王鼎 劉麗娜

摘要：榆林煤化科技有限公司的氨氮廢水處理裝置的采用空氣吹除、加硫酸吸收的閉氣汽提工藝，用以處理煤制甲醇生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氨氮廢水。本研究選擇Aspen Plus軟件與ELECNRTL活度系數(shù)法，對(duì)本公司氨氮廢水裝置進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)模擬。模擬結(jié)果表明：氨氮廢水的pH值、堿消耗量與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)值基本接近，說(shuō)明本試驗(yàn)選用的模擬軟件能夠準(zhǔn)確地反映出裝置的真實(shí)生產(chǎn)情況，有一定的參考價(jià)值。在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，進(jìn)入氨氮汽提塔的廢水pH值應(yīng)需要控制在11±0.2。當(dāng)進(jìn)入氨氮汽提塔廢水溫度值升高時(shí)，排出氨氮物的含量值會(huì)隨之降低。

關(guān)鍵詞：氨氮廢水;模擬;吹除;廢水處理

中圖分類號(hào)：TQ055文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）05-0101-04

榆林煤化科技有限公司的氨氮廢水處理裝置于2010年投入使用，處理量為120t/h。本裝置采用氣體吹除、酸吸收的汽提工藝，用以處理煤制甲醇生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氨氮廢水。本裝置開(kāi)車(chē)運(yùn)行后，大大降低了銨鹽用量，排水水質(zhì)達(dá)到了延長(zhǎng)石油集團(tuán)公司廢水處理初期的需求，響應(yīng)現(xiàn)代煤化工綠色、節(jié)能、環(huán)保的要求。為了深入了解裝置的真實(shí)運(yùn)行狀況和技術(shù)水平，本研究選擇Aspen Plus軟件，與ELECNRTL活度系數(shù)法，對(duì)氨氮廢水處理裝置進(jìn)行了工藝模擬，本研究結(jié)果將對(duì)后期運(yùn)行生產(chǎn)提供可靠的數(shù)據(jù)參考。

1工業(yè)裝置

1.1廢水水質(zhì)

氨氮廢水取自榆林煤化科技有限公司分子篩及全白土裝置的排水，氨氮化合物質(zhì)量濃度小于8000ug/g;，pH值為5.5～7.5，溫度控制在45℃。

1.2工藝流程

氨氮廢水與堿液一起混合后進(jìn)人廢水槽，采用蒸汽對(duì)氨氮廢水和堿液混合物進(jìn)行加熱至80℃，進(jìn)入氨氮汽提塔，進(jìn)入塔中的混合物與塔底進(jìn)人的循環(huán)空氣逆流交換，將廢水中的氨氣解析出來(lái)。氨氮被（解析）吹出的工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)下圖1。氨氮汽提塔的工作參數(shù)：溫度80℃，壓力0.004MPa，流量≤115t/h。

1.3吹除原理

吹除是采用空氣作為介質(zhì)對(duì)廢水進(jìn)行解析，利用氨氮化合物在廢水中的實(shí)際濃度與平衡濃度之間的差值，將氨氮化合物轉(zhuǎn)移至氣相而吹除。廢水中氨氮化合物大多以銨離子與氨的形式存在，平衡主要受pH值的影響。常溫常壓下，當(dāng)pH值在7左右時(shí)，氨氮化合物多以銨離子形式存在;當(dāng)pH值在11左右時(shí)，氨含量約占90%。說(shuō)明在堿性條件下：空氣與廢水接觸后，銨根離子轉(zhuǎn)化為為氨氣后吹出，這樣達(dá)到脫除氨氮目的。

2結(jié)果與討論

2.1選擇模擬方法

本研究選擇Aspen Plus軟件對(duì)實(shí)際生產(chǎn)工藝進(jìn)行模擬。從表1知：對(duì)廢水pH值與堿消耗量進(jìn)行軟件模擬得出的結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)測(cè)得實(shí)際數(shù)值基本相接近，說(shuō)明：本研究所選擇的模擬軟件較為合理。

2.2汽提塔物料平衡

從表2知，選擇進(jìn)汽提塔污水量為90t/h、廢水中氨氮化合物含量為7000ug/g進(jìn)行模擬計(jì)算，當(dāng)PH值大于11、壓力為常壓時(shí)、溫度為90℃、循環(huán)空氣量到達(dá)100000kg/h時(shí)，氨氮汽提塔排出水中的氨氮化合物含量為25ug/g，說(shuō)明能夠滿足污水處理廠的進(jìn)廠要求。

2.3塔填料選擇

對(duì)于氨氮汽提塔，塔內(nèi)填料的選擇非常重要，因?yàn)樗?nèi)填料的類型、性質(zhì)直接影響著汽提塔的性能及負(fù)荷。填料因子中：在特定的工藝下能夠真實(shí)的反映出汽提塔內(nèi)部填料流體力學(xué)性能的好壞，ψ值越小，液泛速率越高。填料空隙率ε：ε值越大，通量大;單位面積下填料層的壓力降低，塔內(nèi)總壓力降低，能量消耗就少。目前廠里氨氮汽提塔填料選用特勒花環(huán)（美速環(huán)保科技有限公司生產(chǎn)的填料）。本研究選擇不同填料進(jìn)行對(duì)比研究，目的是：選擇最佳的填料，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。從模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出：特勒花環(huán)填料的比表面積為99.5m²/m³，是模擬實(shí)驗(yàn)選擇中的最大值。填料因子中為34.5m，是模擬實(shí)驗(yàn)選擇中的最小值。本模擬研究表明：廠里目前選用的特勒花環(huán)填料是合理的。

2.4影響排水水質(zhì)的因素

（1）氨氮含量

日常生產(chǎn)過(guò)程中催化劑裝置是非連續(xù)性的，是采用間歇式運(yùn)行，所以排出的廢水流量和組成很不穩(wěn)定。圖1可知，汽提塔排水中氨氮化合物含量對(duì)排出水水質(zhì)的影響很大。當(dāng)排水氨氮化合物含量為14000ug/g時(shí)，汽提塔排水中氨氮化合物含量高于80ug/g，超出污水處理廠人廠要求。在日常運(yùn)行生產(chǎn)中，裝置廢水中氨氮化合物含量為2700～6000ug/g，說(shuō)明排水水質(zhì)能夠達(dá)到生產(chǎn)要求。

（2）循環(huán)氣

吸收塔的吸收性能決定了氨氮汽提塔的運(yùn)行狀況，循環(huán)氣中攜帶的氨氮化合物受酸堿性的影響很大，當(dāng)吸收塔的pH值變化較大時(shí)，氨氮化合物的含量也會(huì)隨之發(fā)生變化。從圖2可知，當(dāng)循環(huán)氣攜帶氨氮化合物含量上升時(shí)汽提塔排水氨氮化合物含量會(huì)隨之升高，當(dāng)循環(huán)氣氨氮化合物含量為60ug/g時(shí)，排水氨氮化合物過(guò)含量大于80ug/g，無(wú)法達(dá)到污水處理廠人廠要求。因此，循環(huán)氣攜帶的氨氮化合物含量應(yīng)該控制在60u/g以下。

（3）水溫

升溫有利于汽提，當(dāng)溫度升高時(shí)氨氮汽提塔中氨氮含量明顯降低，由圖3可知，進(jìn)入裝置的水溫度高于60℃時(shí)氨氮汽提塔中氨氮含量低于80ug/g，達(dá)到了人廠要求。冬天，為了提高氨氮?dú)怏w效果，降低蒸汽消耗，可將操作溫度控制在70℃左右。

（4）處理量

結(jié)合圖4可知，當(dāng)廢水中氨氮化合物含量為60t/h時(shí)，廢水處理量與氨氮汽提塔排水中氨氮化合物含量成正比，當(dāng)廢水量高于100t/h時(shí)，被處理的廢水將無(wú)法滿足處理廠人廠要求，因此日常運(yùn)行過(guò)程中需將廢水處理量控制為90t/h左右，基本達(dá)到人廠要求。

（5）PH值

pH值的調(diào)節(jié)選用NaOH溶液，調(diào)整完成后進(jìn)人氨氮汽提塔。由圖5知：當(dāng)pH值在6～9之間時(shí)，氨氮含量降低不是很明顯，說(shuō)明汽提效果不好。當(dāng)pH值在9～11之間時(shí)，氨氮含量降低幅度最大，說(shuō)明汽提效果最好。隨著廢水pH值的升高，塔底排出水中氨氮化合物含量降低;當(dāng)pH值為11～12時(shí)，排出水的水質(zhì)能夠達(dá)到進(jìn)入廢水處理廠人廠指標(biāo)，說(shuō)明實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中準(zhǔn)確控制NaOH溶液加入量是關(guān)鍵。在平時(shí)的生產(chǎn)過(guò)程中，進(jìn)入汽提塔的廢水的pH值應(yīng)控制在11±0.2;當(dāng)pH小于10.5時(shí)，排出水氨氮化合物太高不能達(dá)標(biāo);如果選擇pH大于12則對(duì)NaOH的消耗量太大，生產(chǎn)成本太高。

3結(jié)論

（1）本研究選用Aspen Plus軟件、ELECNRTL活度系數(shù)法，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)裝置實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬。模擬數(shù)據(jù)與生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)基本相符，說(shuō)明本研究選用的模擬軟件能夠真實(shí)準(zhǔn)確地反映出裝置的實(shí)際運(yùn)行狀況。

（2）模擬數(shù)據(jù)進(jìn)一步表明：應(yīng)該將進(jìn)入汽提塔的廢水pH值控制在11±0.2，廢水處理量控制為90t/h左右，循環(huán)氣氨氮化合物含量小于60ug/g，溫度選擇80℃左右，由于當(dāng)?shù)貧鉁氐淖兓^大，為了降低蒸汽消耗，冬季可將操作溫度控制在70℃左右，這樣可以節(jié)約蒸汽的消耗量，減少能源能耗，節(jié)約成本。