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水煤漿氣化污水COD值測(cè)定中干擾因素的排除

2018-06-20 08:06:28
中氮肥 2018年3期
關(guān)鍵詞:蠕動(dòng)泵指示燈氯離子

楊 松

(中海石油華鶴煤化有限公司,黑龍江鶴崗 154100)

0 引 言

中海石油華鶴煤化有限公司 “30·52”尿素項(xiàng)目以煤為原材料,采用德士古水煤漿氣化工藝[1]生產(chǎn)氨合成氣。煤漿與空分裝置來的高純氧氣在一定條件下進(jìn)行部分氧化反應(yīng)生成粗煤氣,粗煤氣經(jīng)文丘里洗滌器和洗滌塔二級(jí)洗滌除塵后,依次經(jīng)凈化、氨合成、尿素、大顆粒造粒工序,最終生成大顆粒尿素。氣化系統(tǒng)污水主要有:低壓灰水,粗煤氣洗滌、冷凝、分餾以及渣水處理產(chǎn)生的渣水。這些污水污染物濃度高、懸浮顆粒物多、成分復(fù)雜、COD高,排至污水處理裝置綜合調(diào)節(jié)池 (地下約8m深水池)處理。自2015年5月份裝置開車到2017年6月份2a多的時(shí)間里,由于污水抽取量小、取樣管線及儀器內(nèi)部閥門易堵塞、氯離子的干擾,氣化污水COD含量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一直不準(zhǔn)確,無法滿足工藝生產(chǎn)的要求,對(duì)裝置的運(yùn)行及中水外排水的監(jiān)測(cè)產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。

1 COD在線分析儀的工作原理

公司所用的COD在線分析儀的測(cè)量原理為:以生成有色化合物的顯色反應(yīng)為基礎(chǔ),在特定波長(zhǎng)下通過測(cè)量有色物質(zhì)溶液顏色深度,即測(cè)定被測(cè)物質(zhì)的吸光度以確定待測(cè)組分的含量。具體檢測(cè)過程如下:樣品經(jīng)過濾后被泵入消解管中,然后添加重鉻酸鉀、硫酸銀、硫酸及硫酸汞,并加熱至175℃,待完全消解后,溶液顏色變?yōu)榫G色,用COD在線分析儀在波長(zhǎng)592nm紫外光條件下測(cè)定溶液的吸光度,并關(guān)聯(lián)生成綠色物質(zhì)的COD值,再依據(jù)存儲(chǔ)在分析儀里的校正因數(shù)計(jì)算出樣品的濃度[2-3]。檢測(cè)過程中試劑的添加量由儀器內(nèi)部程序控制相應(yīng)閥門動(dòng)作的時(shí)間予以控制。

2 污水抽取量小及管線、儀器內(nèi)部閥門易堵塞干擾因素的排除——?dú)饣鬯宇A(yù)處理系統(tǒng)

公司氣化污水排至污水綜合調(diào)節(jié)池后,由于蠕動(dòng)泵安裝在水平地面上直接抽取污水綜合調(diào)節(jié)池中的水樣,一方面抽取水量很小,不能保證測(cè)量水樣的完全置換;另一方面,由于水樣中懸浮物多、濁度較高,還經(jīng)常導(dǎo)致COD在線分析儀取樣管線及儀器內(nèi)部閥門堵塞,無法正常進(jìn)行測(cè)量。經(jīng)研究,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工藝條件,公司決定重新設(shè)計(jì)1套氣化污水取樣預(yù)處理系統(tǒng)。

2.1 預(yù)處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

氣化污水取樣預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程如圖1。采用角鋼固定、搭建取樣平臺(tái)的方式將蠕動(dòng)泵固定在池下5m深平臺(tái)上,蠕動(dòng)泵抽取的水樣過濾后經(jīng)管線輸送至水箱,水箱中一部分水樣直接流回綜合調(diào)節(jié)池池底,一部分水樣經(jīng)過COD在線分析儀測(cè)量后排回綜合調(diào)節(jié)池池底[4-5];同時(shí),增加一系列的清洗裝置,保證取樣管線的暢通;并在水箱排水管線上增加一手動(dòng)分析取樣箱,可使在線分析與手動(dòng)離線分析同步進(jìn)行,以利于檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比,增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠性。

圖1 氣化污水取樣預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程示意圖

2.2 預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)備選型說明

(1)蠕動(dòng)泵:裝置運(yùn)行初期所用蠕動(dòng)泵揚(yáng)程為8m,且安裝在水平地面上,抽取效果不好,后將蠕動(dòng)泵安裝在池內(nèi)水平面下5m深的取樣平臺(tái)上,達(dá)到了較好的抽取效果 (因潛水泵放入池底日后維護(hù)不便,故不建議使用潛水泵)。

(2)一級(jí)過濾裝置:在蠕動(dòng)泵進(jìn)口前增加一道濾孔較大的不銹鋼絲網(wǎng),以濾除水中的較大顆粒、懸浮物及煤渣等,防止堵塞后系統(tǒng)取樣管線。

(3)控制系統(tǒng):選用西門子S7-300PLC控制系統(tǒng),安裝于配電箱中,組態(tài)其內(nèi)部程序來控制電磁閥和泵的開關(guān)動(dòng)作,以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

(4)電磁閥:由于水樣經(jīng)過了一級(jí)過濾,從經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的角度考慮,選擇普通的二位二通電磁閥。

(5)管線:水樣中腐蝕性物質(zhì)含量不是很高,因此預(yù)處理系統(tǒng)的管線選擇PVC管,以便拆卸和日后維護(hù)。

(6)水箱:水箱由公司自行加工,規(guī)格為450mm×550mm×1000mm,材質(zhì)為不銹鋼。

(7)二級(jí)過濾裝置:二級(jí)過濾裝置為在大過濾罐中添加石英砂的過濾裝置 (安裝在取樣水箱前),可有效地除去水中的懸浮物及顆粒,并對(duì)鐵銹、膠體、細(xì)菌等污染物有去除作用。

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)序

通過在PLC中編制相應(yīng)程序來控制各電磁閥動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)水路的正常上水、沖洗等功能[6];另外,配電箱面板上也可以單獨(dú)進(jìn)行監(jiān)測(cè)儀表開關(guān)、泵開關(guān)、管線清洗、過濾裝置清洗[7]等手動(dòng)操作。

2.3.1 正常取樣的步序

如圖 1所示,正常取樣時(shí),SV1、SV2、SV4、SV6處于開啟狀態(tài),SV3、SV5、SV7、SV8、SV9處于關(guān)閉狀態(tài),30s后,蠕動(dòng)泵DP1啟動(dòng),將水樣抽取至水箱,沉淀水中的懸浮物后,水箱中下層水樣流回管線實(shí)現(xiàn)快速循環(huán),上層水樣則經(jīng)管線至COD在線分析儀中進(jìn)行檢測(cè)。

2.3.2 定時(shí)清洗排水管線和過濾裝置的步序

清洗過濾裝置:打開 SV5、SV7、SV9,關(guān)閉 SV1、SV2、SV3、SV4、SV6、SV8,用脫鹽水對(duì)二級(jí)過濾裝置進(jìn)行沖洗,持續(xù)5min。

儀表空氣沖洗過濾裝置:打開 SV5、SV7、SV8,關(guān)閉 SV1、SV2、SV3、SV4、SV6、SV9,接入儀表風(fēng)對(duì)過濾網(wǎng)進(jìn)行吹掃,持續(xù)3min。

清洗上水取樣管線:打開SV1、SV3、SV9,關(guān)閉 SV2、SV4、SV5、SV6、SV7、SV8,用脫鹽水對(duì)上水取樣管線及一級(jí)過濾裝置進(jìn)行沖洗,持續(xù)5min。

空氣沖洗上水管線:打開 SV1、SV3、SV8,關(guān)閉 SV2、SV4、SV5、SV6、SV7、SV9,接入儀表風(fēng)對(duì)上水管線及一級(jí)過濾裝置進(jìn)行吹掃,持續(xù)3min。

水沖洗排水管線:打開 SV3、SV4、SV9,關(guān)閉 SV1、SV2、SV5、SV6、SV7、SV8,用脫鹽水對(duì)排水管線沖洗,持續(xù)3min。

空氣沖洗排水管線:打開SV3、SV4、SV8,關(guān)閉 SV1、SV2、SV5、SV6、SV7、SV9,接入儀表風(fēng)對(duì)排水管線進(jìn)行吹掃,持續(xù)3min。

2.4 操作規(guī)程

(1)按下自動(dòng)/手動(dòng)自鎖按鈕,指示燈亮,系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài),每天06:00開始清洗;自動(dòng)狀態(tài)下,其他按鈕均無效;每個(gè)電磁閥的指示燈指示閥的工作狀態(tài),清洗狀態(tài)時(shí),蠕動(dòng)泵一直處于關(guān)閉狀態(tài)。

(2)再次按下自動(dòng)/手動(dòng)自鎖按鈕,按鈕彈起,指示燈滅,系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)控制狀態(tài);手動(dòng)狀態(tài)下,其他按鈕可單獨(dú)動(dòng)作,每個(gè)電磁閥的開關(guān)狀態(tài)相互自鎖,例如閥1開和閥1關(guān)每次只能有一個(gè)動(dòng)作有效。

(3)取樣按鈕為自鎖按鈕,按下時(shí),指示燈亮,系統(tǒng)執(zhí)行取樣流程;再按下,指示燈滅,取樣停止。

(4)清洗按鈕為非自鎖按鈕,按一下指示燈亮,執(zhí)行清洗流程,清洗完畢后指示燈自動(dòng)熄滅;若欲強(qiáng)制中斷,需切換為其他狀態(tài),如執(zhí)行自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

(5)閥按鈕為非自鎖按鈕,可根據(jù)實(shí)際需求選擇閥的開、關(guān)狀態(tài),每個(gè)閥的開、關(guān)狀態(tài)相互自鎖 (如:按下閥1開時(shí),閥1開指示燈亮,閥1關(guān)指示燈滅;按下閥1關(guān)時(shí),閥1開指示燈滅,閥1關(guān)指示燈亮)。

3 氯離子干擾因素的排除

3.1 氯離子干擾的原因

水樣COD值的測(cè)定原理及過程:在水樣中加入一定量的重鉻酸鉀,于強(qiáng)酸性溶液中,在硫酸銀的催化作用下,經(jīng)過高溫消解氧化大部分有機(jī)物,產(chǎn)生綠色的化合物,溶液顏色發(fā)生變化,此溶液冷卻后用比色計(jì)于特定波長(zhǎng)下進(jìn)行吸光度測(cè)定,由吸光度計(jì)算得出水樣的COD值[8]。其中,在整個(gè)消解過程中要加入硫酸汞來絡(luò)合水樣中的氯離子,產(chǎn)生穩(wěn)定的氯化汞,但當(dāng)氯離子不能完全被去除時(shí),剩余的氯離子易被重鉻酸鉀氧化 (消耗氧化劑),導(dǎo)致COD測(cè)定值偏高;同時(shí),由于氯離子還會(huì)與硫酸銀反應(yīng)生成氯化銀沉淀,造成催化劑 (硫酸銀)中毒,使產(chǎn)生的綠色化合物顏色受到影響,從而直接影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此,對(duì)水樣中氯離子含量的測(cè)定及如何完全消除氯離子對(duì)水樣COD值測(cè)定的干擾尤為重要。

3.2 氯離子干擾的屏蔽試驗(yàn)

由于裝置運(yùn)行初期氣化污水COD值測(cè)定一直不準(zhǔn)確,我們對(duì)氣化污水COD值測(cè)定過程進(jìn)行了如下考查:①多次對(duì)氣化污水水樣進(jìn)行測(cè)量,發(fā)現(xiàn)氯離子含量一直穩(wěn)定在300mg/L左右;②檢查COD在線分析儀內(nèi)部程序,發(fā)現(xiàn)硫酸汞試劑加藥閥門設(shè)定試劑投加時(shí)間為2s,通過測(cè)量得知,硫酸汞加量在2g左右。

而據(jù)有關(guān)資料顯示,0.4g硫酸汞能屏蔽40 mg氯離子[9]。那么隨之而來的問題是,現(xiàn)階段2g的硫酸汞加量能否完全屏蔽300mg/L的氯離子 (即硫酸汞與氯離子質(zhì)量濃度比為7∶1)?為此,我們通過如下試驗(yàn)進(jìn)行分析。

首先,將0.4251g鄰苯二甲酸氫鉀稀釋成1L,配制為 (500±10)mg/L的COD標(biāo)準(zhǔn)液于容量瓶中,另將0.2098g的氯化鉀溶于水并轉(zhuǎn)移入配制標(biāo)樣的容量瓶中,將其配制為氯離子濃度為100mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液[10];然后,分別取硫酸汞0.7g、1.0g、2.0g、3.0g,即在硫酸汞與氯離子質(zhì)量濃度比為7∶1(下同)、10∶1、20∶1、30∶1的條件下分別對(duì)COD標(biāo)準(zhǔn)液的COD值進(jìn)行測(cè)定,同時(shí)另取1份不加氯化鉀的同種標(biāo)液予以對(duì)比;再者,配制氯離子濃度分別為300mg/L、500mg/L、700mg/L的標(biāo)液重復(fù)上述測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果見表1和表2。

表1 不同濃度氯離子干擾下的測(cè)定結(jié)果 mg/L

表2 COD測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)偏差

由表1、表2可知,當(dāng)硫酸汞與氯離子的質(zhì)量濃度比為10∶1時(shí),硫酸汞對(duì)氯離子的屏蔽效果最好,測(cè)量誤差最小。

3.3 排除氯離子干擾的措施

由于我公司氣化污水中氯離子濃度穩(wěn)定在300mg/L左右,稀釋氣化污水氯離子濃度的難度極大,于是對(duì)COD在線分析儀內(nèi)部程序進(jìn)行了調(diào)整,即將其硫酸汞的加藥時(shí)間由原來的2s增加至4s,相當(dāng)于每次測(cè)定時(shí)硫酸汞溶液的添加量由原來的2g左右增加至4g左右,以使硫酸汞與氯離子的質(zhì)量濃度比接近10∶1,從而較好地屏蔽水樣中氯離子對(duì)COD值測(cè)定的干擾,使COD值測(cè)定結(jié)果更加準(zhǔn)確。

4 結(jié)束語(yǔ)

本套氣化污水取樣預(yù)處理系統(tǒng)自2017年6月投用后,完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)取樣、自動(dòng)清洗,保證了COD在線分析儀的實(shí)時(shí)測(cè)量,其運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)量很小,保障了氣化系統(tǒng)的安全運(yùn)行。同時(shí),我們通過試驗(yàn)得出硫酸汞與氯離子的質(zhì)量濃度比接近10∶1時(shí)對(duì)氯離子的屏蔽效果最好,基本可排除水樣中氯離子對(duì)COD值測(cè)定的干擾。現(xiàn)階段,我公司的COD在線分析儀測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確,有助于工藝人員對(duì)氣化污水處理過程及處理效果的把控。

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