旋流分離-氣浮組合裝置處理石化企業(yè)煉油污水

熊碧華，王貴賓，何慶生，趙梓名

（1. 中國石化北海煉化有限責任公司，廣西 北海 536000；2. 中石化煉化工程（集團）股份有限公司 洛陽技術(shù)研發(fā)中心，河南 洛陽 471003）

石化企業(yè)煉油污水成分復(fù)雜，是一種集乳化油、懸浮油、溶解性有機物及鹽于一體的多相體系，主要污染物包括石油類、多環(huán)芳烴、硫化物、揮發(fā)酚、懸浮物等［1-2］。因原油來源、化工產(chǎn)品和煉化工藝各異，不同石化企業(yè)煉油污水中的污染物含量及分布各不相同，此外生產(chǎn)過程的波動也會改變污水中污染物的含量及性質(zhì)，致使煉油污水成分復(fù)雜多變，COD及難降解物質(zhì)含量高［3］。目前傳統(tǒng)的煉油污水處理技術(shù)工藝復(fù)雜、抗負荷能力差、污水停留時間長、除油效率低，且有大量VOCs氣體排放等問題［4］，很難滿足日益嚴苛的廢水排放標準。因此，開發(fā)緊湊、高效的油水分離技術(shù)逐漸成為煉油污水預(yù)處理的研究熱點［5-7］。旋流分離-氣浮裝置是一種將低強度旋流離心技術(shù)耦合于立式氣浮罐內(nèi)的新型含油污水凈化處理技術(shù)［8］，而旋流分離-氣浮一體化工藝對煉油污水的預(yù)處理研究，目前鮮有報道［9］。

本研究采用一體化除油設(shè)備——旋流分離-氣浮組合裝置，對某石化企業(yè)煉油污水進行了油水分離側(cè)線試驗，為滿足煉油污水回用與排放要求提供技術(shù)支撐。

1 試驗水質(zhì)

煉油污水主要為原油罐區(qū)、常減壓裝置、循環(huán)水場、化學(xué)水站及污水處理場排水，具體水質(zhì)見表1。

表1 煉油污水水質(zhì) ρ，mg/L

石油類含量采用紫外分光測油儀（DR5000型，哈希公司）測定；SS采用重量法（GB 11901—1989）［10］測定；COD采用快速消解分光光度法（HJ/T 399—2007）［11］測定；TP分析采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893—1989）［12］測定。

2 試驗裝置與工藝流程

2.1 旋流分離-氣浮組合裝置

新型旋流分離-氣浮組合裝置主要包括微氣泡發(fā)生系統(tǒng)、旋流分離-氣浮分離系統(tǒng)、三相分離系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，采用立式、橇裝模塊式結(jié)構(gòu)布局，長6.0 m，寬3.0 m，高4.0 m，見圖1。該裝置比傳統(tǒng)氣浮裝置體積小、質(zhì)量輕、停留時間短，用其處理廢水具有成本低、效率高、操作方便、抗沖擊能力強等特點［13］。其中的旋流分離-氣浮罐同時具有低強度旋流離心分離與氣浮分離兩種作用，有效容積1.5 m3，占地面積較常規(guī)氣浮裝置減小60%以上，并可實現(xiàn)自動控制。

圖1 旋流分離-氣浮組合裝置照片

2.2 工藝流程

煉油污水經(jīng)提升泵流經(jīng)微氣泡發(fā)生器，與高壓空氣充分混合，形成微氣泡。氣水混合物在壓力作用下與絮凝劑充分混合后切向流入旋流分離-氣浮罐中，在入口導(dǎo)片的引導(dǎo)下形成柔和的旋流運動，同時，煉油污水中的油滴及懸浮物顆粒附著在微氣泡上并上浮，進行氣、油、水三相的快速分離。氣和油從旋流分離-氣浮罐上部排出，進入三相分離器進一步分離，分離后產(chǎn)生的廢氣和污油實現(xiàn)密閉收集；處理后的污水從旋流分離-氣浮罐下部排出，進行生化處理或進入下游污水處理裝置［14］。

該組合裝置設(shè)計處理量為10 m3/h、停留時間為9 min，注氣壓力為0.20～0.35 MPa、注氣比（注入空氣體積與污水處理體積之比）為7%～8%、分流比（分流至三相分離器的污水體積與污水處理體積之比）為2.5%。

3 結(jié)果與討論

3.1 除油效果

旋流分離-氣浮組合裝置連續(xù)運行的除油效果見圖2。由圖2可見：進水石油類質(zhì)量濃度波動較大，為32.1～140.0 mg/L，平均為55.3 mg/L；但在40 d的連續(xù)運行期間，處理后出水中石油類質(zhì)量濃度均低于20 mg/L，平均為13.9 mg/L，平均除油率為72%，處理效果穩(wěn)定，滿足預(yù)期的裝置設(shè)計指標。

圖2 旋流分離-氣浮裝置連續(xù)運行的除油效果

石油類高負荷沖擊對除油效果的影響見圖3。由圖3可見，從第41天開始，受上游裝置排水影響，進水石油類質(zhì)量濃度高達108.9～248.9 mg/L，處理后出水的石油類質(zhì)量濃度仍然低于20 mg/L的設(shè)計指標要求，平均除油率可達87%，表明旋流分離-氣浮組合裝置具有較高的油水分離效率和抗沖擊能力，符合預(yù)期運行指標，可保證裝置長期穩(wěn)定運行。

圖3 石油類高負荷沖擊對除油效果的影響

3.2 COD的去除效果

COD的去除效果見圖4。由圖4可見，在進水COD為308～528 mg/L時，處理后出水的平均COD為254 mg/L，平均COD去除率為39%，表明旋流分離-氣浮組合裝置在去除石油類的同時也對COD有一定的處理效果。

圖4 COD的去除效果

3.3 TP的去除效果

TP的去除效果見圖5。由圖5可見，在進水TP為0.16～0.55 mg/L時，處理后出水TP為0.01～0.08 mg/L，平均為0.03 mg/L，TP去除率為76%～97%，平均為92%。表明旋流分離-氣浮組合裝置依靠化學(xué)絮凝反應(yīng)對TP也有去除效果，且去除效率比常規(guī)氣浮更高。

圖5 TP的去除效果

3.4 SS的去除效果

SS的去除效果見圖6。由圖6可見：SS的去除率隨進水中SS的變化出現(xiàn)小范圍波動，其中當進水SS為184 mg/L時，SS去除率最高，可達到88%；在進水SS為86～184 mg/L、平均SS為127 mg/L的條件下，處理后出水的SS為16～32 mg/L，平均SS為23 mg/L，平均SS去除率達到81%。

圖6 SS的去除效果

3.5 非甲烷總烴含量的測定

旋流分離-氣浮罐和三相分離罐內(nèi)廢氣中非甲烷總烴的質(zhì)量濃度見表2。由表2可見，旋流分離-氣浮罐廢氣中非甲烷總烴的質(zhì)量濃度在2200 mg/m3以下，三相分離罐廢氣中非甲烷總烴的質(zhì)量濃度在2400 mg/m3以下。本試驗期間，廢氣經(jīng)過集中收集處理后，現(xiàn)場無異味，不會對操作人員和環(huán)境造成危害，符合該企業(yè)的環(huán)保要求。

表2 廢氣中非甲烷總烴的質(zhì)量濃度 mg/m3

3.6 經(jīng)濟成本對比分析

該石化企業(yè)現(xiàn)有兩級氣浮（渦凹氣浮和溶氣氣浮）工藝的設(shè)計水處理量為100 m3/h，污水停留時間為90 min左右，運行成本主要包括藥劑消耗及機泵用電等。旋流分離-氣浮組合裝置側(cè)線試驗工藝的處理水量為10 m3/h，污水停留時間為9 min，運行成本主要包括壓縮空氣、藥劑消耗和機泵用電等。現(xiàn)有工藝及側(cè)線試驗工藝的運行成本估算詳見表3。

由表3可見，旋流分離-氣浮組合裝置的每噸廢水處理費用為0.203元左右，低于該廠現(xiàn)有兩級氣浮工藝。若將側(cè)線試驗裝置進水泵更換為節(jié)能型機泵，能耗還會進一步降低。除此之外，該裝置用于煉油污水處理具有停留時間短、異味小、無堵塞等特點，同時實現(xiàn)了裝置密閉化、穩(wěn)定化運行，與傳統(tǒng)處理工藝相比，具有較強的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。

表3 現(xiàn)有工藝及側(cè)線試驗工藝的運行成本

4 結(jié)論

a）采用旋流分離-氣浮組合裝置處理煉油污水，在進水石油類質(zhì)量濃度為32.1～140.0 mg/L的條件下，處理后出水的平均石油類質(zhì)量濃度為13.9 mg/L，平均除油率達到72%。在處理石油類質(zhì)量濃度為108.9～248.9 mg/L的高濃度污水時，處理后出水的石油類質(zhì)量濃度仍然低于20 mg/L的預(yù)處理指標要求，平均除油率達到87%，表明旋流分離-氣浮組合裝置具有較好的抗沖擊效果。

b）旋流分離-氣浮組合裝置對煉油污水的COD，TP，SS的去除率分別為39%，92%，81%。

c）旋流分離-氣浮組合裝置的運行費用為0.203元/t（以廢水計），優(yōu)于現(xiàn)有的渦凹氣浮與溶氣氣浮工藝，具有較好的經(jīng)濟性。

d）該裝置可代替石化企業(yè)常規(guī)的隔油池和渦凹氣浮、溶氣氣浮裝置，并且占地面積小、處理效果好，實現(xiàn)了廢水的裝置化和密閉化處理，且無異味，具有較好的工業(yè)應(yīng)用前景。