煉油污水處理工程粗氣泡曝氣器的設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試

周健生

安徽萬緯工程管理有限責(zé)任公司 （安徽 安慶 246001）

煉油污水處理工程粗氣泡曝氣器的設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試

周健生

安徽萬緯工程管理有限責(zé)任公司 （安徽 安慶 246001）

介紹了中石化某分公司新建的煉油項(xiàng)目污水處理工程粗氣泡曝氣器的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點(diǎn)及安裝調(diào)試。該污水處理工程生化處理系統(tǒng)采用大面積送氣式粗氣泡曝氣器，空氣流動(dòng)量較大，氧氣的轉(zhuǎn)移量較高，有利于煉油污水有機(jī)污染物和臭氣的吸附和降解。處理結(jié)果表明：經(jīng)處理后的煉油污水主要水質(zhì)指標(biāo)符合該煉油項(xiàng)目EIA(環(huán)境影響評(píng)價(jià))批復(fù)排放指標(biāo)和GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，處理后污水被直接排放。

曝氣技術(shù)；粗氣泡；曝氣器；安裝調(diào)試；參數(shù)調(diào)整

煉油污水處理工程被國家環(huán)保總局列為環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目。國家相關(guān)部門要求新建煉油項(xiàng)目必須建設(shè)污水處理工程對(duì)煉油污水進(jìn)行生化處理。生化處理曝氣器是煉油污水處理工程的重要設(shè)備，是高能耗設(shè)備。設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)的污水處理生化系統(tǒng)和高效低耗的曝氣器是煉油污水處理的關(guān)鍵[1-2]。中石化某分公司新建大型煉油項(xiàng)目配套建設(shè)的煉油污水處理工程對(duì)煉油污水進(jìn)行生化處理，生化處理曝氣器是其關(guān)鍵設(shè)備。

中石化某分公司煉油項(xiàng)目污水處理工程應(yīng)用物理吸附和生物降解生化技術(shù)，在污水處理曝氣池中投加粉末活性炭使煉油污水（鹽污水和含油污水）進(jìn)行生化反應(yīng)。生化反應(yīng)以活性炭為載體，利用活性炭的吸附及生化污泥的生物降解作用，通過鼓風(fēng)機(jī)送入空氣曝氣，供給好氧微生物需要的溶解氧，生物分解化學(xué)需氧量（COD），生成二氧化碳和水，去除煉油污水中的有機(jī)污染物和臭氣[3-5]。

煉油污水生化處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)曝氣池2座，含鹽污水曝氣池尺寸74.0 m×18.0 m×8.0 m，含油污水曝氣池尺寸60.0 m×12.0 m×8.0 m。含鹽污水和含油污水在鼓風(fēng)機(jī)（A-E）輸送的鼓風(fēng)空氣攪動(dòng)下，分別與粉末活性炭充分混合，在曝氣池中進(jìn)行生化反應(yīng)。鼓風(fēng)空氣從曝氣池底部曝氣器注入，以利于鼓風(fēng)空氣中氧氣溶解及生化曝氣，煉油污水通過粉末活性炭的吸附與降解，去除有機(jī)污染物，降低COD。污水處理裝置上游的污水除油系統(tǒng)除油處理過程中產(chǎn)生的油、水廢氣送入含鹽污水曝氣池進(jìn)行生化處理，活性炭再生系統(tǒng)產(chǎn)生的氧化尾氣送入含油污水曝氣池進(jìn)行生化處理，以減少油、水廢氣和氧化尾氣排放對(duì)大氣造成的二次污染。

在線酸堿度計(jì)自動(dòng)控制往曝氣池中投放的堿溶液，將曝氣池污水中的酸堿度值控制在7～8；在線溶解氧分析儀分析溶解氧質(zhì)量濃度，以調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)量來滿足生化處理系統(tǒng)需要的溶解氧及節(jié)能降耗。粉末活性炭、鼓風(fēng)空氣、堿溶液輸送量均由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制，調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開啟度進(jìn)行輸送量自動(dòng)調(diào)節(jié)。

1 曝氣器設(shè)計(jì)

1.1 曝氣原理

煉油污水生化處理的曝氣器設(shè)計(jì)為大面積送氣式粗氣泡曝氣器，其作用是使曝氣池內(nèi)氣相中的氧轉(zhuǎn)移為液相中的溶解氧，轉(zhuǎn)移過程通過流體運(yùn)動(dòng)形成氣、液接觸界面來完成。氣相中的氧由鼓風(fēng)機(jī)輸送空氣，經(jīng)曝氣器的擴(kuò)散作用以升泡運(yùn)動(dòng)的方式形成氣、液接觸界面，動(dòng)能作用于輕質(zhì)氣相流體運(yùn)動(dòng)，重質(zhì)液相流體被動(dòng)接觸，由氣泡的上升和氣流的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生立體連續(xù)的氣、液接觸界面進(jìn)行氧的轉(zhuǎn)移。氧的轉(zhuǎn)移過程中曝氣氣流的流速和標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移率是曝氣器設(shè)計(jì)的2項(xiàng)重要設(shè)計(jì)參數(shù)。

1.2 氣流流速

空氣通過曝氣器壁的氣孔定量流動(dòng)，其提供的氣壓與曝氣池中水的液位產(chǎn)生的水壓決定需要采用多少個(gè)氣孔的平面來產(chǎn)生氣泡，送氣室內(nèi)部和外部之間的水壓頭損失（壓差）的微小變化都會(huì)影響空氣流動(dòng)而產(chǎn)生的氣泡量。曝氣器不同曝氣孔徑的氣流流速與水壓頭損失的關(guān)系如圖1所示。本工程曝氣器孔徑設(shè)計(jì)為12.7 mm。

圖1 曝氣器曝氣孔氣流流速與水壓頭損失的關(guān)系曲線

1.3 標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移率

曝氣器在生化處理系統(tǒng)中起著供氧和混合的作用，其形狀、類型、曝氣孔徑大小、曝氣器數(shù)量的設(shè)計(jì)參數(shù)都會(huì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移率產(chǎn)生影響。標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移率是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下從氣相轉(zhuǎn)移到液相中的氧量占總供氧量的百分比。標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移率由式（1）計(jì)算：

式中：EA為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0.1 MPa,20℃)下曝氣器的氧轉(zhuǎn)移率，%；qc為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下曝氣器充氧能力，kg/h；0.28為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1 m3空氣所含氧的重量，kg/m3；q為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下曝氣器的氣流流速，m3/h。

由式（1）可知，標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移率EA取決于充氧能力與通氣量2個(gè)因素。

曝氣池中氧的轉(zhuǎn)移是個(gè)復(fù)雜的過程，受到污水性質(zhì)、氣流流速、液體紊動(dòng)程度、溶解氧的飽和度、液體溫度等因素的影響。由于曝氣器決定了曝氣池中溶解氧的飽和度和液體紊動(dòng)程度，因此曝氣器的性能在很大程度上影響氧的轉(zhuǎn)移。設(shè)計(jì)的大面積送氣式粗氣泡曝氣器由曝氣氣室、曝氣格柵、供氣管道、風(fēng)機(jī)機(jī)組等設(shè)備組成。

1.4 曝氣氣室

曝氣氣室采用SS304或SS316不銹鋼作為殼體和配件，氣室底部敞開，便于固體雜質(zhì)排出和避免雜質(zhì)進(jìn)入曝氣器，使其結(jié)垢和侵蝕影響系統(tǒng)運(yùn)行。氣室為長條形結(jié)構(gòu)，氣室兩側(cè)有3組平行的出氣孔，孔徑Φ12.7 mm，交叉排列在長度方向的3條直線上。鼓風(fēng)空氣從曝氣器的一端引入氣室，從氣孔注入到水中，氣流流速范圍0.2～2.4 m3/min。該設(shè)計(jì)流速可避免曝氣器氣孔堵塞而產(chǎn)生壓力不斷上升，使空氣流動(dòng)受阻而鼓風(fēng)機(jī)能量增加的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 曝氣氣室設(shè)計(jì)參數(shù)

1.5 曝氣格柵

曝氣格柵由鼓風(fēng)空氣曝氣格柵、油水廢氣曝氣格柵和氧化尾氣曝氣格柵組成。①含鹽污水和含油污水曝氣池每座池各設(shè)計(jì)6組鼓風(fēng)空氣曝氣格柵，每組格柵用Φ300 mm分流管從鼓風(fēng)空氣總管引入曝氣空氣，每根分流管在池底水平方向兩邊各安裝1根Φ200 mm水平管，水平管上安裝8根Φ100 mm格柵管，格柵管上安裝支架和三通接頭，曝氣氣室利用螺紋連接在三通上，分流管、水平管和格柵管的材質(zhì)均為不銹鋼SS304，三通材質(zhì)為不銹鋼SS316，6組鼓風(fēng)空氣曝氣格柵共安裝曝氣氣室384套。②含鹽污水曝氣池設(shè)計(jì)1組油水廢氣曝氣格柵，格柵上安裝曝氣氣室60套，將污水處理場隔油單元、氣浮單元、污油池、油泥浮渣池產(chǎn)生的油水廢氣通過廢氣風(fēng)機(jī)引入的曝氣池對(duì)其進(jìn)行處理。含油污水曝氣池設(shè)計(jì)2組氧化尾氣曝氣格柵，每組格柵上安裝曝氣氣室60套，從活性炭再生裝置通過尾氣風(fēng)機(jī)引入氧化尾氣對(duì)其進(jìn)行處理。

1.6 風(fēng)機(jī)機(jī)組

風(fēng)機(jī)機(jī)組由鼓風(fēng)機(jī)機(jī)組、油水廢氣風(fēng)機(jī)和氧化尾氣風(fēng)機(jī)組成，鼓風(fēng)機(jī)機(jī)組為5臺(tái)單級(jí)高速離心式鼓風(fēng)機(jī)，每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)由機(jī)殼、葉輪、聯(lián)合葉片控制器、齒輪箱、軸、軸承、軸封、潤滑油系統(tǒng)、聯(lián)軸器、電機(jī)、變頻器、底座及其它輔助設(shè)備組成。整個(gè)煉油污水生化處理系統(tǒng)所需鼓風(fēng)空氣量1 370 Nm3/min。單臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量460 Nm3/min，轉(zhuǎn)速15 000 r/min。鼓風(fēng)機(jī)將鼓風(fēng)空氣輸送到供風(fēng)總管，再分別從分流管輸送到各組曝氣格柵，總管壓力0.079 MPa，每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)根據(jù)供風(fēng)總管壓力調(diào)控鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)門導(dǎo)葉，調(diào)節(jié)供風(fēng)量和總管壓力。鼓風(fēng)機(jī)投運(yùn)數(shù)量根據(jù)生化處理系統(tǒng)運(yùn)行需要的空氣量由計(jì)算機(jī).控制系統(tǒng)確定，未投運(yùn)鼓風(fēng)機(jī)作為備機(jī)。5臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)輪流運(yùn)行，以使每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間大致相同，且停運(yùn)時(shí)間不超過6個(gè)星期，正常運(yùn)行時(shí)為“3用2備”。

2 安裝調(diào)試及參數(shù)調(diào)整

2.1 曝氣器安裝和調(diào)試

曝氣器安裝高度為離池底450 mm，在同一個(gè)池中的曝氣器水平誤差應(yīng)小于20 mm，以保證整個(gè)曝氣池曝氣均勻。曝氣器安裝完成后，往曝氣池中注清潔水，根據(jù)水平面調(diào)整曝氣器支架位置，調(diào)整和確認(rèn)曝氣器的水平度在水平誤差范圍內(nèi)。水平度調(diào)整后進(jìn)行曝氣器的氣密試驗(yàn)，檢查管線、曝氣器接頭及整個(gè)系統(tǒng)密封發(fā)性能，檢查泄漏點(diǎn)和安裝不正確之處。

2.2 溶解氧控制

曝氣池中微生物的可用氧為溶解氧質(zhì)量濃度應(yīng)控制在2.0～4.0 mg/L，以滿足微生物需氧量，確保需氧菌在菌體中占據(jù)優(yōu)勢。當(dāng)溶解氧小于1.0 mg/L及其他因素會(huì)促使其他菌體加快繁殖，其沉降特性差，會(huì)給污水處理裝置下游的澄清分離系統(tǒng)帶來影響；當(dāng)溶解氧大于4 mg/L會(huì)增加鼓風(fēng)機(jī)的能耗。

3 曝氣器測試及技術(shù)特點(diǎn)

3.1 曝氣器測試

曝氣器安裝調(diào)試后進(jìn)行不同水深氣流流速和標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移率的測試。水溫20℃，曝氣器安裝密度為1個(gè)/m2曝氣氣室，在水下不同深度時(shí)，測得的曝氣氣流流速與標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移率，以及二者之間的關(guān)系。

3.2 曝氣器技術(shù)特點(diǎn)

大面積送氣式粗氣泡曝氣器具有以下特點(diǎn)：①曝氣器具有阻力小、不易堵塞的特點(diǎn)，氣排出之后利用氣泡上浮動(dòng)力進(jìn)行曝氣擴(kuò)散；②曝氣器沒有易于磨損或振動(dòng)的活動(dòng)部件，這種設(shè)計(jì)和操作特性確保煉油污水生化處理系統(tǒng)無故障運(yùn)行；③曝氣氣室壁上的孔較多，空氣流動(dòng)量較大，氧氣的轉(zhuǎn)移量較高，鼓風(fēng)空氣在長方形孔平面上的分布均衡和恒定，大量的粗氣泡形成一個(gè)氣泡幕有利于生化反應(yīng)。

4 投用結(jié)果

中國石化某分公司新建煉油項(xiàng)目采用大面積送氣式粗氣泡曝氣器的煉油污水處理系統(tǒng)投入運(yùn)行后，通過該系統(tǒng)處理后煉油污水出水水質(zhì)經(jīng)監(jiān)測[6-7]，其化學(xué)需氧量、生物需氧量、氨氮等主要水質(zhì)指標(biāo)與進(jìn)水相比大幅度降低，低于該煉油項(xiàng)目EIA(環(huán)境影響評(píng)價(jià))批復(fù)排放指標(biāo)及GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)[8]。煉油污水處理進(jìn)水、出水水質(zhì)及該煉油項(xiàng)目EIA(環(huán)境影響評(píng)價(jià))批復(fù)排放指標(biāo)和GB 8978—1996一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 煉油污水處理進(jìn)和出水水質(zhì)及排放指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)

5 結(jié)論

1）大面積送氣式粗氣泡曝氣器適用于需要高速率鼓風(fēng)空氣輸送的煉油污水生化處理系統(tǒng)，是煉油污水生化處理的首選曝氣方式。

2）經(jīng)生化處理系統(tǒng)處理后的煉油污水水質(zhì)完全達(dá)到該新建煉油項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告批復(fù)的污水排放標(biāo)準(zhǔn)和GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，處理后出水完全達(dá)標(biāo)排放。

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The design,structure,technical characteristics and installation debugging of the coarse bubble aerator for the wastewater treatment engineering of a new refinery project of SINOPEC are introduced.The biochemical treatment system of the sewage treatment project uses large-area coarse air bubble aerator,its air flow amount and oxygen transfer amount are large,which is conducive to the adsorption and degradation of organic pollutants and odor in refinery wastewater.Treatment results show that,the main water quality indexes of the treated refinery wastewater are in line with the emission standard of the EIA(Environmental Impact Assessment)approved by the refinery project and the first discharge standard of GB 8978—1996 “Comprehensive Wastewater Discharge Standard”,and the treated refinery wastewater can be directly discharged.

aeration technology;coarse bubble;aerator;installation debugging;parameter adjustment

周健生（1979-），男，工程師，現(xiàn)從事石油化工工程咨詢和管理工作。

尉立崗

2017-05-17