石化企業煉油污水處理回用水系統改造

劉 輝，馮 霄

(1.中國石油蘭州石化分公司，蘭州 730060；2.西安交通大學化學工程與技術學院)

石化企業煉油污水處理回用水系統改造

劉 輝1，馮 霄2

(1.中國石油蘭州石化分公司，蘭州 730060；2.西安交通大學化學工程與技術學院)

西北某石化公司利用水系統集成與優化技術對煉油污水處理回用水系統進行優化改造。通過水質分析，提出初步的優化改造思路。進而提取水源水阱的流率和雜質濃度數據，利用夾點法并結合水系統的現狀，提出優化改造方案，最后對改造方案進行簡單的經濟效益評估。所提出的優化改造方案，考慮增加超濾裝置的處理能力，實現了不同濃度再生水源的“梯級利用”，加強了污水循環再利用的水平，提高了企業的廢水重復利用率。在滿足現有標準工業污水系統達標排放的條件下，使企業新鮮水用量減少158 th，排污減至259 th，減排率達到37.7%，節水所得經濟效益達151.7萬元a。提出的優化改造方案可為其它石化企業煉油污水處理回用水系統的優化改造提供思路和策略。

節水減排 污水處理 再生水利用 夾點法

我國水資源形勢嚴峻，人均水資源量只有2 100 m3，僅為世界人均水平的28%，年平均缺水量超過5×1010m3，全國669座城市中有400多座供水不足，110座嚴重缺水[1]。石化行業是我國國民經濟的基礎和支柱產業，同時也是高耗水和容易產生污染的產業[2]，其取水量約占全國工業取水量的5%[3]，國家對石化企業的節水要求也一再提高。開發污水回用技術，提高廢水的重復利用率，是有效的節水措施，已成為石化企業重點節水改造項目[4-6]。受自然條件制約，西北中心城市整體水資源不充足，水利基礎設施條件薄弱。因此，西北某石化公司開展水系統的集成優化，加大對廢水的循環再利用，提高企業節水率。本課題通過對水質的分析和計算，提出優化的改造方案。

1 某石化公司煉油污水處理裝置簡介

某石化公司煉油污水系統收集煉油廠常減壓蒸餾、催化裂化、延遲焦化、加氫精制、酮苯脫蠟等裝置以及動力廠循環水、動力車間、油品儲運廠、添加劑公司等十多個單位的污水及煉油廠區生活污水，總來水量939 th，進入污水池的污水COD平均值為420 mgL。經調節池-氣浮-AO-砂濾等預處理后，出水COD平均值為20 mgL。砂濾出水中的746 th進入污水深度處理裝置，出水COD平均值為2 mgL，送至動力廠除鹽水裝置，用作除鹽水原水；另有193 th砂濾出水混入超濾及反滲透濃水，混合后物流的COD值為45 mgL，排入市政污水管網。動力廠有循環水場4處，現使用新鮮水作為補水。煉油污水處理工藝流程簡圖及污水處理循環利用水系統簡圖如圖1所示，圖中流率單位為th，括號中數值表示COD值，單位mgL。

目前，煉油污水深度處理裝置由5臺超濾裝置(UF)與反滲透裝置(RO)組成，屬于典型的雙出口再生處理單元[7]。超濾、反滲透濃水與絮凝沉淀池出水混合后外排至市政管網，應符合GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級排放標準，COD不超過100 mgL(1997年12月31日之前建設的單位)，或者不超過60 mgL(1998年1月1日之后建設的單位)。為了體現企業控制COD排放的水平，以排放水COD值60 mgL為限制條件，考慮到企業改造深度處理裝置的技術方案，本課題旨在利用水系統集成與優化技術，分析煉油污水處理回用水系統改造的節水潛力。

圖1 某石化企業煉油污水處理回用水系統

2 某石化企業煉油污水處理裝置改造

膜分離技術具有節能、高效等優點，超濾-反滲透組合的雙膜工藝可用來產生回用水，并已在多家石化企業實現應用[8-9]。而循環冷卻水補水、濕空冷補水、除鹽水站補水等是重要的回用途徑[10-11]。

2.1 水質分析

煉油污水深度處理超濾裝置的產水率[7]為90%，反滲透裝置的產水率為78%。超濾裝置出水如能作為循環水補水，則只需將剩余水送至反滲透裝置。如此不僅能提高再生水量，同時能減小反滲透裝置負荷。超濾裝置出水水質指標如表1所示，反滲透裝置出水水質指標如表2所示。

該石化企業的循環水系統執行《中國石油天然氣股份有限公司煉化企業循環水場達標管理考核辦法》，具體的控制指標如表3所示。循環水系統的補水要求濁度不大于5 mg/L，工業水余氯濃度0.01～0.1 mg/L，由表1可見，超濾裝置出水水質低于循環水場用水標準，同時符合循環水系統的補水標準，表明將超濾出水作為循環水系統補水是可行的。

表1 超濾裝置出水水質指標

表2 反滲透裝置出水水質指標

2.2 確定改造方案

表3 循環水系統用水指標

1) 按每月30天計。

2) 回水總管取樣。

作為污水處理再生回用系統的關鍵性質。提取裝置排放污水的COD平均值作為其極限出口濃度。進口COD最大允許值作為極限進口濃度。另外，新鮮水、超濾、反滲透出口COD值也被提取作為極限濃度。提取的水源水阱的極限數據如表4所示，水處理單元參數如表5所示。

超濾出水不僅要滿足循環水補水需求，并且需保證外排污水與絮凝沉淀池出水混合后符合環境排放濃度，超濾出水余量則送至反滲透裝置，進一步處理后送至脫鹽水站用于原水補水，如不能滿足脫鹽水站補水要求，需用新鮮水供應。利用物料平衡和系統負荷的關系，確定各股水源流率。

表4 水源水阱的極限數據

表5 水處理單元的參數

一般預處理裝置(PT)進出口水量變化不大，故其制水率可設定為100%，所以煉油污水處理系統的流量平衡如式(1)所示。

(1)

(2)

(3)

由式(1)～式(3)解得：

除鹽水站補水總量為522 t/h，反滲透出水符合其補水水質要求，但反滲透出水量為336 t/h，需補充新鮮水186 t/h。

根據計算結果構建夾點圖，如圖2所示。供水線的第一段構造于濃度區間0～2 mg/L(區域1)，其斜率對應補充新鮮水量(FFW)為186 th。區域1的用水需求全部由新鮮水源滿足。供水線的第二段構造于濃度區間2～8 mgL (區域2)，其斜率對應522 th，其中FFW(186 th)和(336 th)共同滿足區域2的用水需求。最后，供水線的第三段構造于濃度區間8～300 mgL (區域3)，其斜率對應866 th，其中FFW(186 t(336 th)共同滿足區域3的用水需求。

圖2 污水處理回收系統夾點圖

根據優化結果，超濾出水總量為

(4)

(5)

2.3 經濟效益評估

根據該石化企業所在地區相關水處理價格，對優化方案進行簡單經濟效益估算。

圖3 某石化企業煉油污水處理回用水系統改造方案

水系統優化項目收益與節約的水量、水價格有關。計算式如下：

CT=Pr×Sr×8 000

(6)

式中：CT為優化項目總收益，元；Pr為優化項目涉及的水價格或水處理價格，元t；Sr為優化項目節約的水量，th。對比現行工藝，優化方案可使新鮮水用量減至186 th，節約新鮮水量158 th；排污減至259 th，減排率達到37.7%。以新鮮水價格1.2 元t、全年運行8 000 h計，節水所得到的經濟效益為151.7萬元a。

3 結 論

西北某石化企業通過對煉油污水處理裝置改造，加大污水循環再利用，增加超濾-反滲透再生裝置的處理能力，在保證外排水滿足現有標準市政排污濃度達標的基礎上，利用水系統集成與優化技術對煉油污水處理回用水系統進行優化改造，使新鮮水用量減至186 th，節約新鮮水量158 th；排污減少至259 th，減排率達到37.7%。以新鮮水價格1.2 元t、全年運行8 000 h計，節水所得到的經濟效益為151.7萬元a。

[1] 岳尚華.王浩：中國水現狀不容樂觀——訪中國工程院院士、中國水利水電科學研究院水資源所名譽所長王浩[J].地球，2013(10)：15-19

[2] 李明玉.煉油企業節水減排技術與應用情況分析[J].石油煉制與化工，2008，39(7)：59-63

[3] 楊攀峰，徐俊.石化企業節水減排工作的探索與實踐[J].環境與生活，2014(12)：62-63

[4] 劉永紅，王茲堯，亢曉崢，等.玉門煉油廠污水處理系統優化改造[J].石油煉制與化工，2013，44(2)：84-87

[5] 傅曉萍，李本高，余正齊，等.乙烯裝置污水回用循環水技術研究與應用[J].石油煉制與化工，2011，42(4)：83-87

[6] 王金華，李本高，傅曉萍，等.膜生物反應器處理后的化纖污水回用循環水水質穩定技術的研究及應用[J].石油煉制與化工，2011，42(12)：56-59

[7] 史春峰，鄧春，馮霄.具有雙出口再生單元再生循環水網絡的優化[J].化工進展，2014，33(3)：605-610

[8] 童曉蘭.綜合運用超濾和反滲透技術實現燕山石化煉油污水回用[J].水工業市場，2011(12)：78-80

[9] 岳昭.超濾-反滲透雙膜系統濃水深度處理技術研究[D].北京：中國石油大學，2011

[10]王志強.煉化企業污水零排放解決方案探討[J].化學工業，2013，31(7)：38-41

[11]朱越平，鐘冬暉.石化污水回用技術應用現狀及展望[J].當代化工，2014，43(5)：793-795

OPTIMIZATION OF REUSE-WATER SYSTEM OF REFINERY WASTEWATER TREATMENT

Liu Hui1， Feng Xiao2

(1.PetroChinaLanzhouPetrochemicalCompany，Lanzhou730060；2.SchoolofChemicalEngineeringandTechnology，Xi’anJiaotongUniversity)

The reuse-water system of the refinery wastewater treatment in a petrochemical company in northwest China was improved using pinch technology. Based on the data of the flow rates and impurity concentrations of the water to be treated each stage， the optimal retrofit solution was proposed， and then the benefit of the retrofit was evaluated. The measure which increased the processing capacity of the ultrafiltration device leads to the ‘cascade utilization’ for the reclaimed water with different processing depth， and consequently increases the utilization extent of reuse-water. Under the preconditions of the discharge standards of municipal sewage system， the consumption of fresh water is reduced by 158 t/h， the amount of discharged wastewater is reduced to 259 t/h， and the discharge reduction rate reaches 37.7%.The economic benefit of water conservation is up to 1.517 million RMB per year.

water conservation and wastewater reduction； wastewater treatment； reclaimed water reuse； pinch technology

2015-06-26； 修改稿收到日期： 2015-09-19。

劉輝，碩士，高級工程師，主要從事節能減排技術、管理工作。

馮霄，E-mail：xfeng@mail.xjtu.edu.cn。

國家重點基礎研究發展計劃(973)項目(2012CB720500)；國家自然科學基金項目(21276204)。