流砂過濾器在石化污水深度處理中的應用

徐斌

（中國石化九江分公司，江西九江 332004）

1 工程概況

某煉油污水處理場尾水厭氧/好氧（Anaerobic/Oxic，A/O）處理系統無剩余污泥去除設施，長期運行過程中，其緩沖池底部集聚了大量污泥，該污泥沉在池底長時間缺氧，氣溫高時會不斷上翻，并隨著水流排出，導致出水懸浮物（SS）偏高。實踐證明流砂過濾對于工業污水中的SS有著良好的處理效能[1-2]，為降低A/O系統出水SS，提高出水水質，該企業對其實施了升級改造，采用該方法進行SS深度處理，該流砂過濾裝置設計處理規模為500 m3/h，設計進出水水質如表1所示。

表1 設計進、出水水質

2 工藝簡介及主要設備參數

2.1 流砂過濾器工藝原理

流砂過濾器是移動床向上流連續過濾器的簡稱。流砂過濾器內選用了粒徑為（0.8~1.2）mm，均勻系數為1.4的天然均質石英海砂。過濾時，由提升泵將原水提升至高位水箱，自流入過濾器底部環形配水管，經內部錐形引水道折流均勻進入濾床，水向上流動，并充分、均勻地與濾料接觸，原水中的SS被截留在濾床上，清水由頂部的出水堰溢流排放。

在過濾的同時，截留了污染物的石英砂通過底部的氣提單元提升至頂部的洗砂單元（三相分離器）中進行清洗。提砂的動力為（0.5~0.7）MPa的壓縮空氣。由于水、濾料、壓縮空氣在提砂管內劇烈摩擦作用，濾料截留的雜物被洗脫。洗凈后的砂在洗砂單元中因重力自上而下重新回到濾床中，洗砂水則通過單獨的管路排放，完成整個連續循環洗砂和過濾過程。流砂過濾器結構如圖1所示。

圖1 流砂過濾器結構

2.2 流砂過濾器工藝特點

流砂過濾器與其他過濾器相比具有以下特點：

a）連續自清洗過濾，無需停機進行反沖洗，運行維護簡便。

b）成套設備結構簡單，無需反沖洗裝置，占地面積小。

c）操作人員可直接觀察石英砂濾料的清洗過程，并根據運行情況進行調節以達到最佳過濾效果。

d）應用混凝反應機理和沉降機理，可有效去除水中的懸浮物和膠體物質，處理效果好。

2.3 裝置流程簡述

A/O系統出水經原水提升泵輸送至高位水箱，與絮凝劑聚合氯化鋁（PAC）充分混合，在重力作用下從流砂過濾器下部進入濾床，污水在向上運動的過程中，其中的SS被砂體截留，濾液經出水口外排，而被污染的濾料通過底部的提砂泵提升至頂部的洗砂器中進行清洗，循環利用。洗砂污水排入污水池中，經污水泵提升至污水處理場沉淀池。工藝流程如圖2所示。

圖2 流砂過濾工藝流程

主要構筑物及設備參數見表2。

表2 主要設備參數

3 裝置運行中出現的問題及優化措施

流砂過濾器投入運行以后，陸續出現提砂泵不提砂、提砂泵使用壽命短、壓縮空氣壓力不足、三相分離器噴砂等問題，影響裝置穩定運行，具體原因及優化措施如下。

3.1 提砂泵不提砂

現象：裝置運行一段時間后，流砂過濾器提砂泵出現不同程度堵塞、無法提砂等現象，打開集砂箱檢查，發現濾料中夾雜粘泥、樹葉等雜質（如圖3b所示），導致濾料粘度增加，流動性降低，甚至造成濾料板結，堵塞提砂口，最終導致提砂泵無法提砂。

圖3 集砂箱中濾料污染前后對比

優化措施：①清除集砂箱中被污染的濾料及其他雜質，少量進水，將濾料表面粘泥清洗干凈，恢復提砂過程，與王基成等人的實踐經驗基本一致[3]；②在原水提升泵吸入口增設過濾器，并清理吸入口粘泥，去除原水中的雜質。

3.2 提砂泵使用壽命短

現象：設計采用PPR材質的提砂泵及提砂管（如圖4a所示），水、濾料和壓縮空氣在提砂管內劇烈摩擦，清洗濾料截留的雜物，長期摩擦使提砂泵出口磨損嚴重，最終導致提砂管破裂，如圖4b所示。

優化措施：現場測量提砂泵及提砂管參數，根據其大小制作鑄鐵的提砂設施，如圖4c所示，使用壽命大幅延長。

圖4 提砂設施優化前后對比

3.3 壓縮空氣壓力不足

現象：設計空壓機供氣壓力為（0.5~0.7）MPa，一開一備，但實際運行時，因空壓機供氣量不足，單臺空壓機供氣壓力僅為（0.3~0.4）MPa，無法滿足空氣壓力需求，同時運行兩臺空壓機時供氣壓力為（0.5~0.55）MPa，基本可以滿足需求，但無備用空壓機，一旦空壓機故障，流砂過濾器將無法正常運行。

優化措施：污水處理場內設有0.6 MPa非凈化風管線，故就近引DN50的非凈化風管線至流砂過濾裝置，運行時壓縮空氣壓力可穩定維持在0.58 MPa，滿足生產需求，并將兩臺空壓機作為備用，降低了運行能耗。

3.4 三相分離器噴砂

現象：由于裝置運行初期原水帶有粘泥，易附著于濾料上，導致進入三相分離器內的濾料不易散落，落砂錐體高度增加，提砂管內提上來的濾料不斷積累，裝滿三相分離器后堵塞出氣口，最終導致三相分離器噴砂，如圖5b所示。

圖5 三相分離器噴砂

優化措施：清理原水吸入口粘泥，減少原水中雜質，并定期人工破壞三相分離器內的落砂錐體。

4 影響裝置運行效果的主要因素

影響流砂過濾器運行效果的因素較多，主要有藥劑種類、加藥量、提砂風量、原水水量及原水SS含量等[2]。該裝置除開工初期受原水夾帶粘泥影響外，原水水量及原水SS含量相對穩定，為摸索最佳操作條件，提高流砂過濾器運行效率，故從藥劑種類、加藥量及提砂風量來試驗分析其對該裝置運行效果的影響。

4.1 藥劑種類及加藥量

該污水處理場使用的PAC有兩種，即EN-101型高效復合混凝劑和HL-701型絮凝劑。將原水水量控制為500 m3/h，提砂風量控制為11 m3/h，分別取兩種藥劑，將加藥量分四階段從5 mg/L逐步升高至20 mg/L，每階段持續2 d，以SS去除率變化為參考，從圖6可以看出，HL-701型絮凝劑明顯優于EN-101型高效復合混凝劑，且隨著PAC投加量增加，SS去除率相應增大，但當PAC投加量大于15 mg/L時，SS去除率無明顯增長，與李善仁[4]等人的結論一致。考慮到工業應用的經濟性，最終確定采用15 mg/L的HL-701型的PAC作為絮凝劑。

圖6 不同藥劑及加藥量對SS去除率的影響

4.2 提砂風量

經優化調整后，壓縮空氣的壓力保持在0.58 MPa，設計提砂風量為11 m3/h，為確定流砂過濾的最佳提砂風量，將原水水量控制為500 m3/h，投加HL-701型絮凝劑，加藥量控制為15 mg/L，將提砂風量從7 m3/h逐步升高至13 m3/h，以SS去除率變化為參考，結果如圖7所示，提砂風量在9 m3/h時流砂過濾器運行效果較好。

圖7 提砂風量對SS去除率的影響

5 運行效果評價

采取優化措施后，流砂過濾裝置達到穩定運行狀態，并對該裝置進行了72 h性能考核，每12 h采樣分析，考核期間控制原水水量500 m3/h，加藥量15 mg/L，提砂風量9 m3/h，運行情況如表3所示。

從表3可知，原水SS為（26~45）mg/L，平均值為37 mg/L；出水SS為（6~9）mg/L，平均值為7.7 mg/L，去除率平均值為78.8%。運行結果表明流砂過濾工藝在石化污水深度處理中對污水中SS具有很好的去除效果。

表3 性能考核期間流砂過濾裝置運行情況

6 結論

流砂過濾工藝能夠高效去除石化污水中的SS，最高去除率達到84.6%，平均去除率可達78.8%，出水指標滿足設計要求。不同藥劑種類對污水中SS去除率有較大影響，且隨著藥劑投加量的增加，SS去除率呈上升趨勢，考慮到污水處理的經濟性，選用投加量為15 mg/L的HL-701型絮凝劑。流砂過濾工藝具有占地面積小，運行維護簡便，處理效果穩定、運行能耗較低等特點，能夠在污水深度處理中發揮較好的作用。