造气废水处理中的冷却塔设计

李丽萍
上海化工设计院，上海　200032

　　摘要：造气废水含有多种对环境有害物质，排放温度高。本文论述了造气废水处理工艺中的一种冷却塔-横流式造气废水冷却塔设计，并介绍了其在造气废水处理中的工程实例。
　　关键词：造气废水；冷却塔；设计
　　中图分类号：X781，TＱ051.5
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009-2455（2000）06-0049-02

引言

　　化学工业在工业生产中既是用水大户，也是排水大户和污染大户，如何最大限度地提高水的重复利用率是值得每一个化工给排水工作者探讨的课题。冷却塔是化肥厂造气废水重复利用的一个关键设备，笔者试就造气废水处理中冷却塔的选择谈一些设计体会。

1　造气废水的来源及特点

　　化肥工艺中的造气工段产生的水煤气或半水煤气温度较高并含有粉尘，需经洗涤塔除尘、降温。洗涤塔的排水即称为造气废水。
　　造气废水由于气化原料不同，废水成分亦不同，废水成分亦不同。一般来说，造气废水水温较高，大多含有氰化物，硫化物等，好氧量高。
　　造气废水冷却塔的作用一是将50℃左右的废水降至33℃左右，以满足煤气洗涤要求。二应能去除从水中逸出的硫化物、氰化物及挥发酚，使之不在废水中积累，满足重复使用的要求。

2　造气废水冷却塔的选择

2.1　冷却塔的塔型
　　冷却塔按水及空气流向可分为逆流式和横流式。由于造气废水处理冷却塔在风机入口下设有尾气降解段，以去除水中的硫化物、氰化物、挥发酚等有机物，因此，笔者认为，造气废水冷却塔宜选用横流塔。如用逆流塔，则上部从尾气吸收降解段落下的带有生物膜的喷淋水，会与下部冷却段落下的造气废水一起进入塔底集水池，二种水流难以分开，这就会造成废水中生物粘泥量的增加，影响污水的沉降性能；而采用横流式冷却塔，可在塔底将水池分格，使喷淋水在水池中间格，造气废水运行在水池外围格，就可使这二种水流分开，避免因用逆流塔造成的水质不良因素。
2.2　冷却塔的填料
　　造气废水虽经沉淀后，依然有细小的悬浮物如灰份留在水中，经冷却塔冷却时易堵塞填料，长时间运行后甚至会将填料压垮。所以，造气废水冷却塔的填料必须使用填料片间距较大的、不易阻塞、且支撑刚度较大的填料，如格网点滴式填料，可有效防止造气废水中细小的粉煤灰对填料的阻塞，保证冷却塔的长期稳定运行。冷却塔的填料应避免选用水膜式填料，如蜂窝、重波、插波等填料。
2.3　冷却塔的结构
　　从结构上来说，由于造气废水循环水中含有腐蚀性有害物质，如H₂S、HCN，玻璃钢冷却塔多为钢结构支架，受水中H₂S、HCN等侵蚀，会缩短使用年限。塔的结构上，最好使用钢筋混凝土冷却塔。风机除满足风压、风量要求外，要考虑防腐。
2.4　带生物膜的水处理
　　造气废水冷却塔的尾气生物降解段的填料上，覆有生物膜，并需不断用水喷淋以保证生物膜的湿润和营养，以维持生物膜的良好工况。这部分喷淋水带有脱落的生物膜，喷淋后的水降落至塔底的喷淋水池内后，用喷淋水泵提升至全自动压力式过滤器过滤，去除了喷淋水中的脱落生物膜。过滤后的水由压力式过滤器送至造气废水冷却塔，再用于造气废水尾气的处理。压力式过滤器排污水送至全厂污水处理装置进行无害化深度处理。
2.5　冷却塔的计算
　　冷却塔计算应根据当地气象条件确定设计参数，本流程工程实例造气废水冷却塔的设计参数为：
　　进水水温　t 1＝50～55℃，
　　出水温度　t 2＝32～35℃，
　　补充水按循环水量3％～15％考虑。
　　冷却塔的阻力和热力计算可参考《给排水设计手册》第四册-工业给水处理（1986年版）的方法。因手册是按清水条件计算的，计算的冷却塔处理要乘以折扣系数作为冷却塔的实际处理量，一般可选折扣系数0.8～0.9。又因风机下部增加了尾气吸收生物降解。增加了通风阻力，使风机的实际风量减少，因此风机选型是亦以予以注意[1]。

3　工程实例

　　以下是某化工厂造气废水处理的工程实例，其废水是以焦碳为原料生产水煤气的工艺过程中产生的造气废水。
3.1　废水来源及水质
　　工艺生产及废水排放流程见图1。

　　在此造气过程，到洗涤塔的气体温度为160℃，与32℃的洗涤水进行直接换热，以达到除尘、降温的工艺要求。煤焦制气产生的灰份及有害物质洗涤至造气废水中，初水煤气从160℃温降至35℃，洗涤水温升至45℃。
　　造气废水的水质，洗涤塔对洗涤水的要求，国家对废水的排放标准见表1。

3.2　处理水量
　　工程处理水量为200 m³/h。
3.3　造气废水处理工艺流程
　　造气车间洗涤塔排放出的造气废水通过明沟重力流至平流式沉淀池，经热水池收集后，由加压泵加压送入造气废水冷却塔冷却，然后由冷水泵加压，送回造气车间重复利用。进入洗涤塔的洗涤水的主要作用是对从造气炉中产生的初水煤气进行降温及除尘，及降低初水煤气的温度及洗去其夹带的碳粒，对进水的水质要求并不高，低于环境排放要求，见表1。因此，造气废水只需经过沉淀池去除悬浮物，再经冷却塔降温，即可满足工艺使用要求，没有必要将造气废水处理至排放标准后，再送至造气车间重复使用，这样可以缩短流程，节省基建投资，降低处理单耗。
　　为加强沉淀效果，系统在进入沉淀池前增设加药装置；为改善循环水的水质，采用5％流量经全自动过滤装置过滤；系统排污、排泥送至全厂污水处理装置进行无害化深度处理。
3.4　处理后的水质
　　本工程实例造气废水冷却塔出水水质：COD_Cr约为50 mg/L，CN^-为0.03 mg/L，S^2-为0.009 mg/L，挥发酚为0.16 mg/L，造气废水冷却塔的逸出气不需处理。

4　结语

　　本工艺流程较为成熟，流程简单，操作方便，在煤焦造气废水工程实例中取得了较好的处理效果，起到了节水和保护环境的目的。但目前也存在着一些需要进一步探讨的课题，如对造气废水冷却塔来说，就需在如何提高生物降解段的尾气降解率，以减小逸出气的方向多作努力。目前出现了无风机、无填料的喷雾型冷却塔技术，是否能用于造气废水的处理?这些问题的解决能使造气废水处理的效果进一步提高。

参考文献：
　　[1]?方天翰，等.化工环境保护设计手册[M]?北京：化学工业出版社，1996

作者介绍：
李丽萍（1966-），女，工程师。