燃气制乙炔炭黑废水处理工艺



引言

我国目前天然气制乙炔厂仍然在运行过程中，而且一些新厂也在建设之中。天然气制乙炔过程会产生一定量的炭黑废水，给环境造成严重污染，因此有效解决炭黑废水的污染问题，并实现对其的有效应用具有非常重要的实际意义。

目前我国的天然气制乙炔厂针对天然气制作乙炔过程中所产生的炭黑，通常情况下采取的都是天然气助燃方法来实现焚烧处理，以此来避免炭黑废水污染，但是这种处理方法所需要的燃烧装置需要投资大量成本，而且天然气燃烧成本也较高，燃烧过程中还会让炭黑粉随着燃烧扩散到大气中，造成二次粉尘污染。

1 炭黑废水处理工艺流程

目前大多数天然气制乙炔厂在进行炭黑废水处理过程中主要有废水储存、配置和添加絮凝剂、炭黑分离、炭黑输送、炭黑泥脱水等几个环节[1]。

2 炭黑废水储存

乙炔裂解过程中所产生的炭黑废水在经过分离后直接进入沉降器，此时将沉降器进水阀打开，并关闭废水储槽进水阀，从而使得炭黑废水被直接输送到高效沉降器来完成分离过程，反冲洗过程中需要将炭黑废水在储槽内进行暂时储存，此时需要将炭黑废水储槽进水阀打开，并同时关闭高效沉降器进水阀。

当高效沉降器完成正洗和反洗两个过程之后，必须要将裂解过程中所产生的炭黑废水切换到高效沉降器内部进行处理，在这个过程中，通过输送泵就能够将储槽内储存的炭黑废水输送到高效沉降器进行处理，当储槽内部液位较低的时候关闭废水泵。整个处理过程中必须要充分保证储槽内部液位处在较低的位置，如果炭黑废水在处理过程中出现问题，可以将其在炭黑废水储槽中进行暂时保存。

3 配置和添加絮凝剂

3.1 配置絮凝剂

搅拌溶液箱是配置絮凝剂的主要设备，在正常处理过程中间隔12 小时必须要进行一次配药，在配药过程中通常情况下会配置两台搅拌溶液箱，其中一台作为备用。首先将适量的生产水以及絮凝剂加入到人工搅拌溶液当中，当液位达到一定程度后就可以停止进水，并将搅拌电机启动进行30 分钟自动搅拌，即可停止。在实际进行配药过程中会结合实际的实验状况来选择合理的配药浓度，通常情况下取经验配药质量分数为0.1%[2]。

如果搅拌溶液箱在配置过程中出现液位较低现象的时候可以立即切换到备用溶液箱，继续进行配药，絮凝剂计量泵的加药量可以充分结合混合器进口炭黑废水流量变化状况来进行合理调整，这样才能够有效提升炭黑分离效果。

3.2 加入絮凝剂

炭黑废水再输送到高效沉降器的过程中需要加入适量絮凝剂并进行充分混合，这样才能让分离效果达到最佳。针对加絮凝剂环节通常会使用混合三通和混合器，炭黑废水首先会在混合三通中实现与絮凝剂之间的初步混合，混合器呈现圆柱状，在混合性内部放置了鹅卵石，混合器的主要作用是让炭黑废水和絮凝剂在内部通过折流作用进行充分混合。

3.3 加药量与加药浓度的影响分析

3.3.1 炭黑废水加药量的影响

乙炔裂解过程中炭黑废水的产生量通常能够达到35m3/h，高效沉降器以及脱水装置在运行过程中通过加入适量絮凝剂来进一步提升炭黑的分离效果。通过对絮凝剂加入量以及加药浓度对分离效果的影响进行统计分析后可以知道：当絮凝剂质量分数达到0.1%的情况下，保证加药量与炭黑废水之间保持1:1000 的体积比，实际的沉降效果最佳。而如果使用固体絮凝剂来进行质量分数为0.1%絮凝剂的配置[3]，其实际分离效果要比成品液体药剂配置效果更加明显，但是通过固体絮凝剂进行配置的过程中存在固体药剂溶解难度大，容易出现结块、结团等现象，而且一旦发生结团很难再进行溶解，这样就非常容易导致设备以及管线上出现堵塞。因此在具体的配置过程中必须要保证药剂得到充分搅拌。

3.3.2 炭黑泥加药量的影响

高效沉降器在经过处理之后产生的炭黑泥将会在离心脱水集中进行脱水处理，在脱水处理之后需要进行脱泥处理，整个处理过程需要上其中加入质量分数为0.1%的絮凝剂。

4 炭黑分离

4.1 高效沉降器炭黑沉降

高效沉降器在运行过程中主要会经过混合、絮凝、沉淀、污泥浓缩、过滤等几个处理工序[4]。混合器主要设置在高效沉降器前，再加入絮凝剂的过程中需要利用计量泵来进行控制。经过混合器进行混合处理的炭黑废水最终进入到高效沉降器中，通过絮凝剂的作用使得颗粒直径较小的炭黑实现絮凝，最终形成粒度相对比较大而且尺寸也呈现出均一状态的矾花沉淀，最后再进行过滤处理，这样就能够将固液两相实现有效分离。经过沉淀分离后澄清水最终会经过上部滤层的过滤处理后产生合格水最终被输送到装置外，沉淀室的下部将炭黑泥进行浓缩处理后，最终排放到污泥池中。

4.2 高效沉降器正反洗操作

高效沉降器在经过一段时间的运行之后必须要进行滤料反洗，通常情况下将高效沉降器的反洗周期设置为12h，每个反洗过程持续10min 左右。在进行反洗处理的过程中冲洗工作压力通常设置在0.2～0.25MPa 之间，冲洗强度为4L/(m2·s)。在进行反冲洗之前首先需要充分保证集水坑内部的液位不能超过最低液位，而且加药计量泵处在停运状态。整个反洗过程中，系统运行过程中所产生的炭黑废水将会被切换到储槽内部进行暂时储存，当高效沉降器完成正反洗处理过程之后就可以投入运行，然后再将炭黑废水切换到高效沉降系统。为了能够进一步增强反冲洗效果，通常情况下会在进水管线下设置一个氮气接口，这样就能够让反冲洗效果更加明显。在废水出水管段通常会设置浊度计，当出水端的浊度达到30mg/L 的情况下，就需要进行反冲洗处理。反冲洗处理完成之后需要进行正洗，正洗时间通常设置在10min 左右，当正洗处理过程达到合格之后，高效沉降器就可以投入到运行状态。

5 炭黑泥的储存和输送

炭黑废水在与絮凝剂进行混合之后，经过高效沉降器混合、沉淀、过滤等处理之后实现固液两相的有效分离，分离处理产生的炭黑泥最终从系统上部进入污泥池中进行沉淀，而上部的澄清水则会通过溢流管进入到污水坑中。污水池通常情况下有两个，其中一个作为备用，其主要的作用是储存高效沉降器分离出来的炭黑泥，当炭黑泥在污泥池中的储存时间超过6h后必须要进行进一步的浓缩处理[5]。

污泥池内部液位当达到一定位置的时候，就可以将污泥提升螺旋泵打开，将底部的污泥输送到离心脱水机中进行脱水处理，当污泥池出现低液位现象后就可以停止螺旋泵运行，并将冲洗管路阀门打开进行冲洗处理，整个冲洗过程持续2min 左右。

6 炭黑泥脱水

炭黑污泥在经过浓缩处理后利用提升螺旋泵将其输送到离心脱水机中进行脱水处理，离心脱水机主要是通过高速旋转产生的离心力作用来实现污泥和水的分离。在脱水处理之前会利用计量泵来实现絮凝剂加入量的合理控制，经过脱水处理后的废液会最终排入到积水坑中，脱水处理后产生的炭黑泥通过螺旋输送泵最终输送到小车上向外运输，螺旋输送泵在完成炭黑泥的输送工作之后停止运转，与此同时还要将离心脱水机以及离心输送机、计量泵等停运，与此同时打开生产水来进行脱水机冲洗处理。

7 结语

综上所述，天然气裂解制乙炔过程会产生一定量的副产物炭黑，炭黑与污水混合排放后会对环境产生严重污染，因此必须要对其进行分离、沉降、脱水等处理过程，经过处理后就能够得到大量可实现回收利用的天然气炭黑产品。