一种磷酸二铵生产废气的治理方法

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摘 要：磷铵装置尾气循环洗涤水中含有大量磷铵悬浮物，当前没有一种絮凝剂能使洗涤水中悬浮物快速沉降，这使得尾气循环洗涤水得不到及时澄清，导致循环洗涤效果差，外排尾气中氨氮、粉尘含量偏高，造成资源浪费和环境污染。本文通过对氨氮循环洗涤水进行沉降研究，找到一种快速澄清氨氮洗涤水的方法，达到提高洗涤效果、改善环境、回收资源的目的。

关键词：磷铵尾气洗涤水；悬浮物；絮凝剂；澄清

磷酸二铵（DAP）是一种含氮、磷二种营养元素的二元高效复合肥，它被广泛用于农业生产。DAP的热稳定性较差，在70℃下失去一个氨分子而变成MAP，分解时的氨蒸汽分压很大，且将氨释放入大气中。传统法DAP的生产[1]，通常使用湿法磷酸与氨进行中和反应，该反应为放热反应，同时物料在干燥时受加热空气的影响，会产生一定量的氨气、粉尘和氟化物，这部分物质进入尾气，会给环境带来不良影响，同时也造成了资源浪费，其尾气排放执行表1标准[2]。

为使尾气达到环保要求，通常情况下需要用水对尾气进行多级洗涤，传统尾气洗涤流程如图1。

系统尾气来源于中和、造粒、干燥、冷却及除尘系统，尾气中粉尘含量通过前期旋风除尘后，仍有2000mg/nm3左右，氨氮含量在500～700mg/nm3，氟化物（以F-计）在300～500mg/nm3，正常情况下，尾气通过三级洗涤塔洗涤后，各污染指标能够达到排放要求，但受系统水平衡及资源回收要求，洗涤水需最大程度进行循环使用。以瓮福磷肥厂年产800kt/a磷酸二铵计，为确保系统不能产生氨氮废水，尾气洗涤水新鲜补充水量不能超过20t/h，尾气总量为400K m3/h，则循环洗涤水平均固含量为4%，由于受系统生产波动等各方面因素的影响，循环洗涤水固含量有时达到15%，受含固量影响，系统洗涤塔洗涤水喷头及PP球填料经常会发生堵塞现象，这导致洗涤水喷淋不均匀、在PP球内发生股流现象，洗涤水不能与尾气进行充分、高效接触，降低了尾气的洗涤效果，同时由于洗涤水pH的上升，也降低了氨气的洗涤效果。由于洗涤塔PP球的堵塞，需随时进行清理，影响了生产的稳定性，同时也使得外排尾气时常出现粉尘、氨气超标现象。

为有效提高尾气洗涤效果，在投资最省的情况下，最为简便、有效的方法便是降低循环洗涤水的固含量。循环洗涤水中含有大量氨氮，主要以磷酸二铵的形式存在，氨氮含量超过10000ppm，如此高浓度的氨氮洗涤水，短期内难以自然沉降，笔者对瓮福磷肥厂磷铵装置尾气洗涤水取样进行自然沉降观察，在1小时内几乎看不出明显变化，考虑装置现场空余场地较小的因素，只能找到使氨氮废水高效澄清的办法，才能实现减少循环洗涤水固含量的目的。

提高沉降效果最为明显的办法是添加絮凝剂，当前应用最为普遍和高效的絮凝剂便是聚丙烯酰胺（PAM）[3]，结构式为[-CH2-CH（CONH2）]n-，分子量超过100万，最高可达上千万。在进行絮凝沉降前，聚丙烯酰胺需进行水解，产生具有吸附、架桥等絮凝作用的酰胺基（-CONH2）、羧酸基团（-COOH）。

从水解方程式看出，聚丙烯酰胺水解会产生大量氨气，而DAP装置尾气洗水中含有大量氨氮物质，这些物质能否对絮凝效果产生影响、如何避免这一影响，是PAM能否快速沉降尾气洗涤水沉淀物的关键。对此，笔者通过大量实验，通过对洗涤水pH值和固含量的控制，找到了利用聚丙烯酰胺快速沉降DAP尾气循环洗涤水的方法。通过对瓮福磷肥厂DAP装置尾气洗涤系统的改造，实现了澄清洗涤水，提高尾气排放标准，回收资源的目的。

1 实验部分

1.1提高聚丙烯酰胺絮凝原理分析

聚丙烯酰胺水解时会释放出大量，而DAP装置尾气洗涤水中含有大量有利NH3，会阻止水解的正常进行，不能充分水解的聚丙烯酰胺高效的絮凝沉降效果便无法得到充分体现，这应是通常情况下聚丙烯酰胺不能絮凝高氨氮废水的主要原因。为减少洗涤水中NH3的量，必须将NH3变为离子状态下的NH4+，磷酸二铵主要原料为磷酸和液氨，偶尔加入硫酸进行指标调节，为改变洗涤水中NH3的存在状态，可加入磷酸或硫酸进行指标调节，然后加入PAM观察沉降效果，同时找出最佳pH沉降范围，以此达到提高沉降速度的目的。

1.2实验水指标

以瓮福磷肥厂磷酸二铵装置循环洗涤水为对象，找出聚丙烯酰胺絮凝沉降的最佳条件，具体水质指标见表2所示。

1.3实验方案

用1000ml烧杯盛取试验水800ml共计6杯，分别滴加P2O5含量为46%的浓磷酸，控制pH在值当范围内，然后加入浓度为1‰的PAM絮凝剂，观察沉降效果，具体数据如表3。

1.4实验总结

从表3中看出，当洗涤水pH值在4～7，加入PAM后出现明显的沉降现象，其中pH在5附件为最佳沉降点。此实验结果，论证了高浓度氨氮废水加入PAM絮凝剂进行沉降理论分析的正确性。为使pH调节具有更为广泛的操作性，我们将硫酸替代磷酸进行洗涤水pH的调控，发现投加PAM絮凝剂后沉降效果优于前者，分析为硫酸根的极性优于磷酸根所致，因此判定，通过调节循环洗涤水的pH值，提高加入PAM后沉降速度的思路是可行的。

2 工艺改造

根据现场空余位置的实际情况，瓮福磷肥厂DAP装置设计了一套沉降处理能力为200t/h的竖流沉降槽，为确保原有水平衡不被破坏，沉降槽底流回收水量控制在20t/h，则沉降槽产清水能力为180t/h，与原有20t/h的补水能力相比，现有补水能力提高了9倍，原有循环洗涤水固含量平均为5%，技改后循环洗涤水固含量降至6‰以下，极大地提高了洗涤效果，改造费用如下表4。改造后的澄清流程示意图如图2所示。

3 经济成本核算

尾气系统进行改造后，需消耗部分电能和PAM药剂，同时每班新增一名操作员；与未改前的工艺相比，技改后洗涤效果明显，尾气中粉尘、氨气含量均有大幅度下降，通过对下降物质的费用折算，与投入消费对比，判断技改后是否达到增收节支的目的，以年为单位，生产运行时间为300天计，分析数据如表5。

从技改前后相关数据看出，技改后，每年可从尾气回收的资源中捡回300余万元的经济损失，技改投入可在3个月内收回，同时获得可观的环保效益。

4 结论

本次研究主要针对高浓度氨氮废水的快速沉降方法，消除了PAM不能沉降高浓度氨氮废水的传统思维，结论如下：

（1）沉降效果与尾气洗涤水pH有关，需加入能与氨相结合的磷酸、硫酸等酸性物质进行调节，pH控制范围在4～7，最佳点在5左右。

（2）循环洗涤水pH降低后，提高了尾气中氨气的洗涤能力，同时由于固含量的下降，也增强了粉尘的洗涤效果。

参考文献

[1]王玉训，赵建勇.含硼磷酸二铵的生产工艺与控制[J].硫磷设计与粉体工程，2013（06）35-38.

[2]大气污染物综合排放标准GB16297-1996[S]，中国标准出版社.

[3]蒋秋静阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂在污泥脱水工艺中的应用研究[N]太原理工大学学报，2010，41（4）

作者简介：

周敏 年龄：45 性别：女 籍贯：贵州省黔西县 职称：高级经济师、化工工程师，四川大学化学工程学院在职研究生在读。工作单位：瓮福（集团）有限责任公司。