旋流分離-氣浮組合裝置處理石化企業(yè)煉油污水

熊碧華，王貴賓，何慶生，趙梓名

（1. 中國(guó)石化北海煉化有限責(zé)任公司，廣西 北海 536000；2. 中石化煉化工程（集團(tuán)）股份有限公司 洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心，河南 洛陽(yáng) 471003）

石化企業(yè)煉油污水成分復(fù)雜，是一種集乳化油、懸浮油、溶解性有機(jī)物及鹽于一體的多相體系，主要污染物包括石油類(lèi)、多環(huán)芳烴、硫化物、揮發(fā)酚、懸浮物等［1-2］。因原油來(lái)源、化工產(chǎn)品和煉化工藝各異，不同石化企業(yè)煉油污水中的污染物含量及分布各不相同，此外生產(chǎn)過(guò)程的波動(dòng)也會(huì)改變污水中污染物的含量及性質(zhì)，致使煉油污水成分復(fù)雜多變，COD及難降解物質(zhì)含量高［3］。目前傳統(tǒng)的煉油污水處理技術(shù)工藝復(fù)雜、抗負(fù)荷能力差、污水停留時(shí)間長(zhǎng)、除油效率低，且有大量VOCs氣體排放等問(wèn)題［4］，很難滿(mǎn)足日益嚴(yán)苛的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，開(kāi)發(fā)緊湊、高效的油水分離技術(shù)逐漸成為煉油污水預(yù)處理的研究熱點(diǎn)［5-7］。旋流分離-氣浮裝置是一種將低強(qiáng)度旋流離心技術(shù)耦合于立式氣浮罐內(nèi)的新型含油污水凈化處理技術(shù)［8］，而旋流分離-氣浮一體化工藝對(duì)煉油污水的預(yù)處理研究，目前鮮有報(bào)道［9］。

本研究采用一體化除油設(shè)備——旋流分離-氣浮組合裝置，對(duì)某石化企業(yè)煉油污水進(jìn)行了油水分離側(cè)線(xiàn)試驗(yàn)，為滿(mǎn)足煉油污水回用與排放要求提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)水質(zhì)

煉油污水主要為原油罐區(qū)、常減壓裝置、循環(huán)水場(chǎng)、化學(xué)水站及污水處理場(chǎng)排水，具體水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 煉油污水水質(zhì) ρ，mg/L

石油類(lèi)含量采用紫外分光測(cè)油儀（DR5000型，哈希公司）測(cè)定；SS采用重量法（GB 11901—1989）［10］測(cè)定；COD采用快速消解分光光度法（HJ/T 399—2007）［11］測(cè)定；TP分析采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893—1989）［12］測(cè)定。

2 試驗(yàn)裝置與工藝流程

2.1 旋流分離-氣浮組合裝置

新型旋流分離-氣浮組合裝置主要包括微氣泡發(fā)生系統(tǒng)、旋流分離-氣浮分離系統(tǒng)、三相分離系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，采用立式、橇裝模塊式結(jié)構(gòu)布局，長(zhǎng)6.0 m，寬3.0 m，高4.0 m，見(jiàn)圖1。該裝置比傳統(tǒng)氣浮裝置體積小、質(zhì)量輕、停留時(shí)間短，用其處理廢水具有成本低、效率高、操作方便、抗沖擊能力強(qiáng)等特點(diǎn)［13］。其中的旋流分離-氣浮罐同時(shí)具有低強(qiáng)度旋流離心分離與氣浮分離兩種作用，有效容積1.5 m3，占地面積較常規(guī)氣浮裝置減小60%以上，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

圖1 旋流分離-氣浮組合裝置照片

2.2 工藝流程

煉油污水經(jīng)提升泵流經(jīng)微氣泡發(fā)生器，與高壓空氣充分混合，形成微氣泡。氣水混合物在壓力作用下與絮凝劑充分混合后切向流入旋流分離-氣浮罐中，在入口導(dǎo)片的引導(dǎo)下形成柔和的旋流運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，煉油污水中的油滴及懸浮物顆粒附著在微氣泡上并上浮，進(jìn)行氣、油、水三相的快速分離。氣和油從旋流分離-氣浮罐上部排出，進(jìn)入三相分離器進(jìn)一步分離，分離后產(chǎn)生的廢氣和污油實(shí)現(xiàn)密閉收集；處理后的污水從旋流分離-氣浮罐下部排出，進(jìn)行生化處理或進(jìn)入下游污水處理裝置［14］。

該組合裝置設(shè)計(jì)處理量為10 m3/h、停留時(shí)間為9 min，注氣壓力為0.20～0.35 MPa、注氣比（注入空氣體積與污水處理體積之比）為7%～8%、分流比（分流至三相分離器的污水體積與污水處理體積之比）為2.5%。

3 結(jié)果與討論

3.1 除油效果

旋流分離-氣浮組合裝置連續(xù)運(yùn)行的除油效果見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)：進(jìn)水石油類(lèi)質(zhì)量濃度波動(dòng)較大，為32.1～140.0 mg/L，平均為55.3 mg/L；但在40 d的連續(xù)運(yùn)行期間，處理后出水中石油類(lèi)質(zhì)量濃度均低于20 mg/L，平均為13.9 mg/L，平均除油率為72%，處理效果穩(wěn)定，滿(mǎn)足預(yù)期的裝置設(shè)計(jì)指標(biāo)。

圖2 旋流分離-氣浮裝置連續(xù)運(yùn)行的除油效果

石油類(lèi)高負(fù)荷沖擊對(duì)除油效果的影響見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)，從第41天開(kāi)始，受上游裝置排水影響，進(jìn)水石油類(lèi)質(zhì)量濃度高達(dá)108.9～248.9 mg/L，處理后出水的石油類(lèi)質(zhì)量濃度仍然低于20 mg/L的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，平均除油率可達(dá)87%，表明旋流分離-氣浮組合裝置具有較高的油水分離效率和抗沖擊能力，符合預(yù)期運(yùn)行指標(biāo)，可保證裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

圖3 石油類(lèi)高負(fù)荷沖擊對(duì)除油效果的影響

3.2 COD的去除效果

COD的去除效果見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，在進(jìn)水COD為308～528 mg/L時(shí)，處理后出水的平均COD為254 mg/L，平均COD去除率為39%，表明旋流分離-氣浮組合裝置在去除石油類(lèi)的同時(shí)也對(duì)COD有一定的處理效果。

圖4 COD的去除效果

3.3 TP的去除效果

TP的去除效果見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)，在進(jìn)水TP為0.16～0.55 mg/L時(shí)，處理后出水TP為0.01～0.08 mg/L，平均為0.03 mg/L，TP去除率為76%～97%，平均為92%。表明旋流分離-氣浮組合裝置依靠化學(xué)絮凝反應(yīng)對(duì)TP也有去除效果，且去除效率比常規(guī)氣浮更高。

圖5 TP的去除效果

3.4 SS的去除效果

SS的去除效果見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn)：SS的去除率隨進(jìn)水中SS的變化出現(xiàn)小范圍波動(dòng)，其中當(dāng)進(jìn)水SS為184 mg/L時(shí)，SS去除率最高，可達(dá)到88%；在進(jìn)水SS為86～184 mg/L、平均SS為127 mg/L的條件下，處理后出水的SS為16～32 mg/L，平均SS為23 mg/L，平均SS去除率達(dá)到81%。

圖6 SS的去除效果

3.5 非甲烷總烴含量的測(cè)定

旋流分離-氣浮罐和三相分離罐內(nèi)廢氣中非甲烷總烴的質(zhì)量濃度見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，旋流分離-氣浮罐廢氣中非甲烷總烴的質(zhì)量濃度在2200 mg/m3以下，三相分離罐廢氣中非甲烷總烴的質(zhì)量濃度在2400 mg/m3以下。本試驗(yàn)期間，廢氣經(jīng)過(guò)集中收集處理后，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異味，不會(huì)對(duì)操作人員和環(huán)境造成危害，符合該企業(yè)的環(huán)保要求。

表2 廢氣中非甲烷總烴的質(zhì)量濃度 mg/m3

3.6 經(jīng)濟(jì)成本對(duì)比分析

該石化企業(yè)現(xiàn)有兩級(jí)氣浮（渦凹?xì)飧『腿軞鈿飧。┕に嚨脑O(shè)計(jì)水處理量為100 m3/h，污水停留時(shí)間為90 min左右，運(yùn)行成本主要包括藥劑消耗及機(jī)泵用電等。旋流分離-氣浮組合裝置側(cè)線(xiàn)試驗(yàn)工藝的處理水量為10 m3/h，污水停留時(shí)間為9 min，運(yùn)行成本主要包括壓縮空氣、藥劑消耗和機(jī)泵用電等。現(xiàn)有工藝及側(cè)線(xiàn)試驗(yàn)工藝的運(yùn)行成本估算詳見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn)，旋流分離-氣浮組合裝置的每噸廢水處理費(fèi)用為0.203元左右，低于該廠(chǎng)現(xiàn)有兩級(jí)氣浮工藝。若將側(cè)線(xiàn)試驗(yàn)裝置進(jìn)水泵更換為節(jié)能型機(jī)泵，能耗還會(huì)進(jìn)一步降低。除此之外，該裝置用于煉油污水處理具有停留時(shí)間短、異味小、無(wú)堵塞等特點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了裝置密閉化、穩(wěn)定化運(yùn)行，與傳統(tǒng)處理工藝相比，具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景。

表3 現(xiàn)有工藝及側(cè)線(xiàn)試驗(yàn)工藝的運(yùn)行成本

4 結(jié)論

a）采用旋流分離-氣浮組合裝置處理煉油污水，在進(jìn)水石油類(lèi)質(zhì)量濃度為32.1～140.0 mg/L的條件下，處理后出水的平均石油類(lèi)質(zhì)量濃度為13.9 mg/L，平均除油率達(dá)到72%。在處理石油類(lèi)質(zhì)量濃度為108.9～248.9 mg/L的高濃度污水時(shí)，處理后出水的石油類(lèi)質(zhì)量濃度仍然低于20 mg/L的預(yù)處理指標(biāo)要求，平均除油率達(dá)到87%，表明旋流分離-氣浮組合裝置具有較好的抗沖擊效果。

b）旋流分離-氣浮組合裝置對(duì)煉油污水的COD，TP，SS的去除率分別為39%，92%，81%。

c）旋流分離-氣浮組合裝置的運(yùn)行費(fèi)用為0.203元/t（以廢水計(jì)），優(yōu)于現(xiàn)有的渦凹?xì)飧∨c溶氣氣浮工藝，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

d）該裝置可代替石化企業(yè)常規(guī)的隔油池和渦凹?xì)飧　⑷軞鈿飧⊙b置，并且占地面積小、處理效果好，實(shí)現(xiàn)了廢水的裝置化和密閉化處理，且無(wú)異味，具有較好的工業(yè)應(yīng)用前景。