大、中型合成氨厂（以重油为原料）制氨污水的处理实例

1. 概述
   以重油为原料的大、中型合成氨厂排出的污水，主要是油气化车间排出的炭黑污水。虽经炭黑回收工段用石脑油回收了大量炭黑，污水中仍含有氰、氨、镍、炭黑、有机物，并含有钙化合物和炭黑悬浮物等。对这些污染物，应遵循分步处理，逐一削减的原则，确定经济合理的处理流程。
   首先，应除去污水中的炭黑、钙和部分镍，否则，在去除氰的过程中，会因结垢而堵塞设备。
   在高温、高pH值的条件下，投加碱反应，会使水中的钙、镍、镁离子分别生成碳酸钙、氢氧化镍、氢氧化镁。由于碳酸钙和碳酸镁的溶解度与温度成反比，在较高的温度下，其溶解度下降而大量沉淀下来。而氢氧化镍和氢氧化镁则呈絮状物，其表面具有较大的吸附
   能力，可以与碳酸钙、碳酸镁和炭黑吸附在一起，共同沉淀下来，从而保证了后续除氰、除氨过程的正常进行。
   由于污水量较少，除氰可采用加压水解法。含氰污水在高温时与碱反应，使氰化物发生水解，生成甲酸盐、金属氧化物或氢氧化物及氨。假如污水中的氰化物以镍氰铬盐为主体时，其反应式为：Na2Ni(CN)4+8H2O+2NaOH-加热→4NH3+Ni(OH)2+4HCOONa
   除氰的过程中，在加压水解反应器顶部的含氨废气及除氰后，经换热器降温后的污水尚含有挥发性氨，采用汽提法，使氨不断地从污水中挥发出来。从汽提塔顶部排出的含氨蒸汽，再经塔顶冷凝器冷却成氨水。
   对于污水中尚存留的镍和硫等污染物，采用投加混凝剂如硫酸铝、硫酸亚铁、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等，使其发生混凝沉淀反应，将污水中残留的镍、硫等污染物除去。
   对于污水中的有机物，则采用活性污泥生化处理的方法去除。污泥则可采用带式压榨过滤机进行脱水。
   目前国内一般采用的处理流程为：
   加碱沉淀除去钙、炭黑、镍→加压水解除去氰→气提法去除氨→化学沉淀除去镍→中和→生物化学降解除去有机物→排放。
   
2. 设计水量和水质
   年产30*10^4t/a的合成氨的大型合成氨厂，其产生的污水量为17-25m3/h；而年产6-12*10^4t/a的中型合成氨厂污水量约为6-12m3/h。
   合成氨厂炭黑污水水质情况见下图。
   
   
3. 污水处理流程
   污水处理流程见图6-26。
   经炭黑工段用石脑油回收了大部分炭黑、油的污水，首先进入机械反应沉淀池，将NaOH直接加入机械反应池与污水充分混合后进入沉淀池。经2-4h后，可除去污水中90%以上的炭黑和钙及80%以上的镍。随后进入除氰装置的污水槽，经污水泵压送至热交换器与加压水
   解反应器出水进行换热，升温后与蒸汽混合，进入加压水解反应器，在0.7-1.1MPa的压力和157-183℃的温度情况下，进行水解除氰反应。反应器出水经与进水换热后降至93℃左右，再经换热至108℃进入汽提塔除氨，直接用蒸汽加热，使氨在塔内逐层部分蒸发，部分冷凝。塔顶氨蒸汽在塔顶冷凝器中冷凝成15%的氨水，一部分氨水用回流泵送至汽提塔作回流液，其余氨水送至尿素装置回收利用。汽提脱氨塔底部污水经净化水冷却器冷却到40℃后进入污水池，由污水泵送至加速澄清池，加混凝剂聚合氯化铝进行混凝沉淀除镍。除镍后的水，经加稀H2SO4中和，将pH值调整至7-9后，进入转水井与全厂生活污水混合，送至鼓风曝气池进行生化处理，经二次沉淀池沉淀后，加氯杀菌消毒后外排。
   二次沉淀池产生的剩余活性污泥由污泥泵送到浓缩池，经浓缩后含水率97%左右的污泥经螺杆泵送至带式脱水机，挤压脱水后的干泥用翻斗车外运综合利用。
   
4. 工艺设计计算应注意的问题
   (1)平流沉淀池的主要设计参数
   ①沉淀池分格数不得少于两个，一般按同时工作设计；
   ②池的超高≥0.3m；
   ③沉淀时间2-4h；
   ④最大流速5-7mm/s；
   ⑤池的长宽比不小于4；
   ⑥设计的有效水深≤3m；
   ⑦池底纵坡采用多斗式，每斗设排泥管及排泥闸阀；
   ⑧污泥斗的侧壁与水平面的倾角不小于50°。
   (2)除氰反应器的主要设计参数
   可采用立式或卧式，以卧式除氰反应器为例：
   ①反应时间40-60min；
   ②反应压力0.8-1.1MPa；
   ③反应温度170-183℃；
   ④氰反应器压力等级为1.6MPa；
   卧式除氰反应器见图6-27。
   (3)除氨汽提塔主要设计参数
   目前多采用浮阀塔，见图6-28。
   ①塔板开孔Ф39mm(与国内标准浮阀V-1、F-1型相匹配)，按三角形排列；
   ②阀孔中心距取75-100mm；
   ③溢流堰高20-50mm，溢流管底距塔板20-25mm；
   ④塔板间距按塔径选择，见表。

   浮阀塔塔板间距选择

   塔直径D/m	0.3-0.5	0.8-1.6	1.6-2.0	2.4以上
   塔板间距/mm	200-300	350-400	400-500	600

   除氨汽提塔见图6-28。
   (4)中和池主要设计参数
   除氰、除氨后，污水的pH值为10-11，偏碱性，需加酸中和。
   ①中和时间一般采用45-120min；
   ②中和池数量不少于两格；
   ③池水深一般取1-2m；
   ④中和池可采用压缩空气搅拌，其中：
   空气供给强度 3-8L/(s·m2)；
   空气管流速 10-15m/s；
   孔眼直径 3-4mm；
   孔眼流速 20-30m/s；
   支管间距 400-500mm
   (5)污水生化处理主要设计参数
   以鼓风曝气池为例：
   ①鼓风曝气池为长方形，长宽比≥10；
   ②池宽与有效水深之比1-2，池深2-5m；
   ③鼓风曝气池超高为0.5m；
   ④池数不应少于2组，并按同时工作设计；
   ⑤空气扩散板面积可按池面积的6%-10%计算；
   ⑥污泥回流量≤设计污水量的50%；
   ⑦多孔管设在离池底0.1-0.2m处，管下部设直径为2.0-2.5mm的孔口，孔口向下与垂直线成45°角，交错排列。孔口间距100-150min；
   ⑧曝气强度≥2.3m3/(m2·"h)；
   ⑨营养组合比BOD5:N:P=100:5:1
   (6)污泥浓缩池主要设计参数
   以竖流式污泥浓缩池为例：
   ①由沉淀池和曝气池进入污泥浓缩池的污泥含水率为95%-99%；
   ②污泥浓缩时间采用10-24h，沉淀部分流速≤0.1mm/s；
   ③污泥室部分截锥体斜壁与水平面夹角不应小于50°。
   ④污泥室容积根据排泥方法和两次排泥间隔时间而定，当采用定期排泥时，两次排泥时间间隔一般为8-24h；
   ⑤污泥浓缩池按经浓缩分离出的污水量进行设计，而中心管则按污泥流量设计。
   
5. 原料及动力消耗定额及年耗量
   按上述处理流程统计的原料及动力消耗定额(按处理1t污水计)及年消耗量见表。

   污水处理原料及动力消耗

   	碱NaOH	硫酸/kg	混凝剂/kg	高分子混凝剂/kg	电(kW·h)	循环水/m3	生产一次耗水量/m3	蒸汽/t	压缩空气/m3
   每吨污水耗量	0.04-0.5	0.03-0.05	0.04	0.03	3-4.43	8-12	0.2-0.3	0.1	3-5
   年耗量	633679200	4752-7920	6336	4752	633600	1267200-1900800	31680-47520	15840	475200-782000

   每立方米污水可回收氨1-4kg。
   按上表消耗定额以目前普通价格计算，包括回收氨所节约的处理费用，处理每吨污水的运转费为0.5-3.5元/t。

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