火災事故應急狀態(tài)下污水排放特征與節(jié)水潛力分析

楊雪瑩，王毅霖，劉譯陽，羅 臻，張曉飛

（中國石油安全環(huán)保技術(shù)研究院，北京 102206）

1 引言

石油化工行業(yè)是一個消防高危行業(yè)，生產(chǎn)儲運過程中多數(shù)環(huán)節(jié)存在易燃易爆、高溫高壓的危險，發(fā)生事故的概率高，且后果嚴重。近年來，隨著我國石油和石油化工企業(yè)迅猛發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)裝置和儲運系統(tǒng)日益向大型化發(fā)展，火災、爆炸、泄漏等重特大事故不斷發(fā)生，造成了巨大的生命和財產(chǎn)損失。石油石化企業(yè)火災爆炸事故危險等級高，具有燃燒猛烈易形成立體火災、撲救困難燃燒時間長、耗費消防資源多等特點，并且在消防撲救過程中會產(chǎn)生大量混雜油污與泡沫的消防污水。

據(jù)相關(guān)標準計算，一個10萬m2的著火儲罐每小時消耗消防冷卻水約1200～1500m3、泡沫混合液300～500m3，同時其每個相鄰儲罐也需要每小時600～800m3的冷卻水消耗，按照消防冷卻水最小供應時間計算，一次6h的單具油罐火災撲救所需水量超過1萬m3，實際應用中用水量往往遠超過理論值，如遇大型火災，火災面積大，撲救時間延長，消耗水量更大。

消防污水如不采取措施加以收集處理，混合著油品或其他化工產(chǎn)品的污水便會沿地面流淌至雨排系統(tǒng)，甚至直接進入環(huán)境，對地下水、地表水及土壤產(chǎn)生嚴重污染，造成的經(jīng)濟損失不可估量，嚴重者甚至引發(fā)國際糾紛。

2 火災事故狀態(tài)下的污水排放

2.1 消防污水特點

石油化工企業(yè)是以石油或天然氣為主要原料，通過不同的生產(chǎn)工藝過程、加工方法，生產(chǎn)各種石油產(chǎn)品、有機化工原料、化學纖維及化肥的工業(yè)。各種成分的物料在這里加工、儲存、裝卸、輸送。一旦發(fā)生火災.導致容器和管道破裂，物料就會泄漏出來。消防時，泄漏出來的物料混入消防水，消防水即被污染。消防污水具有以下幾個特點。

（1）污水量變化大。由于消防污水只是在消防時產(chǎn)生，因而其水量與消防時實際用水量有關(guān)，而消防實際用水量與火災嚴重程度密切相關(guān)。當火災處于初期或程度比較輕時.消防實際用水量就小，產(chǎn)生的消防污水也就少；當火災程度比較嚴重時，消防實際用水量就大，產(chǎn)生的消防污水也就多；當火災特別嚴重時，企業(yè)內(nèi)消防設施不能滿足消防要求，需要動用企業(yè)外部消防設施.此時產(chǎn)生的消防污水就更多。

（2）污水中污染物組分復雜。石油化工企業(yè)產(chǎn)品種類繁多，火災發(fā)生時不同位置的泄漏點，泄漏物的化學組成不同，消防污水中污染物的組分都會不同。

（3）污水中污染物濃度差異大。化工裝置千差萬別，不同的化工裝置、不同的工藝流程導致物料泄漏量不同，造成消防污水中污染物的濃度差異也很大[1]。

消防污水具有區(qū)別于其他形式污水的特點，但是無論何種形式的污水，它都存在著收集與處理的問題[2]。

2.2 事故狀態(tài)下用排水現(xiàn)狀

石油石化企業(yè)火災撲救過程中，消防應急處理會根據(jù)火情特點、物料性質(zhì)、現(xiàn)場設施等情況選擇不同的滅火方式，消防用、排水水量水質(zhì)隨時間變化都存在不同差異。

以油庫區(qū)為例，消防用水主要分為消防冷卻水和消防泡沫配制用水兩個部分，占比重較大的消防冷卻水主要用于周邊設施的冷卻，對水質(zhì)要求較低，且此過程產(chǎn)生的消防水水質(zhì)也較好；撲滅明火所需的消防泡沫配制用水對水質(zhì)要求較高，排出水中會有大量泡沫和油類殘余。化工裝置區(qū)消防用水同樣分為冷卻水、泡沫水兩部分，但因著火點與物料泄漏情況不同，消防排水水質(zhì)更為復雜。

某油庫區(qū)消防應急演練中采集的污水水樣表明，油庫消防污水中石油類和COD等兩項指標均超過《污水綜合排放標準》污染物最高允許排放濃度三級標準，COD達2000～3000mg／L，石油類達20～40mg／L，水樣中含有大量泡沫，且泡沫表面粘連有大量浮油，偏堿性，并存在嚴重的乳化現(xiàn)象，乳化油體積可增至原體積的2～3倍，不能直接排放，必須進行處理（表1）。

表1 消防水樣水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

油井火災，則具有燃燒物類型多、油氣噴射壓力大、周邊環(huán)境復雜、清障難度大等特點，目前常規(guī)采用的內(nèi)注外噴的滅火方式，在采用大水量冷卻隔離的前提下，采用鹵代烷滅火劑內(nèi)注和干粉炮噴射的方式進行滅火，滅火過程中的用水和排水特征與石化企業(yè)火災事故撲救過程區(qū)別很大。

依據(jù)石油化工企業(yè)的環(huán)保法規(guī)，“石油化工企業(yè)應該做到清污分流”，受到污染的消防水也應該從未受污染的水中分流出來[3]。目前多數(shù)石油化工企業(yè)在生產(chǎn)裝置區(qū)都建立了事故應急池，用以儲存火災事故發(fā)生時產(chǎn)生的消防污水。

以某化工廠為例，廠區(qū)排水系統(tǒng)分為雨排管線與污水管線，事故狀態(tài)下雨排閥門關(guān)閉，消防水通過污水管線進入污水處理廠，當火災規(guī)模過大，消防水排量大于污水管線吞吐能力時，污水由事故區(qū)外部水渠導入事故應急池暫時儲存，事故后進行集中處理（圖1）。

圖1 某化工廠事故應急排水系統(tǒng)示意

3 火災事故狀態(tài)下節(jié)水潛力分析

3.1 滅火戰(zhàn)術(shù)

滅火戰(zhàn)斗對水資源的消耗巨大，且消防排水瞬時水量大、成分復雜，事故狀態(tài)下對水處理單元造成巨大沖擊。因此，在滅火戰(zhàn)斗過程中，應盡量減少用水量。盡可能采用用水效率高、用水量少的滅火技術(shù)，例如噴霧射流、壓縮空氣泡沫等。在油罐火災滅火戰(zhàn)術(shù)方面，不要大范圍開啟冷卻保護設施，采用向罐壁射水的方式，根據(jù)是否產(chǎn)生水蒸氣判斷是否需要冷卻，如果產(chǎn)生水蒸氣則需要冷卻，否則可不冷卻。采用間歇冷卻的方法減少冷卻用水量。另外，將待冷卻油罐內(nèi)的油品轉(zhuǎn)移到安全的空罐內(nèi)或者在油罐間進行油品循環(huán)冷卻，也可避免冷卻水的浪費。

3.2 消防水源

消防水源問題是防滅火工作中的重要問題之一。按照規(guī)范進行消防給水設計計算得出的消防用水量往往很大，結(jié)果消防水池儲水量大，工程造價高，占地面積大，定期換水造成大量自來水白白浪費。而據(jù)資料報道，我國有近80%的城市由于工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展、人口增長，有不同程度的缺水問題，缺水總量每年達1200×108m3[4]。

消防用水對水質(zhì)沒有特殊要求，水中不含可燃物質(zhì)即可，即除了城市水廠或工業(yè)企業(yè)中經(jīng)過水處理后的給水可作為消防給水之外，天然水源（江、河、湖、海）均可[5]。非市政消防水源主要分為天然水源和人工水源兩種。

消防供水水源是關(guān)系到廣大人民群眾生命財產(chǎn)安全的大事。在水資源嚴重短缺的當今社會，既要充分利用可用水源，保證消防水源的可靠性，又要節(jié)約用水，保證人民的正常生活用水需求，保證水資源利用的可持續(xù)發(fā)展，利用非市政給水作消防水源成為首選。

3.2.1 天然水體用作消防水源

在天然水資源豐富的地區(qū)，對于地面水環(huán)境質(zhì)量標準屬Ⅳ類以內(nèi)的自然水體，在經(jīng)過適當?shù)拇胧┤コ龖腋∥铩⑵∥锖螅梢宰鳛橄浪慈錅鐩]有特別衛(wèi)生和防護要求的一般火災，如吉林石化從松花江直接取水作為主要消防水源，大連石化也曾使用海水進行消防水源補給。

天然水體用作消防水源也有其缺陷。首先，天然水源必須滿足一定的水量要求才能作為有效的消防供水，水量大多受季節(jié)和天氣變化的影響，農(nóng)田灌溉也會影響水源的充足性，并且水源的最低水位要滿足水泵自灌要求，北方冬天天然水源還會結(jié)冰，影響消防車取水[6]。其次，天然水體中雜質(zhì)較多，易造成消防泵頭或槍口堵塞，取水時需加裝過濾裝置，且不能用于水質(zhì)要求較高的自動噴水滅火系統(tǒng)。

3.2.2 中水用作消防水源

在國內(nèi)，中水在消防上的應用已有很多工程實例，其技術(shù)也較成熟，而且還不斷有新的中水處理技術(shù)被開發(fā)出來。按我國的雜用水標準，建筑中水可以應用到消防中去，包括消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)等。大連石化新近改建的穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)即是以建筑中水作為消防水源供應。

3.2.3 工業(yè)廢水回用水用作消防水源

消火栓系統(tǒng)對水源水質(zhì)要求較低，因此可以將消火栓系統(tǒng)的消防泵吸水管直接設置在工業(yè)廢水二級處理構(gòu)筑物的二沉池上，從二沉池直接抽水用于消火栓系統(tǒng)出水滅火或為消防車供水。工業(yè)循環(huán)冷卻水亦可作為消防水源使用。自動噴水滅火系統(tǒng)對水質(zhì)要求較高，需對二沉池出水進一步深化處理才能投入使用，其處理方式的選擇，具體可根據(jù)經(jīng)濟與技術(shù)及施工條件來確定，一般采用濾池或生物活性炭罐等。

3.2.4 消防排水回用作為消防水源

不同物料與區(qū)域的消防排水水質(zhì)區(qū)別極大，部分情況下，消防排水未曾混入可燃物料，此類消防排水可在簡單過濾后直接回用滅火。蘭州石化公司已嘗試循環(huán)使用消防回用水撲滅液化石油氣罐區(qū)火災，并取得了一定的經(jīng)驗。吉林石化也曾在C4罐火災中成功進行了消防排水的就地回用。

3.3 消防排水的處理與回用

目前石油石化企業(yè)并沒有針對消防排水的專門處理回用方法，一般按照煉化生產(chǎn)污水對待，通過機械或者物理的方法去除消防水中的浮油、膠體溶解物和懸浮固體，然后采用吸附、高級氧化、微生物分解等方式進行深度處理，去除水中的分散油、無機鹽和表面活性劑等。

以東營油庫區(qū)為例，東營油庫罐區(qū)有儲油罐9座，總?cè)萘繛?5×104m3。儲存介質(zhì)為勝利原油和進口原油。為防止消防污水對環(huán)境的污染，該罐區(qū)收集含油污水和消防排放水并將受污染的含油污水和消防水送至污水處理廠，經(jīng)處理后送消防水池回收。回收處理流程如圖2所示。

圖2 污水處理流程

罐區(qū)消防污水（或含油污水）進入一級處理池（停留時間3h），此池設計為平流式處理池，消防污水（或含油污水）從池的一端進入，從另一端流出后進入二級處理池（停留時間1.5h）。二級隔油池設計為斜板處理池，池中采用呈45°安裝的聚酯玻璃鋼波紋板，進入的污水通過配水堰、布水柵后均勻而緩慢地從上而下經(jīng)過斜板區(qū)，雜物、油、水、泥在斜板中進行分離，油珠沿斜板組的上層斜板面向上浮升滑出斜板到水面，通過活動集油管收集到污油池；泥沙則沿斜板組的下層斜板面向集泥區(qū)落到池底，定時由人工清除；分離后的水從下部分離區(qū)進入折向上部的出水槽，然后進入集水池，再由提升泵提升至核桃殼過濾器過濾，使水得到進一步凈化，以達到排放水質(zhì)要求，最后收集至消防水池，消防污水回收設施使用效果良好。為了保證污水達標排放，在不同的部位投加混凝劑、緩蝕阻垢劑、殺菌劑，各種藥劑應有良好的配伍性[7]。

4 目前存在的問題

（1）目前，石油石化企業(yè)應急消防系統(tǒng)大多受空間等條件限制，多按國家標準的最低容積要求設計消防水罐及事故應急池，部分水資源匱乏地區(qū)遭遇大型火災時可能出現(xiàn)消防水供給不足的情況。

（2）石化企業(yè)的污水處理能力較低，難以在短時間內(nèi)進行大量污水的處理。石化企業(yè)的污水處理能力是根據(jù)企業(yè)正常運營過程中污水生成量來確定的。發(fā)生火災事故時，短時間內(nèi)又增加了大量的污水，超過了污水處理設備處置能力，對水處理單元造成巨大壓力，用于緩沖的事故應急池則會占據(jù)大量空間。

（3）大多數(shù)石油石化企業(yè)消防排水集中回收之后，按生產(chǎn)污水處理達標直接排放，消防水不能有效回用，造成大量浪費。

5 結(jié)語

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人口的增加，城市用水量急劇增加，水資源短缺問題日益突出，對城市的供水水平和經(jīng)濟發(fā)展構(gòu)成重要制約。石油石化企業(yè)火災事故危險性高，消防瞬時用、排水量大，消防水成分復雜，減少事故狀態(tài)下水資源總消耗量勢在必行。隨著消防滅火技術(shù)及水處理技術(shù)的發(fā)展，火災事故狀態(tài)下的水資源節(jié)約依然具有巨大的潛力。

[1]劉長權(quán)，武 萍，侯世鵬.石油化工企業(yè)滅火中的環(huán)境保護[J].油氣田環(huán)境保護，2009，19（z1）：67～69.

[2]劉勛才.淺談我國石油化工企業(yè)中消防污水的收集與處理[J].科協(xié)論壇，2007（4）：213.

[3]周 銀，盧士香，徐文國，等.石油化工企業(yè)滅火中的環(huán)境保護[J].環(huán)境工程，2007（z1）：68～70.

[4]王玉松，劉麗娟，李志平，等.非市政給水用作消防水源的探討[J].給水排水，2002，28（10）：56～58.

[5]劉雪蓮，岳崇峰，李桂嬌.非市政給水水源用作消防供水水源可靠性分析 [J].山西建筑，2008，34（28）：195～196.

[6]陶玉靈.利用天然水源的消防供水技術(shù)探討[J].給水排水，2007，33（2）：91～93.

[7]李 超，王全林，劉 波.石油化工企業(yè)消防污水收集與處理初探[J].安全，健康和環(huán)境，2007，7（8）：22～23.