造氣循環水處理工藝研究

沈宏偉

(山西省化工設計院,山西 太原 030024)

合成氨造氣工段產生的原料氣有水煤氣和半水煤氣，它們溫度很高并且含有大量的粉塵，后續工段不能直接使用，需要通過洗滌塔或洗氣箱對此原料氣進行降溫和除塵。來自于洗滌塔或洗氣箱的排水就稱之為造氣廢水。造氣廢水的成分十分復雜，有懸浮物、氰化物、硫化物、氨氮、石油類等主要污染物。廢水量也很大，生產一噸合成氨平均產生約80噸的廢水[1]。如果直接排放不僅對環境造成極大的污染也會造成水資源的大量浪費。因此造氣廢水需要經過適當的處理后循環利用，這些循環利用的造氣廢水就稱為造氣循環水。

1 工藝流程介紹

造氣系統用水主要為煤氣洗滌、冷卻、沖渣等，對水質要求不高。系統中最關鍵的一個是懸浮物含量要低，以防止堵塞洗滌塔的噴淋系統，另一個是水溫要低，以提高洗滌冷卻效果。因此，造氣循環水處理的主要任務就是降低懸浮物含量和水溫。

造氣工段產生的廢水水質根據原料不同而略有差異，但總體相差不大。某合成氨廠的造氣廢水水質和工藝對造氣循環水水質要求見表1。

表1 造氣廢水及造氣循環水水質要求

造氣循環水水質要求是根據化工工藝條件和《工業循環冷卻水處理設計規范》(GB50050-2007)[2]規定確定的，由上表可以看出規范中對造氣循環水水質只要求水溫和懸浮物滿足即可。要降低懸浮物濃度需要通過平流沉淀池先把固體大顆粒沉淀下來，以防堵塞后續設備，然后再經過一體化高濁度凈水器進一步去除懸浮物，一體化高濁度凈水器出水即可滿足懸浮物要求，然后再通過冷卻塔冷卻使水溫達到工藝要求。工藝流程示意圖見圖1。

下面就各工藝單元分別詳細介紹：

(1)用水裝置：指合成氨工藝系統中的洗滌塔或洗氣箱。

(2)造氣廢水：指洗滌塔或洗氣箱用來對原料氣進行冷卻、除塵后的排水。

(3)平流沉淀池：為了沉淀造氣廢水中的固體大顆粒物質而設置，為了增加沉淀效率，在設計中平流沉淀池設置時需要滿足長寬比不小于4，長度和有效水深之比不小于8，池長不大于60m，沉淀時間2h。平流沉淀池沉淀下來的污泥用抓斗機抓往污泥濃縮池，上清液流向吸水池。

(4)吸水池：儲存平流沉淀池的上清液，起到均衡水量和水質的作用，為一體化高濁度凈水器提供持續穩定的進水條件。

(5)一體化高濁度凈水器：此設備為定型設備，熱水泵從吸水池吸水送往一體化高濁度凈水器，在此設備內完成混凝、沉淀、過濾等工序。沉淀下來的污泥用管道送往污泥濃縮池，上清液以自流的方式流向冷卻塔，需要注意一體化高濁度凈水器和冷卻塔的高差要滿足冷卻塔的進水壓力要求。

(6)冷卻塔：此設備為定型設備，在額定流量的條件下，保證出水溫度滿足工藝要求。

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(7)冷水池：儲存冷卻塔冷卻下來的循環水，起到均衡水量和水質的作用，為用水裝置提供持續穩定的進水條件。

(8)冷水泵：從冷水池吸水送往各用水裝置，流量和壓力要滿足工藝要求。

(9)加藥裝置：為了增加一體化高濁度凈水器的沉淀效果需要往設備里加一定的混凝劑和助凝劑，加藥裝置可以通過全自動控制方式定時定量的往設備里加注指定的藥劑。

(10)污泥濃縮池：用于濃縮污泥的構筑物，具有豎流式或輻流式等形式，造氣廢水處理工藝中采用豎流式。在重力作用下通過自然沉降來降低污泥的含水率、減少污泥的體積，實現污泥減容。沉淀時間不宜小于12h。

(11)污泥堆場：暫時存放經污泥濃縮池沉淀后的污泥，達到一定的量后外運處理。

圖1 工藝流程示意圖

通過以上工序處理后造氣污水即可達到造氣循環水使用的標準，從而實現循環使用減少水資源浪費和環境污染。造氣污水處理工藝平面布置圖見圖2。

圖2 造氣污水處理工藝平面布置圖

2 一體化高濁度凈水器簡介

一體化高濁度凈水器的工作原理是根據混凝動力學、空氣動力學和水力學等原理，將混凝反應、斜管沉淀、過濾等工序巧妙地豎向排列結合為一體，并配有簡單高效的專用管式混合器，實現了水力自動控制或程序控制的自動化程度高的優秀除濁設備。具有工藝流程合理、運行順暢、便于操作、去污效率高、適應能力強、運行費用低等優點。此設備由 SF管式混合器、旋流反應室、懸浮澄清室、斜管沉淀室、過濾單元、排泥系統等組成。

(1)SF管式混合器：采用射流原理與反應室進水系統相結合，混凝劑和絮凝劑通過加藥裝置在這里和原水混合。混合器使混有藥劑的原水產生微旋渦，起到攪拌的作用。使原水和藥劑充分混合，然后把混合均勻的原水輸送到反應工序。

(2)旋流反應室：利用水力旋流原理使混合水在反應室內旋流上升，因反應室為喇叭型，面積逐漸增大，所以流速會逐漸變小，有利于絮凝體不斷增大，從而達到可自然沉降的程度[3]。

(3)懸浮澄清室：在旋流反應室和藥劑充分混合的原水向上流入懸浮澄清室，在這里絮凝體相互結合形成懸浮層，像網一樣對水中的懸浮物起到網捕、吸附、過濾的作用。并且可以吸附一定量的油類和有機物，使絮凝體不斷增大，最后沉淀下來。

(4)斜管沉淀室：指在沉淀區內設有斜管的沉淀室，這是本設備中的二次沉淀設施。澄清室的出水向上進入斜管沉淀室，由于斜管沉淀室的沉降效果要優于懸浮澄清室，所以在此沉淀室可以把澄清室沉淀不下來的細小懸浮物沉淀下來。

(5)過濾：此設備采用輕質濾珠過濾法，輕質濾珠具有重量輕、比表面積大、孔隙率高、吸附能力強、濾料均勻、脫污能力強、使用壽命長等優點。

(6)排泥系統：在喇叭形反應室與設備外殼體之間形成了體積很大的泥斗，污泥進入泥斗后經過集泥管和自動排泥閥排出。因泥斗容積大，所以污泥沉淀時間長，排出的污泥含水率低[4]。

此設備各處理工序豎向排列，具有流程順暢，結構簡單，運行故障少，占地面積小，建設周期短等優點。而且出水口高可以直接進入冷卻塔，可以省掉中間水泵，減少投資，在造氣水處理中被廣泛使用。

3 結論

通過以上處理工序，造氣廢水達到了工業和規范中規定的可循環使用標準，此工藝運行穩定、操作簡單在造氣循環水處理系統中可以廣泛使用。造氣廢水處理后循環使用不僅保護了環境而且還節約了水資源，具有節能減排和可持續發展的重大意義。尤其是一體化高濁度凈水器的應用，它獨特的優點和構造方式可以為出水水質提供有效的保障。

[1] 王文富，相開陽．造氣循環水改造小結．安徽化工，2008，34(zl)：46-47.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50050-2007，工業循環冷卻水處理設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2007.

[3] 張凡軍.造氣循環水系統運行情況及改造建議[J].氮肥技術，2012，33(1)：38-40.

[4] 夏丁丁.循環水系統節能技術改造[J].鹽業與化工，2104，43(1)：40-42.