恒pH控制的含氨废气吸收处理工艺设计研究综述

摘要：随着国家节能减排工作的深入开展，对各类排放指标的要求越来越严格，在混合气体的含氨量一定的情况下，如何利用现有的控制与调整手段，实现氨气的环保和高效吸收，是存在的问题。本文主要总结提炼了氨气吸收过程中如温度、pH以及液气比等重要控制因素；以及pH自动控制系统的运行特性、研究成果及其在气体吸收塔中的应用。通过查阅、比较和总结，结合课题要求选择了用稀酸吸收氨气的方法并将具有PID算法和PLC加药功能的恒pH控制系统的氨气处理工艺，可以达到对氨气较好的吸收效果。研究对于氨气的吸收工艺设计和优化有重要意义。

关键词：氨气吸收； 填料；吸收塔； pH控制；自动控制系统

一、氨气吸收与pH自动控制系统研究进展

目前，氨气的主要吸收方法有物理法、化学法和生物法，而较为经济和高效的方法是用纯水或稀酸吸收。当前研究聚焦于如何实现高效的、可持续的、绿色的、节能的吸收方法。氨气作为碱性气体，在用酸吸收过程中pH值是一大影响因素。在废水和废气的处理中, 把pH值控制在期望的范围内是非常重要的，因为适当的酸碱度对于污染物的处理效果甚至整个反应的进行都有重要影响。

pH值是酸碱中和反应中对溶液酸碱度的定义, 定义为pH=-log[H ]^[1]。由于酸碱中和反应中pH值呈现严重的非线性, 加之反应大多发生在容器和循环管路中, 使得系统存在较大时滞, 给pH值控制带来了困难，也浪费了大量中和剂。在上世纪50年代时, pH值控制就成为人们研究的对象。最初多采用常规的PID算法, 但由于反应过程中, 中和点附近的高增益使得常规的PID控制器参数调整非常困难, 因为控制器只能采用很小的比例增益, 否则系统不稳定;而比例增益过小, 又会使系统的动态特性变坏；用模糊控制与神经网络对于给定的中和过程进行理论分析和数字仿真, 其算法复杂，难于在实际工程中应用。虽然之后国内多数中小化工企业的废水加药系统多数采用人工调节，但是操作之后普遍发现pH值的控制精度低, 药剂浪费严重^[2]。

现在很多工厂废水处理系统的中和池内都设机械搅拌系统和pH计量仪,再通过PLC控制加药计量泵,使中和池排出的溶液尽可能接近中性。系统采用计算机作为上位机，PLC作为下位机，采用数字PID控制算法相结合，实现加药系统的自动控制。系统通过检测pH值来控制中药剂的加入量, pH值要求控制在目标范围之间。通过建立闭环控制系统以实现对中和池溶液pH值的控制。其中，闭环控制可以有效地抑制闭环中各种扰动的影响,使被控量趋近于给定值。在pH值闭环控制系统中, 用pH计量仪将溶液的pH值信号转换为标准量程的电流或电压, 然后送给模拟量输入模块, 经模数转换后得到与pH值成比例的数字量, CPU将它与pH设定值比较, 并按PID控制算法对误差进行运算, 并将PLC计算得到的数字量送到数模转换模块, 经模拟量输出通道控制加酸泵和加碱泵的流量,实现对pH值的闭环控制。由表格实验数据可以得出结论, 在采用PID控制后, 大大提高了对pH值的控制精度和控制效果, 缩短了加药周期, 对保证污水出水水质、降低污水处理加药费用有很好的效果^[3]。并且只要少量人员负责监控系统的运行情况，省时省力。只是出于完整考虑，应当在设计时设计当系统不工作或损坏时的第二套方案，以便不时之需。

表1 PID控制投用前后中和池pH测量值

二、氨气的吸收的关键控制因素