煉廠新型污水處理場建設(shè)思路探討

熊碧華

（中國石化北海煉化分公司，廣西北海 536016）

某煉廠2012 年投產(chǎn)，原油加工能力500 萬t/a，配套污水處理場設(shè)計規(guī)模500 m3/h。2015年底實施了產(chǎn)品質(zhì)量升級改造項目，2016年1月項目建成投產(chǎn)，具備了650萬t/a原油加工能力，擁有15套主要生產(chǎn)裝置。裝置產(chǎn)品質(zhì)量升級改造項目實施后，配套污水處理單元未進(jìn)行擴(kuò)能改造，現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)抗沖擊能力差，污水處理設(shè)施檢維修困難，外排達(dá)標(biāo)水指標(biāo)呈現(xiàn)逐年上升趨勢。2020年，公司將建成規(guī)模120 萬t/a LTAG 聯(lián)合裝置、3 萬m3/h 制氫裝置及配套輔助生產(chǎn)設(shè)施，污水處理場處理負(fù)荷將進(jìn)一步提高。

為滿足企業(yè)未來5 ～10 年發(fā)展需求，提高裝置環(huán)保運(yùn)行水平，全面推進(jìn)污水處理場標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、信息化、智能化和友好化建設(shè)，滿足中國石化樣板水場創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)，計劃對現(xiàn)有污水處理場進(jìn)行優(yōu)化改造。參照國內(nèi)煉化企業(yè)污水特點，結(jié)合各企業(yè)污水處理流程調(diào)研情況，提出該企業(yè)初步改造思路。

1 概況

1.1 污水處理場簡介

污水處理場包括含油污水（低含鹽污水）處理系統(tǒng)和含鹽污水（高含鹽污水）處理系統(tǒng)兩個系列，其中含油污水處理規(guī)模300 m3/h（含生活污水25 m3/h），含鹽污水處理規(guī)模200 m3/h。污水處理系統(tǒng)由調(diào)節(jié)除油罐對后續(xù)處理的水質(zhì)、水量進(jìn)行調(diào)節(jié)后，進(jìn)入渦凹?xì)飧『腿軞鈿飧‰p重除油，去除污水中的大部分油類和懸浮顆粒以及少部分有機(jī)污染物。經(jīng)過除油處理后的污水經(jīng)過缺氧池/好氧池/接觸氧化池的生物降解，去除大量的有機(jī)物。再經(jīng)過臭氧和曝氣生物濾池強(qiáng)氧化降解作用對污水進(jìn)行快速凈化，并截留污水中的大量懸浮物，污水中有機(jī)物經(jīng)過進(jìn)一步處理，處理后的含油污水經(jīng)過濾消毒后全部回用至循環(huán)水系統(tǒng)，含鹽污水部分再利用，部分排至大海[1]。

1.2 存在問題

1）企業(yè)加工負(fù)荷提高，結(jié)構(gòu)調(diào)整新增裝置排放污水水質(zhì)改變，污水水量逐年增加，現(xiàn)有污水處理設(shè)施難以滿足要求，需進(jìn)行提標(biāo)改造。

2）調(diào)節(jié)除油罐采用浮動式收油器，布水軟管頻繁堵塞造成收油效果差，池底積渣嚴(yán)重，不能有效實行油水渣三相分離。

3）兩級氣浮故障率高，池底積泥清理困難，現(xiàn)場密閉效果差，污水處理場VOCs收集難度大。

4）傳統(tǒng)A/O生化工藝難降解物質(zhì)的降解率低，抗沖擊能力差，且能耗高，曝氣頭故障率高，難以切出維修。

5）臭氧氧化去除效率低，臭氧破壞器運(yùn)行不穩(wěn)定，尾氣散發(fā)對周圍環(huán)境造成影響。

2 新型污水處理場建設(shè)思路

2.1 改造工藝流程

為提高裝置環(huán)保運(yùn)行水平，計劃對原有污水處理系統(tǒng)進(jìn)行提標(biāo)改造，將原有含油、含鹽污水處理系統(tǒng)改造為含鹽污水處理系統(tǒng)，同時根據(jù)遠(yuǎn)期結(jié)構(gòu)調(diào)整項目污水增量評估，在現(xiàn)有污水處理場預(yù)留空地新建一座500 m3/h含油污水處理系統(tǒng)。新建污水處理系統(tǒng)采用“豎流圓形隔油池＋氣旋浮除油設(shè)施”作為預(yù)處理工藝，采用“微氧循環(huán)流生物處理系統(tǒng)”作為生化處理工藝，采用“高效生物反應(yīng)器”深度處理工藝，具有流程短、占地少、處理效率高、能耗低、環(huán)保等技術(shù)優(yōu)勢。

2.2 技術(shù)特點

1）預(yù)處理采用“豎流圓形隔油池＋氣旋浮除油設(shè)施”。豎流圓形隔油池能實現(xiàn)油、水、渣三相連續(xù)分離，有效減少后續(xù)除油設(shè)施清渣清泥程序，降低勞動強(qiáng)度。氣旋浮除油設(shè)施實現(xiàn)了裝置化、全密閉運(yùn)行，從根本上解決了源頭高濃度VOCs 的影響，預(yù)處理實現(xiàn)石油類、懸浮物、有機(jī)物去除，滿足中國石油化工企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QSH 0628.4－2015《水務(wù)管理技術(shù)要求 第4部分：污水處理與回用》氣浮出水石油類≤20 mg/L，懸浮物≤50 mg/L的要求。

2）生化處理采用微氧循環(huán)流生物處理系統(tǒng)。利用空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)及配套自控系統(tǒng)實現(xiàn)低溶解氧運(yùn)行，運(yùn)行費(fèi)用低于傳統(tǒng)活性污泥。采用大比例循環(huán)稀釋技術(shù)和新型曝氣系統(tǒng)，檢修維護(hù)簡單，可提高污水處理效率和抗沖擊能力。反應(yīng)池頂部采用混凝土密閉，有效避免異味散發(fā)。

3）深度處理采用高效生物反應(yīng)器。處理效率高，出水指標(biāo)遠(yuǎn)低于《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 31570－2015標(biāo)準(zhǔn)要求。系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低，不產(chǎn)生二次污染，無需投加藥劑，有效改善回用水水質(zhì)。

2.3 技術(shù)原理

2.3.1 豎流圓形隔油池

豎流圓形隔油池依靠比重差將污水中石油類和懸浮物進(jìn)行部分去除，完成初步除油。豎流圓形油水分離系統(tǒng)按圓形且水深較大設(shè)置，采用中心進(jìn)水，通過擴(kuò)散錐實現(xiàn)上向流的布水設(shè)計，使布水均勻，除油效果好，抗沖擊能力強(qiáng)，占地面積較小。同時，配備表面浮油刮除系統(tǒng)，收集浮油并將其卸入帶有攪拌設(shè)施的貯油池內(nèi)，浮油在此盡快泵送至污油罐內(nèi)。底部設(shè)刮泥機(jī)，可同步實現(xiàn)污泥濃縮，配套污泥排放泵，排出收集在豎流圓形油分離系統(tǒng)池底形成的油泥沉積物。

2.3.2 氣旋浮除油設(shè)施

氣旋浮除油設(shè)施采用裝置化設(shè)備，含油污水經(jīng)提升泵進(jìn)入微氣泡發(fā)生器，與壓縮空氣在氣泡發(fā)生器中充分混合，形成氣水混合物，氣水混合物經(jīng)由管線流入氣旋浮罐中，進(jìn)行氣、油、水三相的快速分離。分離后，油相和氣相從分離器頂部排出，水相從底部排出后，進(jìn)行兩級油水分離。氣旋浮高效除油試驗流程見圖1。

2.3.3 微氧循環(huán)流生物處理系統(tǒng)

微氧循環(huán)流生物處理系統(tǒng)是以先進(jìn)的同步硝化反硝化脫氮理論為基礎(chǔ)的高效一體化生物處理系統(tǒng)，通過控制曝氣池溶解氧濃度在0.5 mg/L，在單一池體內(nèi)對有機(jī)物徹底去除，該系統(tǒng)不僅簡化了系統(tǒng)脫氮的運(yùn)行流程，節(jié)約了能耗，降低了對碳源的需求，提高了脫氮效率，同時也避免了由于硝態(tài)氮積累帶來的不利影響。該工藝對于石油化工廢水COD、氨氮和總氮有良好的去除效果，體現(xiàn)了良好的抗沖擊能力[2]。

2.3.4 深度處理工藝

高效生物反應(yīng)器是一種新型的好氧生物反應(yīng)器，主要應(yīng)用于工業(yè)廢水的深度處理，去除難降解COD。針對難降解COD 的特效菌群在高效載體上形成生物膜，生物膜穩(wěn)定保持較高的細(xì)菌濃度，即使在入水營養(yǎng)貧瘠且無額外補(bǔ)充營養(yǎng)源的情況下，依然能利用入水中難降解COD作為維持菌群穩(wěn)定性和生物活性的能量來源，COD去除率不依賴于快速的菌群生長，伴有曝氣即好氧的固定床模式。

圖1 氣旋浮高效除油試驗裝置流程

2.4 實施效果

2.4.1 預(yù)處理工藝

1）預(yù)處理工藝參數(shù)

豎流圓形隔油池可同步實現(xiàn)石油類、懸浮物出水小于100 mg/L，浮油濃度可達(dá)20%，污泥濃度可達(dá)20～50 g/L，工藝參數(shù)見表1。氣旋浮除油設(shè)施在進(jìn)水石油類小于100 mg/L時，可滿足出水石油類小于20 mg/L，工藝參數(shù)見表2，與現(xiàn)有兩級氣浮處理能力相當(dāng)，但全密閉裝置化設(shè)備能有效降低現(xiàn)場VOCs收集治理難度。

2）運(yùn)行效果

豎流圓形隔油池以M石化項目運(yùn)行數(shù)據(jù)（相關(guān)企業(yè)提供）為例，裝置于2018年7月正式投運(yùn)，主要處理含油污水中的石油類及懸浮物，裝置設(shè)計流量1200 m3/h，進(jìn)水平均石油類濃度為532.7 mg/L，出水59.3 mg/L，平均去除率為88.95%，詳見圖2。

表1 豎流圓形隔油池工藝參數(shù)

表2 氣旋浮除油設(shè)施工藝參數(shù)

圖2 豎流圓形隔油池石油類去除效果

氣旋浮高效除油設(shè)施目前已在C 煉化完成處理能力100 m3/h的工業(yè)化運(yùn)行。為進(jìn)一步考察氣旋浮技術(shù)在不同水質(zhì)處理過程中的穩(wěn)定性和抗沖擊性，在B煉化開展處理能力20 m3/h的含鹽污水側(cè)線試驗。結(jié)果表明：采用兩級連續(xù)運(yùn)行，進(jìn)水石油類濃度為62.7～282.1 mg/L，平均為121.3 mg/L時，一級出水石油類濃度平均為23.7 mg/L，兩級處理后出水石油類濃度小于20 mg/L，平均為16.7 mg/L，兩級平均除油率達(dá)到83%。進(jìn)水COD為413～649 mg/L，平均為509 mg/L時，一級出水COD平均為327 mg/L，兩級出水COD平均為293 mg/L，平均去除率41%。氣旋浮裝置在去除石油類的同時，也可以對COD有一定的處理效果，詳見圖3、4。

圖3 兩級氣旋浮高效除油設(shè)施石油類去除效果

圖4 兩級氣旋浮高效除油設(shè)施COD去除效果

2.4.2 生化處理工藝

1）生化處理工藝參數(shù)

微氧循環(huán)流生物處理系統(tǒng)采用一體化結(jié)構(gòu)，將厭氧、好氧、泥水分離等不同處理功能的單元集中在同一反應(yīng)池中，可控制溶解氧為0.5 mg/L，污泥濃度為8 000 mg/L工況運(yùn)行，具有高效率、低能耗運(yùn)行優(yōu)勢。工藝參數(shù)見表3。

2）運(yùn)行效果

以S 石化兩級微氧循環(huán)流生物處理系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)（相關(guān)企業(yè)提供）為例，裝置在2018年改造完成，處理能力6萬m3/d。當(dāng)進(jìn)水COD濃度平均為518 mg/L，出水為65 mg/L，COD去除率為87.4%；進(jìn)水氨氮濃度平均為9 mg/L，出水為0.73 mg/L，氨氮去除率為91.8%；進(jìn)水平均總氮為34 mg/L，出水為12.3 mg/L，總氮去除率為63.8%。系統(tǒng)運(yùn)行COD、氨氮、總氮去除效果見圖5、6、7。

表3 微氧循環(huán)流生物處理系統(tǒng)工藝參數(shù)

圖5 兩級微氧循環(huán)流生物處理系統(tǒng)COD去除效果

圖6 兩級微氧循環(huán)流生物處理系統(tǒng)氨氮去除效果

圖7 兩級微氧循環(huán)流生物處理系統(tǒng)總氮去除效果

2.4.3 深度處理工藝

1）深度處理工藝參數(shù)

高效生物反應(yīng)器耐高鹽、耐殺菌劑、抗沖擊性強(qiáng)，占地面積小，對廢水中難降解有機(jī)物進(jìn)行充分生物降解。不添加任何化學(xué)藥劑，污水排放量低，細(xì)菌凈增長率為零，幾乎無剩余污泥排放，不產(chǎn)生二次污染。運(yùn)行成本低，電耗低于0.35 kW·h/m3。工藝參數(shù)見表4。

表4 深度處理工藝參數(shù)

2）運(yùn)行效果

以T 石化公司為例，高效生物反應(yīng)器針對低COD難降解廢水中試的COD去除率為63.1%[3]，裝置于2017年12月正式生產(chǎn)運(yùn)行，主要處理循環(huán)水排污水、離子交換器中和廢水、純水反滲透濃水、電滲析濃水的混合廢水，裝置設(shè)計流量150 m3/h。以2018年某月運(yùn)行數(shù)據(jù)為例，實際進(jìn)水COD濃度平均為65.9 mg/L時，出水為22.1 mg/L，去除率達(dá)61%（數(shù)據(jù)來自企業(yè)交流），見圖8。

圖8 高效生物反應(yīng)器運(yùn)行COD去除效果

3 結(jié)論

通過對中國石化煉化企業(yè)污水處理流程調(diào)研論證，結(jié)合企業(yè)污水處理設(shè)施擴(kuò)能改造，考慮對現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)優(yōu)化整合，同時新建含油污水處理系統(tǒng)，采用“豎流圓形隔油池＋氣旋浮除油設(shè)施＋微氧循環(huán)流生物處理系統(tǒng)＋高效生物反應(yīng)器”集成工藝。該工藝具有流程短、占地少、自動化程度高、能耗低、運(yùn)行環(huán)保等技術(shù)優(yōu)勢，相關(guān)技術(shù)已在國內(nèi)煉化企業(yè)成功應(yīng)用，且取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。集成工藝實施后可有效解決現(xiàn)有污水處理場異味散發(fā)、處理效率低、抗沖擊能力差的問題，對石油化工污水COD、氨氮和總氮有良好的去除效果，可實現(xiàn)處理污水COD穩(wěn)定小于30 mg/L，有效提升企業(yè)環(huán)保運(yùn)行水平。