒沉淀下来，以防堵塞后续设备，然后再经过一体化高浊度净水器进一步去除悬浮物，一体化高浊度净水器出水即可满足悬浮物要求，然后再通过冷却塔冷却使水温达到工艺要求。工艺流程示意图见图1。

下面就各工艺单元分别详细介绍：

(1)用水装置：指合成氨工艺系统中的洗涤塔或洗气箱。

(2)造气废水：指洗涤塔或洗气箱用来对原料气进行冷却、除尘后的排水。

(3)平流沉淀池：为了沉淀造气废水中的固体大颗粒物质而设置，为了增加沉淀效率，在设计中平流沉淀池设置时需要满足长宽比不小于4，长度和有效水深之比不小于8，池长不大于60m，沉淀时间2h。平流沉淀池沉淀下来的污泥用抓斗机抓往污泥浓缩池，上清液流向吸水池。

(4)吸水池：储存平流沉淀池的上清液，起到均衡水量和水质的作用，为一体化高浊度净水器提供持续稳定的进水条件。

(5)一体化高浊度净水器：此设备为定型设备，热水泵从吸水池吸水送往一体化高浊度净水器，在此设备内完成混凝、沉淀、过滤等工序。沉淀下来的污泥用管道送往污泥浓缩池，上清液以自流的方式流向冷却塔，需要注意一体化高浊度净水器和冷却塔的高差要满足冷却塔的进水压力要求。

(6)冷却塔：此设备为定型设备，在额定流量的条件下，保证出水温度满足工艺要求。

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(7)冷水池：储存冷却塔冷却下来的循环水，起到均衡水量和水质的作用，为用水装置提供持续稳定的进水条件。

(8)冷水泵：从冷水池吸水送往各用水装置，流量和压力要满足工艺要求。

(9)加药装置：为了增加一体化高浊度净水器的沉淀效果需要往设备里加一定的混凝剂和助凝剂，加药装置可以通过全自动控制方式定时定量的往设备里加注指定的药剂。

(10)污泥浓缩池：用于浓缩污泥的构筑物，具有竖流式或辐流式等形式，造气废水处理工艺中采用竖流式。在重力作用下通过自然沉降来降低污泥的含水率、减少污泥的体积，实现污泥减容。沉淀时间不宜小于12h。

(11)污泥堆场：暂时存放经污泥浓缩池沉淀后的污泥，达到一定的量后外运处理。

图1 工艺流程示意图

通过以上工序处理后造气污水即可达到造气循环水使用的标准，从而实现循环使用减少水资源浪费和环境污染。造气污水处理工艺平面布置图见图2。

图2 造气污水处理工艺平面布置图

2 一体化高浊度净水器简介

一体化高浊度净水器的工作原理是根据混凝动力学、空气动力学和水力学等原理，将混凝反应、斜管沉淀、过滤等工序巧妙地竖向排列结合为一体，并配有简单高效的专用管式混合器，实现了水力自动控制或程序控制的自动化程度高的优秀除浊设备。具有工艺流程合理、运行顺畅、便于操作、去污效率高、适应能力强、运行费用低等优点。此设备由 SF管式混合器、旋流反应室、悬浮澄清室、斜管沉淀室、过滤单元、排泥系统等组成。

(1)SF管式混合器：采用射流原理与反应室进水系统相结合，混凝剂和絮凝剂通过加药装置在这里和原水混合。混合器使混有药剂的原水产生微旋涡，起到搅拌的作用。使原水和药剂充分混合，然后把混合均匀的原水输送到反应工序。

(2)旋流反应室：利用水力旋流原理使混合水在反应室内旋流上升，因反应室为喇叭型，面积逐渐增大，所以流速会逐渐变小，有利于絮凝体不断增大，从而达到可自然沉降的程度[3]。

(3)悬浮澄清室：在旋流反应室和药剂充分混合的原水向上流入悬浮澄清室，在这里絮凝体相互结合形成悬浮层，像网一样对水中的悬浮物起到网捕、吸附、过滤的作用。并且可以吸附一定量的油类和有机物，使絮凝体不断增大，最后沉淀下来。

(4)斜管沉淀室：指在沉淀区内设有斜管的沉淀室，这是本设备中的二次沉淀设施。澄清室的出水向上进入斜管沉淀室，由于斜管沉淀室的沉降效果要优于悬浮澄清室，所以在此沉淀室可以把澄清室沉淀不下来的细小悬浮物沉淀下来。

(5)过滤：此设备采用轻质滤珠过滤法，轻质滤珠具有重量轻、比表面积大、孔隙率高、吸附能力强、滤料均匀、脱污能力强、使用寿命长等优点。

(6)排泥系统：在喇叭形反应室与设备外壳体之间形成了体积很大的泥斗，污泥进入泥斗后经过集泥管和自动排泥阀排出。因泥斗容积大，所以污泥沉淀时间长，排出的污泥含水率低[4]。

此设备各处理工序竖向排列，具有流程顺畅，结构简单，运行故障少，占地面积小，建设周期短等优点。而且出水口高可以直接进入冷却塔，可以省掉中间水泵，减少投资，在造气水处理中被广泛使用。

3 结论

通过以上处理工序，造气废水达到了工业和规范中规定的可循环使用标准，此工艺运行稳定、操作简单在造气循环水处理系统中可以广泛使用。造气废水处理后循环使用不仅保护了环境而且还节约了水资源，具有节能减排和可持续发展的重大意义。尤其是一体化高浊度净水器的应用，它独特的优点和构造方式可以为出水水质提供有效的保障。

[1] 王文富，相开阳．造气循环水改造小结．安徽化工，2008，34(zl)：46-47.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50050-2007，工业循环冷却水处理设计规范[S].北京：中国计划出版社，2007.

[3] 张凡军.造气循环水系统运行情况及改造建议[J].氮肥技术，2012，33(1)：38-40.

[4] 夏丁丁.循环水系统节能技术改造[J].盐业与化工，2104，43(1)：40-42.