煉油生化剩余污泥催化深度減量技術的工業應用

吳 潮 漢

(中國石化湛江東興石油化工有限公司，廣東 湛江 524012)

近年來我國環保產業得到了快速發展，污水處理能力及實際處理量得到迅速提高，有效保護了水環境。但在污水處理過程產生的大量生化剩余污泥未得到妥善處理，廣泛采用的機械脫水效果不盡人意，脫水泥餅含水率仍然較高，污泥減容減量效果尚不能滿足環保要求。當污泥含水率(w)從98%降低到80%，污泥體積減少90%；當含水率降低到60%，殘留體積減少95%(即殘留污泥體積只是含水率98%的5%)，說明含水率對污泥減量影響巨大。因此，要大幅減少脫水污泥殘留體積，必須大幅降低脫水污泥的含水率。

生化剩余污泥由大量水和少量大分子有機物、微生物及其代謝物、無機顆粒物等組成，成分極其復雜，其中水主要以自由水(質量分數約80%)、間隙水(質量分數約13%)、結合水(質量分數約5%)和內部水(質量分數約2%)4種形態存在。這些不同存在形態的水脫除難易程度不同，自由水和間隙水較易脫除，采用機械方法一般可以其將脫除；結合水和內部水脫除困難，僅用機械方法難以脫除。因此，要實現污泥深度脫水，必須與其他方法結合(如化學方法)[1-3]。

采用催化熱處理方法，將導致存在結合水的大分子碳水化合物降解，轉化為水溶性小分子有機物，可以消除結合水的存在條件，不但使污泥的脫水性能得到改善，可使含水率降低到60%以下；而且大幅減少揮發性懸浮物(VSS)，從而使污泥實現大幅減量。中國石化石油化工科學研究院、中國石化湛江東興石油化工有限公司、湛江遠通高新技術有限公司等單位合作研發了SMR污泥減量技術[4-5]，對含水率98.3%的生化剩余污泥進行處理后，脫水殘渣含水率小于60%，VSS去除率平均達到78.3%，使污泥實現了大幅減量，環境效益和經濟效益顯著。以下介紹SMR污泥減量技術的工業應用情況。

1 生化剩余污泥組成

煉油生化剩余濃縮污泥的主要性質如表1所示。表1數據顯示：生化剩余濃縮污泥含水率97.6%～98.2%，懸浮物(SS)質量濃度18 554～23 640 mg/L，VSS質量濃度為13 344～17 090 mg/L，蛋白質(PTN)質量濃度為8 142～9 005 mg/L，VSS/SS質量濃度比為0.72，為典型的生物質污泥。毛細吸水時間(CST)大于150.3 s、污泥比阻(SRF)大于2.67×1013m/kg，脫水性能非常差。

表1 煉油廠生化剩余濃縮污泥主要性質

2 SMR污泥減量技術

2.1 技術特點

SMR工藝技術是在一定溫度下通過催化方法將污泥中固形高分子有機物降解，使其轉變為水溶性小分子有機物，消除污泥中的間隙水、表面水和結合水，使污泥脫水性能得到顯著改善、泥水容易分離[6]、剩余的少量殘留污泥容易脫水，從而實現污泥體積大幅度減量和減容的技術。圖1是處理前后的污泥照片。

圖1 生化剩余污泥經SMR污泥減量處理前后照片

2.2 工藝流程

SMR污泥處理技術以催化熱降解固形高分子有機物為核心，包括污泥催化熱解、降解液泥水高效分離、殘渣穩定和深度脫水等工藝過程，其工藝流程示意見圖2。

圖2 SMR污泥減量技術工藝流程示意

2.3 工藝參數

以SMR工藝為核心的工業化污泥減量裝置采用撬裝化設計，處理能力為12 000 m3/a，采用催化熱消解技術，為蒸汽作為熱源，消解液返回污水生化系統或作為反硝化碳源，脫水殘渣外委專業公司處理。裝置包括污泥催化熱解、降解液泥水高效分離、殘渣穩定和深度脫水部分，主要設計參數：催化消解溫度175～185 ℃；進料污泥含水率97%～99%；脫水殘渣含水率不大于60%；VSS去除率不低于70%。

3 SMR污泥減量裝置運行效果

3.1 標定條件

2020年7月SMR污泥減量裝置在湛江東興石化公司投入工業化運行，2021年6月2日11：30至6月5日14：00對該裝置運行進行技術標定，標定期間反應溫度175～180 ℃，污泥處理流量穩定在1.25 m3/h，連續標定74.5 h的運行效果。標定期間，每天1：00、9：00和17：00分別從SMR工藝裝置進料泵出口、進料與減量劑混合后出口、反應器出料口、穩定罐出料口進行3次采樣。操作參數通過分散控制系統(DCS)控制并可拷屏記錄留存，間隔時間3 h，記錄SMR污泥減量裝置進料量、蒸汽流量和反應溫度等工藝參數。

3.2 濃縮污泥性質

標定期間生化剩余污泥經過濃縮的主要性質如表2所示。從表2可以看出，標定期間的污泥含水率為98.32%～98.39%，SS質量分數為1.61%～1.68%，VSS質量分數為1.11%～1.23%，VSS與SS質量分數比為69.4%～72.6%。該污泥為典型的生物質污泥，其污泥含水率、SS和VSS含量比較穩定，與標定前的污泥性質基本相同。

表2 SMR污泥減量裝置標定期間的生化剩余污泥基本性質

3.3 VSS去除率

一般來說，生化剩余污泥中的VSS含量越高，污泥越難脫水；反之，VSS含量越低，污泥越容易脫水。標定期間污泥中VSS的去除率見表3。從表3可以看出，SMR污泥減量裝置對污泥VSS的最大去除率為79.3%、最小為75.0%、平均為78.3%。這些結果說明SMR污泥減量裝置運行平穩，且對VSS具有很高的去除率。

表3 標定期間SMR污泥減量裝置對污泥VSS的去除率

3.4 污泥脫水性能

毛細吸水時間和污泥比阻是表征污泥脫水性能的兩個關鍵技術指標，其數值越大，說明污泥的脫水性能越差。當CST<20 s、SRF<2×1013m/kg時，污泥具有良好的脫水性能。表4是煉油生化剩余污泥經SMR污泥減量裝置處理前后的污泥比阻和毛細吸水時間的變化情況。表4結果顯示：未經SMR工藝裝置處理的污泥CST和SRF分別為272 s和4×1013m/kg，分別大于20 s和2×1013m/kg，說明未處理的污泥脫水非常困難；污泥經過SMR污泥減量裝置處理后的CST和SRF分別為15 s和1.5×1013m/kg，分別小于20 s和2×1013m/kg，說明經過SMR工藝裝置處理的生化剩余污泥脫水性能得到了顯著改善，脫水性能良好。

表4 SMR污泥減量裝置處理前后的污泥脫水性能對比

生化剩余污泥經過SMR污泥減量裝置處理，約80%的VSS轉變為水溶性有機物，剩余的殘渣主要是無機固形物。表5是剩余殘渣經機械脫水后的含水率。從表5可以看出，經SMR污泥減量裝置處理的生化剩余污泥殘渣脫水后的含水率最大為57.9%，最小為55.7%，平均為57.1%，說明經SMR污泥減量裝置處理后生化剩余污泥的脫水性能得到了顯著改善，含水率降至小于60%的填埋要求，可以直接進行填埋。

表5 經SMR污泥減量裝置處理的殘渣脫水泥餅含水率

生化剩余污泥經SMR污泥減量裝置處理產生的消解液BOD5/COD比為0.31，說明其具有良好的可生化特性，可以作為反硝化碳源，實現資源化利用。

圖3是脫水泥餅照片，經SMR污泥減量裝置處理后，剩余殘渣變為成形且無異味的泥塊。

圖3 經SMR污泥減量裝置處理后的泥餅照片

3.5 運行費用

SMR污泥減量裝置運行費用主要包括減量劑、蒸汽、電、凈化風、除鹽水及硫酸、剩余殘渣外委費，根據各物料的單耗和單價計算，標定期間總運行成本6 750元。共處理平均含水率98.3%的生化剩余污泥114 t，產生脫水殘渣0.64 t，減量率達到99.4%，單位污泥處理費用為59.2元/t。與SMR污泥減量裝置投入運行前采用的“機械脫水+熱干化”處理工藝相比，污泥殘渣減少了70%，綜合成本降低了約40%，顯示出優異的環保效益和經濟效益。

4 結 論

(1)經SMR污泥減量裝置處理的煉油生化剩余污泥的脫水性能得到了顯著改善。其CST和SRF從處理前的272 s和4×1013m/kg分別降低到處理后的15 s和1.5×1013m/kg，剩余殘渣脫水泥餅平均含水率為57.1%。

(2)SMR污泥減量裝置對煉油生化剩余污泥VSS去除效果顯著，平均去除率達到78.3%，產生的消解液BOD5/COD比為0.31。

(3)對含水率為98.3%、VSS/SS質量濃度比為70%的煉油生化剩余污泥，經SMR污泥減量裝置處理后減量率達到99.4%，且殘渣無異味。生化剩余污泥處理的綜合成本為59.2元/t，較常規“機械脫水+熱干化”處理成本降低40%、殘留量減少70%。

(4)SMR污泥減量裝置的操作環境友好、無異味，操作簡單，可通過DCS控制。