電脫鹽污水處理新進展

簡小文，石勛祥，曾立輝（深圳科力邇科技有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

電脫鹽裝置是煉化廠比較重要的煉油生產(chǎn)裝置之一，其運行效果是影響煉油裝置生產(chǎn)水平的關(guān)鍵，原油含鹽、含水越低，對原油加工、產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備等造成的危害越小。為了使原油含鹽、含水指標(biāo)降至進料指定值以內(nèi)，在原油電脫鹽過程中加入一定量的破乳劑和水，在電場作用下進行油水分離，從而產(chǎn)生較大量的含油污水。現(xiàn)有電脫鹽裝置傳統(tǒng)工藝落后或優(yōu)化改進不足，易造成原油脫后污水含油指標(biāo)控制不穩(wěn)定，特別是隨著原油國際化及油品劣化，指標(biāo)控制越發(fā)困難[1]，脫鹽污水大約占煉油廠總污水量3%[2]，稱電脫鹽污水。

1 處理難點

（1）電脫鹽污水正常情況下含油類在200～10 000mg/L，非正常情況下含油量可達10%以上（體積比）[3]，甚至高達50%，沖擊大。

（2）原油來源多源化，有伊朗、沙特阿拉伯、俄羅斯、安哥拉等國家原油，也有大慶油田、勝利油田、長慶油田、遼河油田、塔里木油田、克拉瑪依油田等。

（3）原油多種多樣，組分復(fù)雜，含有烷烴、芳香烴、環(huán)烷烴、鏈烯烴等烴類，硫化合物、含氧化合物、含氮化合物等非烴類。

（4）原油開采使用大量的化學(xué)藥劑，如：清蠟劑、防蠟劑、破乳劑、緩蝕劑、防垢劑等，使原油劣質(zhì)化、乳化嚴(yán)重，長時間靜置不分層。

（5）高含水、高乳化重污油摻煉，設(shè)備超負(fù)荷運行，反沖洗不及時，設(shè)備老化，操作不到位等，加重電脫鹽污水處理難度。

2 傳統(tǒng)處理技術(shù)

2.1 重力分離

重力分離是利用油水兩相存在密度差及油水不相容性分離廢水中浮油的方法。沉降分離屬于重力分離的一種重要分離形式，煉化行業(yè)中的隔油池或大型油水儲罐均是應(yīng)用此方法實現(xiàn)油水分離的典型裝置，平流式隔油池便是其中發(fā)展較早應(yīng)用較廣的一種，其主要設(shè)計原理為Stokes公式，根據(jù)公式可求得隔油池單位表面積可去除油珠的最小粒徑。隔油池良好的除油效果和處理能力在一定程度上也取決于理想的水流狀態(tài)，通過實踐證明，當(dāng)水流呈現(xiàn)層流狀態(tài)時，有利于油珠的上升和固相的沉降。綜合上述理論，進而衍生出多種新式的更為高效的隔油池，如平行板式、波紋板式、斜板式等，對比平流式，這幾種新式隔油池去油、排油能力顯著提升，運行安全程度較高，且占地面積相對減少，

已廣泛應(yīng)用于相關(guān)行業(yè)廢水處理[4]。該技術(shù)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、容易操作、除浮油效果穩(wěn)定，但當(dāng)含油粒徑小、含有大量細(xì)微懸浮顆粒、乳化嚴(yán)重、重油比重高、污油密度與水非常接近，重力沉降僅能去除部分浮油，導(dǎo)致處理效果差，常導(dǎo)致污水處理廠進水含油超標(biāo)，嚴(yán)重影響處理廠達標(biāo)排放和回用。

2.2 水力旋流器

水力旋流器是一種多相分離設(shè)備，通常為圓筒和圓錐組合結(jié)構(gòu)，主要用于分離非均勻相混合物。進料沿圓筒切線管嘴進入，在筒體內(nèi)形成一定速度的旋流，伴隨離心力作用，重組分旋轉(zhuǎn)向下從底部排出，輕組分則旋轉(zhuǎn)上升隨溢流從頂部排出，從而達到分離輕重組分的目的[5]。該技術(shù)占地面積小，處理量大，但抗沖擊性能差，除油效果不穩(wěn)定，無法滿足在含油量波動劇烈的情況下，出水含油量持續(xù)穩(wěn)定達標(biāo)。由于含油粒徑小，含有大量細(xì)微懸浮顆粒，乳化嚴(yán)重，重油比重高，與污水密度接近，導(dǎo)致分離效果差（分離效率50%～60%），出水含油高。且污水含鹽量高，礦化度高，旋流管容易結(jié)垢，嚴(yán)重時造成旋流器無法正常工作，嚴(yán)重影響電脫鹽裝置運行。

2.3 聚結(jié)

聚結(jié)機理分潤濕聚結(jié)與碰撞聚結(jié)兩種，潤濕聚結(jié)是指當(dāng)含油污水流經(jīng)親油性聚結(jié)材料時，分散油滴在聚結(jié)材料表面潤濕附著，包住材料表面，后流來的油滴與先吸附的油滴發(fā)生碰撞聚結(jié)，又會更容易潤濕附著在上面，因而附著的油珠不斷聚結(jié)擴大并形成油膜加以脫離，經(jīng)過連續(xù)重復(fù)的浸潤、吸附、聚結(jié)和脫離過程，形成粒徑比聚結(jié)前更大、達到粗粒化的油珠，逐漸從連續(xù)相中脫離出來最終實現(xiàn)油水分離[6]。碰撞聚結(jié)是指在外部流體的接觸作用和外力碰撞下，分散油滴間的液膜界面由于相互碰撞而發(fā)生破裂，多個油滴合并成一個大油滴，發(fā)生聚結(jié)長大的過程[7]。聚結(jié)法主要應(yīng)用于含油污水中的分散油及非表面活性劑穩(wěn)定的乳化油處理[8]。聚結(jié)法通過增大油滴粒徑，使油滴更快上浮分離，縮短油滴停留時間，抗沖擊性強，由于電脫鹽污水膠質(zhì)瀝青質(zhì)多，粘度高，比重大，懸浮物含量導(dǎo)致聚結(jié)濾芯易堵塞，嚴(yán)重時出現(xiàn)聚結(jié)芯穿孔，失去聚結(jié)效果，無法保證長期穩(wěn)定的效果，故聚結(jié)除油不適合處理電脫鹽污水處理。

2.4 溶氣氣浮

氣浮技術(shù)是一種分離水中固體與固體、固體與液體、液體與液體的凈水方法，其工作原理是以高度分散的微氣泡作為載體，大量通入待處理水中，與懸浮在水中的顆粒(油滴、SS或絮狀物）進行粘附，產(chǎn)生大量整體密度小于水的浮體，在自然上浮力作用下上浮并聚結(jié)于水面，形成浮渣而加以去除[9]。

優(yōu)勢：單級除油效率較高60%～85%，懸浮物去除率較高50%～70%，去除粒徑小﹥5μm。

缺點：停留時間較長15～40 min，氣泡直徑5～100 μm，均勻性一般，依靠刮渣機，機械式排渣。

3 新技術(shù)

3.1 高效聚結(jié)壓力除油器

3.1.1 介紹

高效聚結(jié)壓力除油器是科力邇公司通過綜合應(yīng)用Stokes原理與粗粒化技術(shù)，在吸收國外先進技術(shù)和理念的基礎(chǔ)上，優(yōu)化改進的新型高效聚結(jié)壓力除油器，為公司專利產(chǎn)品。

該聚結(jié)壓力除油器采用雙向流動設(shè)計和 CFD 來優(yōu)化內(nèi)部流場，實現(xiàn)聚結(jié)壓力除油器內(nèi)部流動的合理布局，從而提高分離效率，較大地縮減容器尺寸；通過采用高效聚結(jié)斜板內(nèi)件，增大油滴粒徑，極大地縮短了油滴停留時間，實現(xiàn)高效油水分離的同時使得容器尺寸更小，結(jié)構(gòu)更為緊湊；通過采用全自動控制和封閉式壓力除油，實現(xiàn)裝置運行平穩(wěn)、安全可靠、操作方便，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜工況。

3.1.2 技術(shù)特點

(1)全流場CFD優(yōu)化設(shè)計，使內(nèi)部流態(tài)快速保持穩(wěn)定，維持層流狀態(tài)，避免出現(xiàn)短路流、循環(huán)流，合理布置油水分界面，保證油水較快分離，盡量減少相互間的影響，防止分離油被帶入到水相空間。(2)特殊設(shè)計入口裝置，入口旋流，通過離心力作用，起到一定的聚結(jié)作用，并能夠?qū)Ψ稚⒂瓦M行初步較快分離。(3)高效聚結(jié)斜板填料，通過與國外先進技術(shù)公司合作，引進國外先進理論計算，并通過流體力學(xué) CFD 仿真，不斷完善和優(yōu)化斜板內(nèi)件設(shè)計，逐步形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)先進技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于油田、煉化、化工等液液兩相分離，并取得了很好的應(yīng)用效果。(4)特殊設(shè)計沖砂系統(tǒng)，根據(jù)泥沙情況，設(shè)計合理沖砂系統(tǒng)，及時沖洗，防止罐體內(nèi)部和填料堵塞，保持處理效果穩(wěn)定。

3.2 旋流溶氣氣浮

3.2.1 介紹

旋流溶氣氣浮裝置（以下簡稱“CDFU” ），為科力邇公司專利產(chǎn)品。該裝置通過應(yīng)用旋流作用，極大地提高了浮選效果，縮短了浮選時間，實現(xiàn)了高效、快速除油，該裝置適用于各類難處理含油（含懸浮物）污水。

CDFU將旋流離心分離技術(shù)和溶氣氣浮技術(shù)結(jié)合于一體。CDFU罐采用雙向切入口設(shè)計，產(chǎn)生更大的旋流速度，離心加速度更大，旋流更為穩(wěn)定，有利于氣泡和油滴的相互作用，加速氣泡和油滴向旋流中間區(qū)域聚結(jié)，提高氣浮效果，縮短停留時間，實現(xiàn)高效、快速除油。

3.2.2 技術(shù)特點

(1)除油效率高：單級﹥90%，最小去除粒徑≥0.3μm，停留時間短（僅1～5 min）。(2)占地面積少、體積小、重量輕，僅為傳統(tǒng)溶氣氣浮1/8～1/3。(3)雙切向入口設(shè)計，產(chǎn)生更大的旋轉(zhuǎn)速度，離心加速度更大，抗沖擊性更強。(4)穩(wěn)定性強，能夠在不同水力載荷、油粘性以及含油比重變化等情況下，有很強的適應(yīng)。(5)結(jié)構(gòu)簡單、易操作、動部件少、安裝快捷、運行和維護費用低。(6)結(jié)構(gòu)緊湊，乳化油和細(xì)微懸浮物去除率高，無需化學(xué)藥劑， 浮渣少。(7)封閉運行、自動控制，壓力排油、排渣，無機械動力。

3.3 應(yīng)用情況

近年來，中石化滄州石化煉廠和中石油四川石化煉廠將科力邇公司的專利技術(shù)聚結(jié)壓力除油器+旋流溶氣氣浮應(yīng)用于電脫鹽裝置，中石油長慶石化煉廠和中石油獨山子石化煉廠將科力邇公司的專利技術(shù)旋流溶氣氣浮應(yīng)用于電脫鹽裝置。該技術(shù)從應(yīng)用效果來看，對電脫鹽污水處理效果明顯，出水石油類指標(biāo)小于150 mg/L，抗沖擊性能強。

4 結(jié)語

由于原油劣質(zhì)化、油品下降，電脫鹽污水沖擊大、乳化嚴(yán)重，對電脫鹽污水處理裝置沖擊較大，為了更好地處理電脫鹽污水，開發(fā)新的工藝技術(shù)和選擇工藝條件最佳、使用高效的處理裝置成為今后發(fā)展趨勢。聚結(jié)壓力除油器+旋流溶氣氣浮技術(shù)的成功應(yīng)用，為電脫鹽污水處理奠定了新的發(fā)展方向，在未來的煉化發(fā)展行業(yè)中必能夠得到更加廣泛的推廣和應(yīng)用。