合成氨生产装置实现污水零排放工艺探讨

合成氨生产装置实现污水零排放工艺探讨

郝磊磊

榆林市榆阳区麻黄梁工业集中区 陕西榆林 719000

摘要：氮肥企业作为国家工业发展的一个大行业，其污染物负荷排在化工各行业前面，其中废水排放负荷位居化工行业之首。合成氨工业是耗能较高、污染物排放量较大的产业．当前能源供应紧张和环境容量不足已经成为制约其发展的重要因素。同时，合成氨工业为重点污染行业之一，是化工行业中主要排污大户，其废水排放量占全国废水排放量的10％左右，治理势在必行，这就是推广应用合成氨生产污水零排放技术从而实现合成氨生产污水零排放的意义所在。本文结合合成氨生产装置终端排水水质特点，阐述了浓盐水资源化利用的几种工艺路线。

关键词：污水排放；氮肥

目前我国水资源日益短缺，且随着氮肥行业的逐步发展，水资源的不断的被开采使原本就短缺的水资源更为稀缺，另外还存在着污染、利用效率低等浪费问题，使得地下水更加紧缺。因氮肥行业污水排放量大，且污染因子多，浓度高，成了治污的第一个难点，另外合成氨企业还有少量NH3-N外泄，更加会造成当地水系污染。随着国家越来越对环保的重视，各氮肥企业面临的首要任务是如何治理生产污水，减少排放量降从而低对环境和其它水资源的影响。

一、环水“零排放"方案设计思路

为解决某化肥公司生产用水和废水“零排放”问题．分析了生产中一次水使用和废水产生的实际情况．工业用水进行清洁生产的要求进行设计。以清洁生产、标本兼治为总原则，按照切断、减少污染物源为主．必排废水终端治理为辅。设计出具有可操作性的整套技改方案．最终实现循环水的闭路循环或达标排放．彻底解决化肥生产的水污染问题．

治理前循环水水质、污染状况，化肥公司循环水主要包括冷却循环水和造气冷却水。冷却循环水用于全厂各类换热设备．水质好。生产用量大．在凉水塔等处会发生汽水损失。总水量不断减少。需补充；造气冷却水用于造气洗涤塔、除尘塔等设备，它将半水煤气中的焦油、粉尘等洗涤下来并把煤气温度降下来。主要起洗尘和降温作用。造气冷却水中含有大量的煤焦油、煤灰、COD、悬浮物等。水质较差。公司半水煤气脱硫采用的是氨水液相催化法脱硫工艺。氨水吸收半水煤气中的硫化氢．同时利用对苯二酚等催化剂．将溶液中被吸收的硫化氢与氧反应生成单质硫后．从脱硫液中分离出来，脱硫液同时得以再生循环利用。

二、合成氨装置终端外排污水分析

合成氨生产装置污水来源，合成氨装置终端外排污水一般由两部分组成：一是中水回用后的浓盐水，即全厂各工段污水混合后经过终端污水处理站生化处理，降低、去除水中污染物质(氨氦、化学需氧量即COD、总氮等)，去中水回用系统。中水回用系统一般采取反渗透膜方法处理，中水回用反渗透淡水回收率约70％一75％，回用至循环水站或者脱盐水站作为补充水，需要外排的25％一30％的浓盐水，含盐量(以下用TDS表示)相对较高，通常在3000—6 000mg／L之间。二是脱盐水站中和池排放的浓盐水。脱盐水站浓盐水为离子交换再生废水或者反渗透浓盐水，TDS通常在8000—11 000mg／L之间。这两股高盐量的污水直接排入水体会导致收纳水体富营养化，抑制生物生长，造成水体二次污染。某合成氨企业的终端外排浓水水质情况，排污水中主要含有氯化钠、硫酸钠等可溶性盐和硅酸钙、硅酸镁等不溶性盐两种盐份。

三、浓盐水处理技术

浓盐水处理实际上就是将浓水中的盐份以结晶盐的形式析出，水以蒸汽冷凝液回收利用的处理过程。大量的浓盐水若直接进行蒸发结晶，水量太大导致投资高，能耗过大，所以必须采用浓缩工艺将浓盐水进一步提浓。膜浓缩技术是一种新型的高效分离、净化及浓盐水提浓技术，其分离提浓过程无相变，能耗低、工艺简单、自动化程度高，在处理浓盐水技术中得到了广泛应用。膜浓缩技术分为软化预处理和膜浓缩两个过程。

1、浓盐水软化预处理。软化预处理即通过投加药剂液碱、镁剂、絮凝剂使水中的钙镁离子、硅等结垢物质通过化学沉淀、絮凝以去除，使水中硬度由3 270mg／L下降到70mg／L以下，去除率达到98％，然后再利用离子交换法最大限度的去除钙镁离子、硅等结垢物质。

2、浓盐水膜浓缩技术。对浓盐水进行膜浓缩提浓处理，可分离出淡水和高盐废水。其淡水回收率可以达到70％以上，浊度可以达到循环水的进水标准，而高盐废水中TDS可以达到60 000mg／L以上。目前常见的浓盐水膜浓缩技术有HERO、DTRO、ED等，其技术特点如下。

（1）高效反渗透一HERO。在高效反渗透工艺中，经过预处理后的软化水加氢氧化钠将pH值调至9一lo，然后进入反渗透膜装置。HERO工艺的特点如下。

反渗透膜的防垢是通过软化预处理达到的，并非普通反渗透的加阻垢剂来实现，更加绿色环保。

高pH值运行，硅的溶解度大大增强，不会产生硅垢，产水率可提高至90％以上；高pH值运行，抑制微生物生长，有机物被皂化或溶解，不会发生粘附，减少化学清洗次数，可延长膜的使用寿命。

（2）碟管式反渗透一DTRO。DTRO是反渗透的一种，利用较高压力使水分子透过反渗透膜，把污染物包括氨氮等大于lnm的分子截留，其核心技术在于碟管式反渗透膜的独特结构形式，使得反渗透膜直接处理高盐水成为可能，是一种稳定可靠的高盐水处理技术。经过预处理后的软化水通过两级反渗透进行初级浓缩，TDS达到35 000mg／L以上，高含盐量的浓水进入DTRO膜组件，出口浓水含盐量可达到70 000mg／L以上。DTRO系统特点如下。

预处理简单，适应性强。独特的流体力学设计，适合处理高浑浊高含砂系数的废水，进水SDI可以达到20。

工艺稳定性强，模块化设计，易于维护检修，其内部各个部件都允许单独更换，易于清洗且占地面积小。膜组件通道宽，流程短，可耐受高压，不易沉降污染物，不易发生污堵现象。

操作压力较高，一般为5．0～7．5MPa，特殊情况还可以达到15MPa甚至是20MPa，较高的操作压力使得系统在获得较高浓缩液的同时也相应的带来了较高的能耗。

（3）电渗析一ED。电渗析是一种利用直流电场和选择性离子交换膜将电解质组分从溶液中分离的方法。选择性离子交换膜分为阳膜和阴膜，阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过。在直流电场的作用下，电位差作为其推动力，利用选择性透过膜的特性，把电解质即盐份从溶液中分离出来，从而实现溶液的淡化或浓缩。在两电极中间依次排列的阳膜和阴膜分成若干小水室，由于阴阳选择性透过膜的作用，又形成若干淡水室和浓水室，淡水回用，浓水进入后续工段。ED特点如下。存在离子的浓差扩散，由于浓水室和淡水室中的溶液存在浓度差，会有少量离子由浓水室向淡水室扩散迁移，从而降低渗析效率。预处理相对简单，并且不受压力影响，常压下即可实现浓盐水的浓缩和淡化。在设备的水流通道和空隙中产生堵塞现象，水流阻力的不均匀改变也会使浓水室和淡水室中的水压不相等，严重时会使膜面破裂。电量消耗大，选择性透过膜容易被细菌污染。

（4）膜浓缩工艺对比与选择，膜浓缩技术对比如表所示。

对比三种膜浓缩工艺，高效反渗透即HERO由于投资低、运行成本低、能耗低更适合用于合成氨生产装置的浓水提浓。HERO通过高pH值而非加阻垢剂彻底解决反渗透膜的污堵问题，更加环保，运行成本更低。

合成氨生产装置污水实现零排放，投资大、运行成本高。欲节约成本必须从源头着手，减少各个工段的排水量，同时提高膜浓缩单元的回收率，降低进入蒸发结晶单元的浓盐水水量，进而降低能耗，减少投资。

参考文献：

[1] 甘萍．浅析我国水资源污染状况及处理技术[J]．江西化工，2019(4)：82．83

[2] 雷玉桃．论我国流域水资源管理的现状与发展趋势[J]．生态经济，2018(6)：86．89

[3] 张兴民．浅议氮肥企业污水零排放治理技术[J]．化肥设计，2017，(4)：38～41

[4] 张献军．氮肥生产污水零排放工程总结，氮肥技术．2017，29(5)：21．23