尿素生产废水处理工艺技术研究

发表时间:2018/9/17   来源:《基层建设》2018年第22期   作者:丁达建 张峰 王创业
[导读] 摘要:从二十世纪五十年代开始,我国陆续建设了近200套尿素生产装置,这些装置的建设为我国尿素产品由大量进口达到自给自足、支援农业生产做出了重大贡献。
        河南心连心化肥有限公司  河南新乡  453700
        摘要:从二十世纪五十年代开始,我国陆续建设了近200套尿素生产装置,这些装置的建设为我国尿素产品由大量进口达到自给自足、支援农业生产做出了重大贡献。由于装置的建设年代和所采用生产技术水平的差异,一些尿素生产企业对环境保护和资源综合利用意识还比较淡薄,致使目前大部分装置对生产过程中产生的尿素工艺废液未能彻底处理,出系统的废水不能满足全部回收利用的水质要求。文章重点就尿素生产废水处理工艺技术要点进行研究分析,以供参考。
        关键字:尿素生产;废水处理;工艺技术;研究
        引言
        尿素是含氮量最高的肥料,生成1mol尿素就会生成1mol的水,所产生的废水中含有大量的尿素及氨氮,这种水体若直接流入湖泊河流中,会导致其富营养化、藻类大量繁殖、水体富氧减少、鱼类死亡,破坏生态平衡,所以处理尿素废水势在必行。尿素废水的特点是水质、水量不稳定;氨氮含量高、可生化性差,冷凝液出水温度较高、造成热污染、直接威胁到水生生物的存在;污染物浓度高且物质组成复杂。
        1尿素工艺废液处理技术的特点
        尿素工艺废液主要是指在尿素装置的蒸发工段产生的工艺冷凝液和开停车检修设备时的清洗排放液等,工艺冷凝液中含有水、氨、二氧化碳、尿素和缩二脲。水的来源主要是液氨和二氧化碳合成尿素反应生成水、蒸汽喷射器的驱动蒸汽进入蒸发冷凝系统产生的水以及原料液氨和二氧化碳气带入系统的水。一般情况下,每生产1吨尿素就会产生380-530kg的工艺冷凝液,其质量分数组成大致为:尿素0.4%-2%,氨3.5%-5.5%,二氧化碳2%-3%,其余是水。停车检修设备时产生的少量清洗排放液中同样含有氨、二氧化碳、尿素和缩二脲等,这部分废液中各组分含量及排放量因各装置的生产情况不同而有所差异。通常情况下,工艺冷凝液和清洗排放液均先收集到装置内设置的氨水槽,然后送往工艺废液处理系统进行处理。对尿素工艺废液的处理方式主要是解吸和水解,解吸是将NH3和CO2从废液中逸出,水解是将废液中的尿素进一步转化为NH3和CO2。通过解吸和水解过程回收废液中的有效组分并返回尿素合成系统,再次作为生产尿素的原料。通过深度解吸和水解,离开处理系统的废水中氨和尿素含量能达到仅百万分之几,基本满足工业用水或锅炉给水的水质要求,从而实现尿素工艺废液的综合回收利用。采用的尿素生产技术不同,尿素装置中解吸和水解系统的配置也不同。
        2国内尿素装置工艺废液处理现状
        我国尿素工业经过几十年的发展,目前已形成大、中、小型尿素装置并存的格局。在27套大型尿素装置中,采用CO2气提法技术的有15套,氨气提技术的10套,ACES技术的2套。大型尿素装置基本上都配套了解吸和水解系统,以处理自身产生的工艺废液。在20世纪60到80年代建成投产的52家中型氮肥企业中,有44套尿素装置全部采用水溶液全循环法尿素工艺。80年代以后国内新上的十几套中型尿素装置,基本上都采用CO2气提法和NH3气提法尿素工艺。20世纪80到90年代,我国为了加快氮肥品种结构调整,增加高浓度氮肥产量,以专项贷款补贴的方式对一批小型化肥企业实施了碳铵改产尿素的改造工程,陆续建设了120多套小型尿素装置,其中仅有2套采用CO2气提法工艺,1套采用ACES法工艺,其余全部采用的是水溶液全循环法尿素工艺,还有不少企业采用水溶液全循环法尿素通用设计翻版,通过自筹资金另外建设小型尿素装置。在中小型尿素装置中,采用气提法工艺的配套有解吸水解系统,而采用水溶液全循环法工艺的仅设计有解吸系统,没有配套水解系统。从技术层面上讲,尿素工艺废液经过深度处理后是能够做到全部回收利用的。废液中的尿素、NH3和CO2在解吸和水解系统被精馏浓缩后重新返回尿素合成系统作为原料,剩余的废水中尿素和氨含量约为≤5×10-6,可以作为工业用水,甚至可以作为锅炉给水。

过去国家对尿素生产企业的原料实行计划价格供应,对尿素废水的排放指标要求也不高,很多企业把增加或运行深度水解系统回收尿素废液看作是得不偿失的事情,致使在尿素装置中配套有解吸和水解系统的生产企业对尿素工艺废液的处理仅限于满足环境保护门槛并不高的达标排放要求,而在尿素装置中没有设置水解系统的生产企业对增加该系统的积极性也不高。随着生产尿素的原料价格大幅度提高和水资源的日趋匮乏,尤其是国家加大了环境保护的力度之后,尿素生产企业逐渐认识到综合利用尿素废水的重要性。从20世纪90年代后期开始,一些大型尿素生产企业在对原有解吸和水解系统进行改造的同时,不断强化操作管理,严格控制处理指标,使尿素废水中尿素和氨含量维持在5×10-6以内,并返回到企业的工业水系统回收利用。一些采用水溶液全循环法尿素工艺的中小型企业,如盘锦中润化工有限公司、山东联盟化工股份有限公司、安徽凤台化肥厂、山东恒通化工股份有限公司、河南颍青化工有限公司等企业均增加了尿素深度水解系统,从而使尿素工艺废液的处理水平大幅度提高,        为这些企业由尿素废水达标排放过渡到全部回收利用创造了条件。目前国内尿素装置的工艺废液处理情况仍很不平衡,总体情况为:大型企业的处理水平较高,中小型企业相对较低;深度处理后全部回收利用的企业少,仅满足达标排放的企业多;还有100多套中小型尿素装置没有配套建设水解系统,无法达到对尿素废水的深度处理要求,一旦生产操作出现波动,达标排放就很难实现。因此,我国对尿素工艺废液综合回收利用的空间还很大,工作任重而道远。
        3尿素生产废水处理技术
        第一,热力学水解法。将尿素废水置于具有高温、高压条件的水解塔中,使得CO(NH2)2转化成NH3和CO2,然后进行回收,该技术能耗大、运行成本高,仅适用于超高尿素浓度的污水处理;第二,化学氧化法。通过电解或投加化学药剂下将尿素分解或使其从废水中分离的方法去除,其中电化学法能耗大;化学氧化法需要投入大量的人力、物力,而且产物很难控制;第三,脲酶水解法。虽然脲酶水解法处理效果好,但该技术还很不成熟,脲酶的分离、提纯、固定化方法等技术流程需要进一步研究,高昂的操作费用也限制了其在污水处理中的应用;第四,生物水解法。通过微生物的作用,将CO(NH2)2分解成NH3和CO2,以达到去除尿素的目的,生物法处理尿素废水,具有很好的处理效果,但在处理高浓度尿素时,欲将尿素态氮无害化,污水中需含有足够的有机物,否则因需投加大量的有机物以维持反应器的正常运行,而增加运行成本。
        4尿素生产废水处理工艺
        实验用水取某石化厂冷凝液出水,水质指标如下:尿素94-1550mg/L;氨氮0-1.5mg/L;COD1.1-36.5mg/L;pH值为7.3-8.6。两级曝气生物滤池处理废水,具体参数为:直径为150mm,垫层厚度为200mm,陶粒层高为2250mm,柱高为4200mm;处理水量为50L/h,废水从滤池底部进入、由滤池顶部出,采用穿孔管曝气,气水比为3:1,反冲洗时采用气水联合反冲洗,气水比为3:1。在最佳反应条件下,两级BAF对尿素的去除率均超过85%。该BAF工艺能够处理高浓度尿素废水,且去除效果稳定。
        结束语
        综上所述,与其它技术相比,生物分解法工艺简单,运行费用低,处理效果好,运行管理方便,采用两级BAF工艺去除尿素废水,对尿素的去除率分别为85%以上,取得了较好的去除效果。
        参考文献:
        [1]栗红霞,杨会芳,李俊利.硝化—反硝化工艺在合成氨、尿素生产废水处理中的应用[J].漯河职业技术学院学报,2009,8(02):5-6.
        [2]王昕红.化肥生产废水处理难题告破[N].中国化工报,2007-05-01(002).
        [3]李忠健,於敏琦.浅论吴泾化工总厂的废水治理[J].化工环保,1998(02):89-95.
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