合成氨工業水污染治理技術

景勝元 山西省交通環境保護中心站（有限公司）

1 合成氨工業主要工藝流程

生產合成氨主要有白煤和焦炭兩種原料。先采用固定床間歇式制氣法提取出半水煤氣等原料，并將這些原料進行有效的保存密封，防止內部結構出現變化。采用水洗降溫的方式將半水煤氣進行長時間的儲存后，利用羅茨風機設備對其進行加壓，使用氨水液進行催化后，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，使半水煤氣與產生出來的水蒸氣發生化學反應，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生成的氣體進行轉換，之后分別輸送到碳化工藝段以及脫氮工藝段當中。在脫氮工藝段中，氣體在不斷轉換的過程中會與其他氣體進行混合，然后輸送到精煉工段脫硫塔當中。而在碳化工段中，生產的氣體會與濃氨水發生吸收混合的效果，在不斷吸收的過程中會產生大量的二氧化碳，之后產生出酸氫銨產品。將產生出來的酸氫銨產品經過固體脫硫的方式進行反復加壓后，最終會輸送到氨合成工段當中，從而制作出液氨產品。

2 合成氨工業污水排放主要特征分析

2.1 廢水成分比較復雜

在對合成氨進行生產的過程中，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。在經過不斷合成以及精煉后，會產生出大量的廢稀氨水，這種工業廢水對于水源以及周圍生態環境會造成更加嚴重的破壞。

2.2 水量較大

在合成氨生產中，不同工藝段所使用的設備有著明顯不同，而且這些設備都需要進行換熱，同時也需要使用一定量的冷卻水，防止機械設備表面溫度過高，從而造成機械設備的損壞。我國目前許多大型合成氨企業都完成了技術性的改革。通過對生產設備的不斷已經創新，已經形成了較為完善的節水配套流程體系，對于水資源起到了很好的節約作用，同時污水排放量也進一步的縮小。但仍然還有許多中小型合成氨企業受資金技術的影響，在設備引用方面相對比較落后，使得配水排放量一直處于較高的狀態。

2.3 排放點較多

合成氨內部大致可分為七個工序，且每個工序段都會產生大量的廢水，使得整體水污染排放點較多。具體排放特征主要以表1所示。

表1 合成氨工業廢水排放特征表

3 合成氨工業水污染治理技術分析

3.1 廢稀氨水回收治理技術

3.1.1 工藝原理

廢稀氨水大部分產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中，在合成工段中，由于整個合成過程會釋放出大量的氮氣，從而造成了一定程度上的空氣污染。這些氣體在進入等壓吸收塔與軟化水進行充分的接觸后，氣體中的氨會被吸收，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，通過對銅液的有效應用，使得氨氣含量會得到一定提升，從而產生一定量的二氧化碳廢氨水。

3.1.2 改造手段

該回收技術可分為兩種改造方法：一種脫炭技術改造；另一種是脫硫技術改造。在脫碳技術改造中，主要是對脫碳工段吸收塔以及相關儀器進行房改造，將氣體中的二氧化碳含量進行不斷降低，同時在精煉工藝段中進行調整，將高壓氨洗塔設備進行清除，使得生產出來的廢水大幅度降低，有效減少了廢稀氨水的排放量。而在脫硫技術改造中，受傳統技術方面的影響，很多合成氨企業采用氨水液相催化脫硫工藝，在不斷吸收的過程中，生成出硫氫化氨等工業氣體，在其他化學物質的作用影響下，硫氫化氨中的內部結構會發生一定改變，進而生成出一定量的氨水。從實際效果來看，該改造手法對于催化劑的使用程度較低，使得總生產成本得到進一步保障，而且會進一步降低氨廢水的含量，減少了水污染的現象。

3.1.3 回收治理技術方法

對于廢稀氨水回收治理主要采用了兩種不同的技術手段，第一是對碳酸氫銨的回收處理，在對合成氨進行生產的過程中，需要將廢水中的氮濃度進行提升，之后輸送到碳化副塔進行吸收，將碳化尾氣中的二氧化碳氣體全部吸收干凈。通過副塔泵設備進行輸送后在進行清洗，使得溶解效果能夠進一步提升。這種回收處理手段所產生出來的清洗效果也更加突出，在不斷的加壓后，產生出碳酸氫銨結晶產品，進行不斷的循環使用。從實際效果來看，該回收處理技術能夠進一步加強對廢稀氨水的處理效率，同時由于產生出大量的碳酸氫鈉產品，所創造的經濟效益也更加客觀。第二是對碳化母液進行回收處理。在合成氨生產的過程中，由于精煉工藝段會產生出一定量的廢稀氨水，在高溫低壓的環境條件下，廢稀氨水的稀釋濃度會進一步提升，通過對氧氣的注入，使得碳化程度能夠得到進一步控制。生成出來的碳化母液輸送到催化劑車間進行使用，或者可以輸送到碳化工段進行回收利用。以某工業為例，該企業通過對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%，所創造的經濟效益比以往提升了30%左右，取得了良好的經濟效果。

3.2 綜合污水治理技術分析

3.2.1 技術原理

在合成氨工業中，由于內部污水懸浮物以及氨氮的含量較高，使得生產的甲醛廢水含量逐漸增多，為進一步創新對合成氨工業水污染的治理，可以采用CASS工藝方向進行治理。CASS工藝簡稱循環式活性污泥法，是SBR工藝中的一種新模式。并且在CASS工藝法中，通常會分成不同的反應區，包括生物選擇器、缺氧區以及好氧區，并且反應區之間的比例有著很大差異。其中以生物選擇器為主要反應區，將剩余的污泥直接會回流到選擇器中，使得污水排放的穩定程度能夠進一步提升。另外在生物選擇器當中，還可以實現對可溶解性底物的清除，導致有機物的分解速度進一步加快。保證在不同環境溫度下廢水中的有機物被釋放出來，從而達到良好的控制效果。

通常生物選擇器是設置在容積區當中，由于水的停留時間相對較少，如果是在厭氧的環境條件下，很可能會導致生物選擇器的作用性逐漸減少。因此在設置就生物選擇器的過程中，需要根據活性污泥種群組成動力學的相關原理，提前設置相關的實驗環境，為生物選擇器效果發揮提供良好環境。經過長時間的研究可以看出，生物選擇器的良好設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步下降，從而使污水中的氮元素進行去除。

在缺氧區以及好氧區中，由于CASS生物選擇器設置需要在曝氣階段進行，因此在運行的過程中，需要對供氧強度以及曝氣池的溶解程度進行有效控制，使得CASS容積區周圍有著良好的處理環境進行硝化，加強對溶解效率的控制。在反復控制的過程中，氧氣的滲透傳遞效果會進一步遭受到限制，同時液體還會保持一定的硝酸鹽濃度，從而更好的滲透在內部，完成整個硝化過程。或者可以通過污泥回流的方式，將硝酸鹽氮放入到生物選擇器后，沉淀污泥床中也會產生一定的反硝化作用。而在好氧區中，由于主要反應區在運行的過程中，曝氣強度會得到進一步控制，使得內部主體溶液會一直保持良好的氧氣狀態，廢水中的活性污泥會始終保持在一定的缺氧狀態，使溶解效果遭受到一定限制。

3.2.2 技術優勢

該回收處理技術由于對生物選擇器進行了有效設置，使得污水中的溶解性得到進一步提升，反硝化效果得到加強，污水中的各種有害物質從而能夠在高溫環境條件下進行釋放。由于該回收處理技術需要保持多池串聯的狀態運行，能夠讓各種廢水保持一定的流動狀態，在不同的工藝時段中保持較好的復雜狀態，使得處理效果得到了進一步提升，有效防止了污水中污泥膨脹的現象發生。除此之外該回收處理技術在智能化特點方面較為突出，由于大部分設備需要通過中心控制室來進行控制，使得工作效率得到大大加強，同時也有效減少了工作人員的工作壓力。并且對于占地面積的使用較低，有效減少了相關成本，提高了經濟效益。

3.2.3 工藝方法確定

由于合成氨在生產過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生物反應池的組合形式進行處理。將綜合污水輸送到沉淀池后，在由污水本等設備輸送到CASSA池當中，在離心鼓風機作用的影響下，CASS池中的剩余污泥會進入到污泥濃縮池當中，在板框壓濾機不斷的過濾作用下，將污泥中的廢氨水進行去除。

3.2.4 參數設計調整

具體調整內容包括：①反應池的設計計算。反應池作為綜合污水處理工藝中的核心內容，是整個參數設計調整的關鍵。在反應池設計計算中，首先需要對池內的污水處理程度進行計算。②供氧量計算。在供氧量計算過程中，可以采用圓形平板可張微孔空氣擴散器進行數據收集，將該儀器放入到反應池內部，將反應池溫度調整到30℃左右，經過具體的計算后可以得出該空氣擴散器出口處的絕對壓力。

4 結語

現階段我國合成氨工業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，需要進行不斷的創新研究，采用有效的處理方法，保證污水排放更加標準，使我國工業體系能夠可持續發展下去。