GEM氣浮在煤制油企業合成廢水除油中的應用

狄秋明

摘? ?要：為了保證GEM氣浮系統的穩定運行，一方面，需要做好企業來水水質的調查工作，明確合成廢水內石油類物質的含量與特征，了解配套系統發熱處理參數與要求;另一方面，還需基于已有處理工藝的要求和配套提供更富有針對性的GEM氣浮系統設計方案，做好合成廢水除油流程的管控，使除油工藝段能穩定運行，不影響后端生化處理或零排放工藝設備的正常運行。該文基于GEM氣浮技術原理展開分析，在明確廢水特點與系統設計要素的同時，期望能夠為煤化工企業遇到的廢水除油難題提供可參考的解決方案。

關鍵詞：煤制油;廢水除油;GEM氣浮系統;系統設計

中圖分類號：X784? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 工程概況

該項目為某煤制油企業合成廢水除油的GEM氣浮系統設計項目。從企業生產角度來看，在該企業滿產前合成廢水中石油類的含量正常時處于合理范圍內，不影響已有污水處理、中水回用和零排放工藝的正常運行，但是近年來，企業增加產量，受已有回收油裝置運行的波動性影響，排出的合成廢水中石油類含量經常會超出現有污水處理系統可承受的極限，這使得原有生化處理系統無法穩定運行。原設計的2級普通氣浮系統對合成廢水處理無效果。因此，為了管控現有合成廢水石油類的含量，該項目將基于原有污水處理工藝的基礎上融入GEM氣浮系統，使廢水中的石油類含量控制在20 mg/L以內，滿足該企業廢水進生化處理系統的要求，生化系統運行越穩定，生化系統出水的COD、石油類等指標含量越低，對廢水回用和零排放工藝段膜系統的污染就越輕，才能保證廢水處理系統和廢水回用及零排放工藝的穩定運行。

2 合成廢水水質特點和處理要求

該項目合成廢水的水量與水質受生產影響較大，合成廢水的整體水質具有一定的波動性。而根據多組數據檢測可知，合成廢水pH值普遍處于4～4.5，平均水量為200 m3/h，已有廢水需不調節pH直接進耐酸性廢水的厭氧系統，所以pH值無法進行調節。其次，合成廢水溫度處于35℃～45℃波動，偶爾會出現間接性高溫的狀況。合成廢水中石油類產物的含量普遍處于100 mg/L～2 000 mg/L內，見表1。

合成廢水處理工藝應盡量避免影響廢水pH值，并以此為前提降低廢水內的石油類含量，同時要控制合適的藥劑加入量，以便不能影響厭氧系統的正常運行。其次，結合已有工藝，GEM氣浮系統還需具備耐沖擊性與保證廢水厭氧系統的穩定性，需要將廢水中石油類含量控制在50 mg/L以內。再次，合成廢水處理系統的除油裝置需要結合原有企業廢水處理裝置，將GEM氣浮系統安裝在企業污水站合成廢水調節池的西側位置，場地的占地面積不能過大，使系統與原有設備功能相協調[1]，見表2。

3 廢水除油技術

含油廢水處理工藝多樣，一般分為粗粒細法、膜過濾法、氣浮法以及生物氧化法。1）粗粒細法。使含油廢水通過一種填有粗粒化材料的裝置，使污水中的微細油珠聚結成大顆粒，達到油水分離的目的，通常也叫聚結法。2）膜過濾法。利用微孔膜攔截油粒，它主要用于去除乳化油和溶解油。濾膜又可分為超濾膜、反滲透膜和混合濾膜。超濾膜的孔徑一般為0.005 μm～0.01 μm，比乳化油粒要小得多。反滲透膜的孔徑比超濾膜的還要小。3）生物氧化法，利用微生物將其分解氧化成為二氧化碳和水。4）氣浮法是使大量微細氣泡吸附在欲去除的顆粒上，利用氣體本身的浮力將污染物帶出水面，從而達到分離目的的方法。這是因為空氣微泡由非極性分子組成，能與疏水性的油結合在一起，帶著油滴一起上升，上浮速度可提高近千倍，所以油水分離效率很高。氣浮法按氣泡產生方式的不同，可分為鼓氣氣浮、加壓氣浮和電解氣浮等[2]。

4 GEM氣浮系統工作原理

選用GEM系統作為除油設施，可以節省更多的占地，提供更高的除油效率。GEM的關鍵原理是渦流三相混合技術。

4.1 藥劑使用效率和藥劑混合

傳統氣浮采用非入侵方式的藥劑混合，例如絮凝管道或者攪拌槳葉這些傳統混合方式。每種方式都試圖在廢水中打開絮凝劑，不讓它抱團。但是2種方式都不是非常有效，因為很難將絮凝劑單體的骨架完全伸展開。

在GEM系統，藥劑在LSGM里進行混合，特殊研發的三相混合器（如圖1所示）。

GEM系統采用離心力把絮凝劑拉伸開來，并沒有切斷他們。一套GEM系統有5個LSGM，每個的混合能量可以有所不同。根據進水水質，應用工況以及物理化學要求，調節每個LSGM的混合能量。

由于藥劑與污染物100%的接觸，不但降低了藥劑消耗，還大大提高了絮體密度，降低了污泥含水率。

4.2 曝氣方面差異

由于GEM系統將廢水100%進行加壓溶氣，在絮體形成之前加入溶解氣。氣泡長在絮體里。氣泡的持續釋放使污泥自身可以持續不斷的脫水，浮渣的含固率非常高。從而降低污泥處置費用，如圖2所示。

這個系統不需要循環回流管路以及浮選池里的溶氣釋放頭，這2部分都容易堵塞，需要大量維護工作。

由于氣泡長在絮體里，氣泡的持續釋放使污泥自行上浮，不需要往浮選池里引入空氣。所以浮選池的占地非常小。這同樣減少了出水中夾帶不良絮體以及出水的總油、懸浮物、BOD、COD濃度。

鑒于溶氣效率和超高的化學品利用率，GEM系統可以做到穩定出水懸浮物濃度在1 ppm～25 ppm。

4.3 100%溶氣

與大多數傳統溶氣氣浮技術不同，GEM系統將廢水100%加壓溶氣。這個技術使得GEM系統有能力在化學藥劑添加之前在廢水中快速溶解氣體，使得氣泡植入絮體結構內成為可能。

另外，部分溶氣的傳統溶氣氣浮中經常出現的維護問題例如堵塞，將被大大減少。

溶進廢水的氣體量使得GEM系統比其他技術更有效，源于長在絮體里的大量氣泡持續釋放，使污泥自身可以持續不斷的脫水，浮渣的含固率也非常高。

4.4 流量可調且穩定

由于在LSGM里完成高壓空氣溶解、藥劑分子拉伸提效、混凝絮凝攪拌（污染物捕集）、絮體形成、氣泡晶核生成和超輕中空化絮體形成的所有步驟。浮選池的尺寸將不太會影響處理流量和污染物負荷。LSGM里的孔眼數量可以根據水量大小和污染物濃度高低決定，將孔眼開放或者堵上。

渦流三相混合器（LSGM）獨特的渦流能量調節功能可以保證GEM適應不同進水狀況，在污水性質、溫度和流量發生突變是能迅速適應并可及時調整工況，不增加投資，不增加水池大小，保證穩定出水。該技術特性突破了傳統化學處理工藝在水質大幅變化時無法適應的缺點，確保整個污水處理工藝的穩定性。完善的加藥系統的設計，可以根據來水水質進行精準的藥劑投加，使系統始終維持最佳的處理效果。

5 GEM氣浮除油系統設計

5.1 工藝流程設計

為了滿足企業合成廢水除油的要求，GEM氣浮除油系統流程如下。首先，將已有輸送至廢水站合成廢水調節池的管路改至進GEM氣浮的緩沖罐，將水量控制在200 m3/h左右，控制來水的流量和溫度32 ℃～40 ℃，緩沖罐內廢水經GEM氣浮除油系統后排入合成廢水調節池內。GEM氣浮系統內需定量投加PFS與PAM 2種藥劑，系統定量注入壓縮空氣，以便GEM能達到運行效果。上浮的污泥由污泥泵輸送至已有污泥處理系統的預處理池內，并通過生化污泥除油系統與配套污泥脫水系統進行二次處理。在GEM氣浮系統處理結束后，出水進附近的緩沖池，短暫儲存GEM出水并用泵將廢水輸送至已有合成廢水調節池內[3]。

5.2 GEM系統配套

根據小試測試的加藥量進行放大設計系統配套，需要投加聚合氯化鐵和陰離子聚丙烯酰胺2種藥劑。聚合氯化鐵可以使用業主已有的藥劑儲罐內的藥劑，單獨配套合適的加藥箱和加藥量即可。陰離子聚丙烯酰胺使用干粉，現場配套自動溶藥機和合適的加藥泵。1）根據污泥輸送的距離和高差，設計配套污泥輸送泵。2）系統自帶空壓機。3）緩沖罐使用業主已有的不銹鋼罐改造使用。4）GEM氣浮安裝位置就近設計緩沖池，儲存GEM出水，配套潛水泵及時將GEM出水輸送至合成廢水調節池。

6 系統調試與系統改進

GEM系統運行需要根據合成廢水來水的水質情況，人工調節合適的加藥濃度和加藥泵開度/運行頻率，保證GEM運行的穩定和出水水質達標。系統來水含石油類變化趨勢是有規律的，變化的周期較長，人工每班定期巡檢一次，調節運行參數即可滿足系統穩定運行要求。經過半年多的連續運行記錄分析和調整，系統對以下4點進行了改進。1）緩沖罐停留時間較短，運行一段時間后內部會儲存大量浮油，導致定期GEM氣浮經常性出水帶大量浮油。調試過程中找到規律，定期提前將浮油排出，避免影響出水水質。2）間歇性的溫度過高廢水進入設備，導致設備密封圈老化過快。更換耐高溫耐腐蝕的密封圈。3）來水經常會有較大塊的老化腐蝕的閥門橡膠塊，容易造成堵塞GEM的高壓泵、混合器。在管路前增加籃式過濾器，定期人工清理，避免影響設備的穩定運行。4）溶藥的供水系統存在水壓不穩的問題，極易使藥劑濃度不好把控，對此在系統中增加了儲罐與恒壓泵，確保了藥劑濃度的可控性。

7 性能驗收

針對該項目GEM氣浮系統的性能進行驗收，現場驗收監測時間持續72 h。主要性能驗收內容為出水石油類含量測試，經多次現場取樣測試，確定GEM氣浮出水可以穩定做到石油類含量小于20 mg/L，大大優于設計值。

8 結論

該項目已連續運行了半年多，系統運行一直非常穩定，GEM氣浮系統處理煤制油的合成廢水除石油類污染物的可靠性已經得到充分驗證，只要按照來水水質的變化情況及時調整合適的加藥量，即可保證GEM出水水質的穩定。所以調研廢水的水質變化范圍（該項目是石油類含量）是重點，根據水質的變化范圍測試合適的加藥種類和加藥量，選擇合適的配套加藥系統。另外，根據污泥量和污泥上浮的速度選擇合適的GEM的桶槽型號也是設備選型的關鍵。

參考文獻

[1]趙玉良，呂江，謝凡，等.煤熱解廢水的氣浮除油技術[J].煤炭加工與綜合利用，2019，236（3）：76-80.

[2]王孝，李長波，趙紀豪，等.混凝-氣浮法在采油廢水處理中的應用研究[J].應用化工，2018，47（2）：234-237.

[3]鄭帥，楊萍萍，于文文.接觸氧化法在油田含聚采出水中的應用實例[J].油氣田環境保護，2018，28（6）：29-32.