草甘膦廢水處理系統(tǒng)成套設(shè)備的開發(fā)研制

王鐵 趙慶立

摘要：本項目草甘膦廢水處理系統(tǒng)成套設(shè)備的開發(fā)研制成功將改變國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀，實現(xiàn)國內(nèi)首臺套，改造優(yōu)化廢水無害化處理系統(tǒng)，提高水的回用率，并且對國家環(huán)保節(jié)能具有重大意義。

關(guān)鍵詞：噴射混合器;氧化塔;再分布器;濕式催化氧化法;

一、背景和立項意義

草甘膦是一種廣譜除草劑，國內(nèi)主要采用甘氨酸法生產(chǎn)草甘膦。然而，根據(jù)植保和環(huán)保部門多年的調(diào)查和監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)10%草甘膦水劑會引起土壤板結(jié)，并引起嚴重的土壤和水體的污染。草甘膦廢水特點是難生化、濃度高、同時含有機物和無機物、可氧化性和生化性差，單純的通過蒸發(fā)結(jié)晶和生物降解難以處理該廢水，濕式催化氧化法處理技術(shù)的引入處理這一類廢水具有很好效果。濕式催化氧化法在國外已經(jīng)工業(yè)化且成效顯著，而在國內(nèi)卻僅止于研究階段，還不夠深入，相應(yīng)的配套處理設(shè)備的研發(fā)缺失，也給這一行業(yè)帶來非常大的阻力，制約著行業(yè)的發(fā)展。因此，本項目草甘膦廢水處理系統(tǒng)成套設(shè)備的開發(fā)研制成功將改變國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀，實現(xiàn)國內(nèi)首臺套，改造優(yōu)化廢水無害化處理系統(tǒng)，提高水的回用率，并且對國家環(huán)保節(jié)能具有重大意義。

二、主要內(nèi)容和原理

本項目主要有以下三個創(chuàng)新點：

第一：該系統(tǒng)的核心設(shè)備是氧化塔，將在原有的氧化塔廢水入口處擬增加噴射混合器（射流器），目的是使氧氣和高濃廢水更充分混合，反應(yīng)更均勻，提高廢水中COD的處理效率。同時避免由于介質(zhì)局部過度反應(yīng)，而加重對設(shè)備的局部腐蝕，降低設(shè)備的使用壽命。

第二：廢水與氧氣經(jīng)噴射混合器充分混合后，進入主反應(yīng)器氧化塔，為使氧化液分布均勻進一步充分反應(yīng)，均勻放熱，擬在原塔內(nèi)增加再分布器，使介質(zhì)再次重新分布，進一步提高廢水處理效率。

第三：廢水經(jīng)主反應(yīng)器氧化塔反應(yīng)完成后，生成的高溫氣相產(chǎn)物CO2、N2等和液相產(chǎn)物，排出后通入熱交換器繼續(xù)加熱原廢水。計劃在氧化塔出口和熱交換器之間增加一臺氣液分離器，分離后將液體通入熱交換器繼續(xù)加熱廢水，比原氣液混合物熱傳導(dǎo)效率更高，從而提高熱量利用率。

加工制造工藝方面：

本項目設(shè)計的氧化塔反應(yīng)器和原料預(yù)熱器工況條件比較苛刻，要求設(shè)備抗高溫、高壓、耐腐蝕。項目計劃主反應(yīng)器采用鈦鋼復(fù)合板結(jié)構(gòu)，基層采用碳鋼滿足強度要求。從材料采購、圖紙結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、鈦材焊接質(zhì)量和施焊環(huán)境五個方面進行控制，保證設(shè)備能夠安全穩(wěn)定運行。目的為滿足工況條件的同時減少能源損失，提高廢水處理效率。

工作原理：

濕式催化氧化法是將污水通過貯存罐由高壓泵打入熱交換器，與反應(yīng)后的高溫氧化液體換熱，使溫度上升到接近于反應(yīng)溫度后進入反應(yīng)器。反應(yīng)所需的氧由壓縮機打入反應(yīng)器。在反應(yīng)器內(nèi)，污水中的有機物與氧發(fā)生放熱反應(yīng)。在較高溫度下將污水中的有機物氧化成二氧化碳和水，或低級有機酸等中間產(chǎn)物。反應(yīng)后氣液混合物經(jīng)分離器分離，液相經(jīng)熱交換器預(yù)熱進料，回收熱能。高溫高壓的尾氣首先通過再沸器（如廢熱鍋爐）產(chǎn)生蒸汽或經(jīng)熱交換器預(yù)熱鍋爐進水。其冷凝水由第二分離器分離后通過循環(huán)泵再打入反應(yīng)器，分離后的高壓尾氣送入透平機產(chǎn)生機械能或電能。

三、國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢

濕式氧化（wo）技術(shù)主要來源于濕式空氣氧化（WAO）技術(shù)。它是由美國人F.J.Zimmermann在1958年提出來的，并且美國的Zimpm公司最早將其應(yīng)用于工業(yè)化，處理造紙黑液等有毒有害工業(yè)廢水。從80年代中期開始又開展了對催化濕式氧化（CWAO）和超臨界濕式氧化工藝（SWAO）的研究。到目前為止，國際上已成功地將WO技術(shù)應(yīng)用于城市廢水和丙烯腈、焦化、印染工業(yè)廢水及含酚、有機磷、有機硫化合物的農(nóng)藥廢水處理。據(jù)不完全統(tǒng)計，到1992年，僅Zimpro公司設(shè)計的WO工業(yè)裝置就有500多套，分布于世界160多個國家，其中用于廢水處理的裝置約占一半。而國內(nèi)從80年代才對WO進行研究，先后對造紙黑液、含硫廢水、含磷廢水、酚水、煤制氣廢水及農(nóng)藥廢水等進行了研究，但目前仍處于試驗研究階段，對工業(yè)裝置的研究數(shù)據(jù)更是寥寥無幾。

四、開發(fā)方案（研制內(nèi)容、解決的關(guān)鍵技術(shù)問題、方式、技術(shù)路線）

研制內(nèi)容：

我公司項目組將針對設(shè)備需在高溫高壓下進行反應(yīng)，并且介質(zhì)成分多樣復(fù)雜，腐蝕性大等難題，從設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝選擇與檢驗等幾方面進行分析與研究，以期形成一套科學(xué)、合理、可操作性強的水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新優(yōu)化方案。使研制的設(shè)備最終能達到降低設(shè)備成本，延長使用壽命，提高裝置的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低生產(chǎn)能源消耗的目的。

解決的主要關(guān)鍵技術(shù)問題：

（1）???? 噴射混合器結(jié)構(gòu)設(shè)計

保證氧氣在正確的反應(yīng)溫度下與廢水均勻混合是氧化塔的設(shè)計重點。原始設(shè)計結(jié)構(gòu)，管理維修困難，容易堵塞，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，混合不均勻，氧轉(zhuǎn)化率低，新結(jié)構(gòu)根據(jù)軟件模擬計算，擬確定混合器的結(jié)構(gòu)尺寸，理論能夠徹底避免上述問題。

傳統(tǒng)的曝氣設(shè)備氧的轉(zhuǎn)化率一般低于10%，擬采用射流形式的曝氣設(shè)備氧，理論上轉(zhuǎn)化率可達25%以上。在有廢水回流時，降低后級處理設(shè)施的負荷。期望該設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、管理維修簡便、安裝快捷、運行可靠、可隨時啟動或停止。

（2）???? 再分布器結(jié)構(gòu)的設(shè)計

廢水與氧氣經(jīng)過混合器混合后，為了在塔體內(nèi)更加充分反應(yīng)，設(shè)計在原有結(jié)構(gòu)中增加再分布器，使介質(zhì)在塔內(nèi)分布均勻，充分反應(yīng)，提高COD去除率，同時也降低因為反應(yīng)不均勻?qū)υO(shè)備造成局部腐蝕降低設(shè)備的使用壽命的風(fēng)險。

（3）???? 氣液分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計

廢水經(jīng)氧化塔反應(yīng)后，產(chǎn)生的高溫高壓的氣液混合物由氧化塔流進熱交換器繼續(xù)給廢水原液加熱，為了增加熱交換效率，減少熱量損失，擬在原有的氧化塔和熱交換器之間增加氣液分離裝置，利用重力沉降原理，使氣液分離，然后利用分離出的液體繼續(xù)給廢水原液加熱，因為液體傳熱效率遠高于氣液混合物，所以熱量利用更加充分，提高廢水處理系統(tǒng)的效率。

（4）???? 接管端部環(huán)形蓋板壓形工藝

為了保證鈦蓋板、襯板與設(shè)備緊密貼合，計劃制作專用成形胎具。

方式：自主研發(fā)

技術(shù)路線：

（1）???? 產(chǎn)品設(shè)計研究、工藝研究和關(guān)鍵工藝試驗;

（2）???? 產(chǎn)品試制;

（3）???? 樣機檢驗檢測;

（4）???? 模擬工況實驗，技術(shù)方案改進;

（5）???? 產(chǎn)品鑒定。

五、項目完成后達到的技術(shù)指標(biāo)、技術(shù)水平及采用標(biāo)準(zhǔn)情況

技術(shù)水平：

公司項目組將通過對水處理再生系統(tǒng)成套設(shè)備的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工制造工藝等方面進行研究與開發(fā)，來實現(xiàn)國產(chǎn)化生產(chǎn)。項目研制成功后會達到降低生產(chǎn)成本，節(jié)能環(huán)保，延長使用壽命，提高裝置的生產(chǎn)效率和質(zhì)量目標(biāo)。該設(shè)備以其獨特的功能性和產(chǎn)品制造技術(shù)將達到國際先進水平。

采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

NB/T47041-2014《塔式容器》;GB/T150.1～GB/150.4-2011《壓力容器》;TSG21-2016固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程。

六、國內(nèi)外同類產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)對比情況

國內(nèi)外同類產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)對比優(yōu)勢：

1、節(jié)能熱量利用率高;2、反應(yīng)充分設(shè)備壽命長;3、全封閉，無有害氣體外排;4、低能耗、低運行成本;5、COD去除效率高;6、沒有剩余廢水;7、占地面積小;8、產(chǎn)生的灰性質(zhì)穩(wěn)定，無浸出污染物;9、出水經(jīng)過濾后可直接回用。

七、社會效益情況

草甘膦廢水處理系統(tǒng)成套設(shè)備研發(fā)的設(shè)計過程中，項目組將節(jié)能和環(huán)保與實際相結(jié)合，積極響應(yīng)國家對于環(huán)保的號召，貫徹學(xué)習(xí)國家環(huán)保政策，執(zhí)行國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn);優(yōu)化和改進結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工制造工藝等方面，創(chuàng)新開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)。最終達到提高能源利用率，延長設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率和質(zhì)量的目標(biāo)。改造優(yōu)化廢水無害化處理系統(tǒng)，極大提高水的回用率，為國家環(huán)保節(jié)能事業(yè)做出貢獻。