水處理技術在煉油廠的應用

馬孟印

（陜西延長石油延安煉油廠供排水車間，陜西延安 727406）

近年來，我國水資源短缺的問題日益嚴峻，但是為保證產業結構轉型等問題，石油化工產業也發展迅猛，對水資源的需求不斷上升，水資源需求量日益提高，水資源短缺已成為制約我國經濟發展的瓶頸。隨著環保意識與可持續發展意識逐漸深入人心，相關部門已經針對該矛盾擬定了諸多政策，對石油化工產業的污水回用已經成為社會大力倡導的工作。實現污水回用的煉油廠不但能夠保護環境，綠色生產，從長遠來看，其經濟效益也十分可觀。污水回用的手段很多，目前常用的工藝是“隔油—氣浮—生化處理—過濾后處理”，具備投入小，回報高，處理效果明顯等優點[1]。

1 目前我國石化污水處理的發展與現狀

國內污水處理技術起步較晚，從1985年開始，逐步邁入正軌。首先以個別地區的石化企業作為試點，研究污水處理技術。直到2008年后，隨著環保觀念的深入，污水處理工作受到國家的高度重視，污水回用技術開始得到了廣泛的研究，各地區的污水處理設施不斷增建，規模不斷擴大。盡管大部分的石油化工廠已經采購了專門的機器對污水進行處理，但是很多企業處理后的污水依然無法達到排放的程度。石化工業中產生的廢水含有復雜的物質，需要一個完備的流程才能夠將其中的有害物質去除，而很多企業只能對其中某一類污染物進行去除，剩余的含有污染物的污水排放后依然會對環境造成污染。隨著我國對污水排放標準的一再提升，逐步完善了整個污水處理流程，盡可能地去除其中大部分的污染物質，達到國家規定的排放標準。到了今天，僅僅排放處理后的污水已經不能滿足人們的需求，很多企業已經完成了具有污水處理和水資源回收利用等多重功能的水資源循環體系[2]。

盡管目前我國污水處理已經能夠完成回用的目標，但是所采用的方法與設備大同小異，依然存在以下幾點問題。

1）石化工業技術不成熟，用水量過大。有數據表明，我國每噸油耗水量高達2.73m3，是國際平均水平的4.74倍，對我國水資源造成了巨大的浪費，甚至制約我國缺水地區的快速發展。

2）污水處理出水質量良莠不齊，很多企業沒有對污水進行分類處理，籠統地將生化出水通入污水凈化裝置，沒有經過專業的水質分析，不能保證出水的質量。

3）我國現在仍然缺乏詳細的污水回用水質標準。回用水中依然會存在一定量的有機物、懸浮物、微生物、各類鹽離子和氨氮化合物等，類似物質含量過高會導致回用水系統出現故障，造成巨大的經濟損失。而且各系統對回用水水質的承受力不完全相同，這也對行業內部的回用水標準產生了一定的影響。對回用水水質規則的細化和全面化是當前必須解決的問題。

從這幾方面來看，在節水減排凈化技術上，我國依然有很長的一段路要走。

2 水質檢測

石化污水大概可以分為兩種類型，一種是毒性較小的、含有有害物質單一的清凈污水，該類污水常來源于工藝中和水換熱設備用水以及降雨存儲水。另外一類是在工藝裝置中產生的工業污水，該類污水毒性大，成分復雜，難以通過一般手段凈化處理。

煉油廠的污水來源大致有幾個方面。第一是煉油工藝中生產的工業生化污水，其中含有較多有害的含氮含硫的化學物質。第二是來自機器泄漏或者維護保養所產生的含油污水。第三是雨水流經排水溝等管道進入污水系統。實行清污分流方案，對污水進行分類處理，能夠更有效地對污水中的有害物質進行分離并凈化，提高污水處理的效率和凈化程度。

為了對污水處理有更加深入的理解，首先要對污水進行水質分析，檢查其中的污染物含量狀況。石化污水中常常存在的有害物質有懸浮物、細菌、氮磷硫化合物以及各類溶解鹽。這些物質極易在水處理系統中生成泥狀物，一方面使系統的散熱性下降，另一方面會對某些設備、閥門以及接口造成腐蝕，縮短設備使用壽命。為提高污水的凈化回用率以及污水處理設備的使用年限，要對污水中的各類物質進行含量分析。各有害元素含量檢測方法如下：

硫化物通過碘量法進行測量，揮發酚類物質通過溴化滴定法進行檢測、COD含量通過重鉻酸鉀法進行檢測，石油類物質通過OCMA-200油分測定儀進行檢測，懸浮物質含量通過微孔濾膜儀進行檢測、氨氮的含量通過分光光度法進行檢測、pH通過酸度計進行檢測，氯離子含量通過滴定法進行檢測，細菌含量通過絕跡稀釋法進行檢測估算[3]。

通過上述檢測方法，能夠精確測定污水中各有害物質的含量，首先能夠為處理前后的污水提供參照標準，更有效的觀察污水處理是否達到標準。其次也能針對某種過量產生的物質進行針對性的單獨處理，使得污水處理更加合理充分。

3 石化污水處理中常用方法

由于石化污水中含有成分復雜的有害物質，所以難以通過單一的步驟進行污染物去除，需要進行多層次的處理才能夠達到凈化效果。在凈化污水過程中，防止各個步驟相互干擾，生成更加難以處理的化合物也是處理過程中應該重視的問題。

3.1 臭氧+超聲波強氧化處理

臭氧是一種常用的強氧化劑，能夠與水中的微生物以及多種有機物進行反應，是能夠使污水中的COD和微生物含量顯著下降的手段。臭氧處理技術出現時間很早，目前已經趨于成熟。其反應原理是通過臭氧在特定的環境下產生氧元素自由基[O]，從而使整個污水處理的化學反應不間斷地進行到底，高效去除污水中的有害元素。另外在含有大量油類的污水中，臭氧具備強氧化性，能夠使石油在短時間內迅速氧化，去除污水中的油類物質。

超聲波技術則是一種通過高度集中的聲波積蓄能量的技術，在后續階段將所有積蓄能量瞬間釋放，強大的能量能夠促進臭氧的裂解變化，使產生的氧元素自由基[O]速度更快，數量更多。同時，強大的能量輸出對于污水中的某些微生物和絮狀結塊物質等一些有害物質也能夠起到較好的清除作用。

超聲波技術和臭氧氧化技術都是常用的處理污水的手段。近年來，為提高污水的處理速度和凈化效率，已經研究出讓臭氧和超聲波技術協同出現的技術[4]。由于超聲波技術能夠提供大量的能量，所以臭氧能夠更快速地融入污水中，促進臭氧分解成氧元素自由基，加快污水中污染物的反應降解。最重要的是，在超聲波的作用下，相比于單獨的臭氧氧化處理，超聲波作用下的臭氧裂解會額外產生更多的氧元素自由基，在處理過程中，可以少添加一些臭氧原料，節省投入成本。

3.2 強化生物技術

近年來，快速發展的生物技術為污水處理提供了更多的選擇。生物技術中最關鍵的是生物膜法，該方法通過微生物在特定培養膜材料上生長，生成帶有微孔結構的生物膜。廢水中的有機物可以被微生物吸收利用而得到降解，獲得深層次的凈化處理。生物膜一般以生物活性炭為骨架進行掛載。生物活性炭具有強力的吸附性，能夠將污水中的有機物吸附到生物膜上，并進行利用。這個過程是雙向的，生物膜的微生物對活性炭也有再活化的功能，相輔相成。將污水通入高比表面積的生物活性炭和生物膜覆蓋池，經過活性炭的吸附、微生物的吸收代謝、膜的過濾等環節，污染物能夠得以深度凈化，這一過程稱之為生物濾池技術[5]。

生物膜技術相比其他技術來說對環境顯然更加友好，不產生有害物質，且具有占地面積小，投入成本低，凈化效果好等優點，但是其缺點現在仍然難以解決。生物膜的負載有限制，當污水流量過大或者污染物含量過高時，都會提高生物膜的負荷，使生物膜的微生物種群發生變異、衰退或者過度繁殖結塊脫落等問題，降低生物膜的處理效果，縮短生物膜的使用壽命。在某些情況下還需要對生物濾池進行反沖洗操作，對整個系統產生相當程度的沖擊，嚴重影響系統的正常運行。

3.3 脫氨處理技術

存在過量氨的污水排放會引起水體的富營養化，造成水體黑臭等問題，污水脫氨是污水處理中必要的措施。污水脫氨的種類很多，國內主要有物理化學方法和生物分解的方法。

生物分解的方法主要是利用微生物在新陳代謝時會把氨氮分解為氮氣。其大部分由硝化菌將氨氮氧化成硝酸鹽氮，然后通過添加還原劑，發生還原反應以產生氮氣。

物理化學方法的種類很多，目前國內主要有四種形式。

（1）吹脫法。原理是在堿性環境中令NH4+轉化為NO3-，然后會析出氨氣，將析出的氨氣通入酸性溶液中，與酸性溶液反應后的氨氣滿足排放和回用標準，目前吹脫法常在逆流塔中進行處理，在處理過程中，需要不斷地吸氣吹氣和加入堿性物質保持堿性環境。

（2）絮凝沉淀法。該方法一般通過加入絮凝劑使氨氮形成沉淀，通過過濾處理后，脫出污水中的氨氮。在深度處理時，常常利用這種手段來提高污水的凈化效果。值得一提的是，除了與氨氮會生成絮狀沉淀物之外，絮凝劑還會與某些重金屬鹽結合，同時除去重金屬元素，一舉多得，在污水的深度處理中應用較為廣泛。

（3）膜法脫氨。由于吹脫法等方法的能耗高，投入資本多，會對環境造成二次污染等問題，國內專家，研發出了膜法脫氨技術。該技術通過疏水的多孔膜作為過濾界面，根據濃度差進行膜相轉移，然后將調堿后的氨氮廢水和酸性吸收劑流經膜的兩側，從而將污水中的氨氮進行有效吸收，減輕對環境的二次污染，對環境更加友好。

（4）折點氯化法，原理是通過氯氣和氨氣反應進行脫氨處理。按照化學反應式來看，氯氣與氨氣比例在7.6∶1時，能夠恰好處理污水中的氨氮，但是在實際操作過程中，由于氯氣比較活潑，不易全部與氨氮反應等問題，常常要使氯氣與氨氮的比例達到9∶1甚至更多才能除去污水中的氨氮。折點氯化法相比前面幾種方法具有反應速度快，脫氨程度極高等優點，同時通過氯氣與水反應生成的次氯酸也能對污水進行消毒。但是，氯氣是一種有毒氣體，在使用時要提高安全性。

3.4 脫鹽處理

高鹽含量的廢水不經處理就排放會導致沿途的土壤鹽堿化，進行污水回用會導致水循環系統裝置加速腐蝕等問題，所以石化廢水必須進行拖延處理。污水中的鹽主要包含金屬離子和鈣鎂、碳酸根等的非金屬離子。常見的污水脫鹽方法有離子交換技術、反滲透除鹽技術、電滲析技術等。

離子交換法是實際應用中比較多的方法。其原理是通過吸附材料對污水中的各鹽類分子進行吸附結合，循環多次使污水中的鹽含量下降。為保證經濟性和環保型，常用活性炭和大孔樹脂作為吸附劑。這兩種吸附材料工藝流程簡單，投入資金較少，但是對鹽類分子的吸附效果較好，通過離子交換法能夠回收需要的金屬材料，是一種經濟且脫鹽率較高的方法。但是在某些電導率較高的污水中，這種方法具有一定的局限性。

反滲透脫鹽技術中，溶劑常選用水，在足夠的壓力環境下逆濃度的將反滲透膜分離，這個過程與正常按照濃度的滲透正好相反，所以被稱之為反滲透技術。反滲透能夠將污水中的大分子有機物、膠體粒子和細菌等有效清除，并且對相關鹽類物質甚至能達到99%以上的脫鹽率。但是其缺點也很明顯，反滲透膜很容易受到污染，在應用中常常要配合超濾技術來控制污水進水的渾濁度，防止高濃度的污水給反滲透膜造成過大的壓力，使得反滲透膜過早損壞。

電導率高的污水溶液比較適合使用電滲析法凈化。電滲析法也是依靠膜來對污水中的鹽類離子進行分離。通過在陰陽離子交換膜兩端通入直流電，根據正負電極形成陽離子和陰離子區域進行離子聚集。其操作簡單，脫鹽率較高，對環境更加友好，其缺點是耗電量更大，會相對提高污水凈化的成本[6]。

4 結束語

正常的污水處理中常將多種方法結合使用，達到污水凈化的目的。這是目前相對固化的一套流程，但是仍具有很大的進步空間。目前在污水處理工藝中，污水對系統設備具有很高的沖擊性和腐蝕性，會使處理設備的使用壽命大幅縮短并產生故障。下一步的研究應將重心放在減輕污水對裝置的損害并對目前已固化的污水處理流程進行改進，保證煉油廠能夠順利地在原有基礎上進行污水處理改建擴建，進一步降低污水處理的成本并提高水循環的利用效率。