煉油生化剩余污泥催化深度減量技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

吳 潮 漢

(中國石化湛江東興石油化工有限公司，廣東 湛江 524012)

近年來我國環(huán)保產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，污水處理能力及實(shí)際處理量得到迅速提高，有效保護(hù)了水環(huán)境。但在污水處理過程產(chǎn)生的大量生化剩余污泥未得到妥善處理，廣泛采用的機(jī)械脫水效果不盡人意，脫水泥餅含水率仍然較高，污泥減容減量效果尚不能滿足環(huán)保要求。當(dāng)污泥含水率(w)從98%降低到80%，污泥體積減少90%；當(dāng)含水率降低到60%，殘留體積減少95%(即殘留污泥體積只是含水率98%的5%)，說明含水率對(duì)污泥減量影響巨大。因此，要大幅減少脫水污泥殘留體積，必須大幅降低脫水污泥的含水率。

生化剩余污泥由大量水和少量大分子有機(jī)物、微生物及其代謝物、無機(jī)顆粒物等組成，成分極其復(fù)雜，其中水主要以自由水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約80%)、間隙水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約13%)、結(jié)合水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約5%)和內(nèi)部水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約2%)4種形態(tài)存在。這些不同存在形態(tài)的水脫除難易程度不同，自由水和間隙水較易脫除，采用機(jī)械方法一般可以其將脫除；結(jié)合水和內(nèi)部水脫除困難，僅用機(jī)械方法難以脫除。因此，要實(shí)現(xiàn)污泥深度脫水，必須與其他方法結(jié)合(如化學(xué)方法)[1-3]。

采用催化熱處理方法，將導(dǎo)致存在結(jié)合水的大分子碳水化合物降解，轉(zhuǎn)化為水溶性小分子有機(jī)物，可以消除結(jié)合水的存在條件，不但使污泥的脫水性能得到改善，可使含水率降低到60%以下；而且大幅減少揮發(fā)性懸浮物(VSS)，從而使污泥實(shí)現(xiàn)大幅減量。中國石化石油化工科學(xué)研究院、中國石化湛江東興石油化工有限公司、湛江遠(yuǎn)通高新技術(shù)有限公司等單位合作研發(fā)了SMR污泥減量技術(shù)[4-5]，對(duì)含水率98.3%的生化剩余污泥進(jìn)行處理后，脫水殘?jiān)市∮?0%，VSS去除率平均達(dá)到78.3%，使污泥實(shí)現(xiàn)了大幅減量，環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。以下介紹SMR污泥減量技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用情況。

1 生化剩余污泥組成

煉油生化剩余濃縮污泥的主要性質(zhì)如表1所示。表1數(shù)據(jù)顯示：生化剩余濃縮污泥含水率97.6%～98.2%，懸浮物(SS)質(zhì)量濃度18 554～23 640 mg/L，VSS質(zhì)量濃度為13 344～17 090 mg/L，蛋白質(zhì)(PTN)質(zhì)量濃度為8 142～9 005 mg/L，VSS/SS質(zhì)量濃度比為0.72，為典型的生物質(zhì)污泥。毛細(xì)吸水時(shí)間(CST)大于150.3 s、污泥比阻(SRF)大于2.67×1013m/kg，脫水性能非常差。

表1 煉油廠生化剩余濃縮污泥主要性質(zhì)

2 SMR污泥減量技術(shù)

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

SMR工藝技術(shù)是在一定溫度下通過催化方法將污泥中固形高分子有機(jī)物降解，使其轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄孕》肿佑袡C(jī)物，消除污泥中的間隙水、表面水和結(jié)合水，使污泥脫水性能得到顯著改善、泥水容易分離[6]、剩余的少量殘留污泥容易脫水，從而實(shí)現(xiàn)污泥體積大幅度減量和減容的技術(shù)。圖1是處理前后的污泥照片。

圖1 生化剩余污泥經(jīng)SMR污泥減量處理前后照片

2.2 工藝流程

SMR污泥處理技術(shù)以催化熱降解固形高分子有機(jī)物為核心，包括污泥催化熱解、降解液泥水高效分離、殘?jiān)€(wěn)定和深度脫水等工藝過程，其工藝流程示意見圖2。

圖2 SMR污泥減量技術(shù)工藝流程示意

2.3 工藝參數(shù)

以SMR工藝為核心的工業(yè)化污泥減量裝置采用撬裝化設(shè)計(jì)，處理能力為12 000 m3/a，采用催化熱消解技術(shù)，為蒸汽作為熱源，消解液返回污水生化系統(tǒng)或作為反硝化碳源，脫水殘?jiān)馕瘜I(yè)公司處理。裝置包括污泥催化熱解、降解液泥水高效分離、殘?jiān)€(wěn)定和深度脫水部分，主要設(shè)計(jì)參數(shù)：催化消解溫度175～185 ℃；進(jìn)料污泥含水率97%～99%；脫水殘?jiān)什淮笥?0%；VSS去除率不低于70%。

3 SMR污泥減量裝置運(yùn)行效果

3.1 標(biāo)定條件

2020年7月SMR污泥減量裝置在湛江東興石化公司投入工業(yè)化運(yùn)行，2021年6月2日11：30至6月5日14：00對(duì)該裝置運(yùn)行進(jìn)行技術(shù)標(biāo)定，標(biāo)定期間反應(yīng)溫度175～180 ℃，污泥處理流量穩(wěn)定在1.25 m3/h，連續(xù)標(biāo)定74.5 h的運(yùn)行效果。標(biāo)定期間，每天1：00、9：00和17：00分別從SMR工藝裝置進(jìn)料泵出口、進(jìn)料與減量劑混合后出口、反應(yīng)器出料口、穩(wěn)定罐出料口進(jìn)行3次采樣。操作參數(shù)通過分散控制系統(tǒng)(DCS)控制并可拷屏記錄留存，間隔時(shí)間3 h，記錄SMR污泥減量裝置進(jìn)料量、蒸汽流量和反應(yīng)溫度等工藝參數(shù)。

3.2 濃縮污泥性質(zhì)

標(biāo)定期間生化剩余污泥經(jīng)過濃縮的主要性質(zhì)如表2所示。從表2可以看出，標(biāo)定期間的污泥含水率為98.32%～98.39%，SS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.61%～1.68%，VSS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.11%～1.23%，VSS與SS質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為69.4%～72.6%。該污泥為典型的生物質(zhì)污泥，其污泥含水率、SS和VSS含量比較穩(wěn)定，與標(biāo)定前的污泥性質(zhì)基本相同。

表2 SMR污泥減量裝置標(biāo)定期間的生化剩余污泥基本性質(zhì)

3.3 VSS去除率

一般來說，生化剩余污泥中的VSS含量越高，污泥越難脫水；反之，VSS含量越低，污泥越容易脫水。標(biāo)定期間污泥中VSS的去除率見表3。從表3可以看出，SMR污泥減量裝置對(duì)污泥VSS的最大去除率為79.3%、最小為75.0%、平均為78.3%。這些結(jié)果說明SMR污泥減量裝置運(yùn)行平穩(wěn)，且對(duì)VSS具有很高的去除率。

表3 標(biāo)定期間SMR污泥減量裝置對(duì)污泥VSS的去除率

3.4 污泥脫水性能

毛細(xì)吸水時(shí)間和污泥比阻是表征污泥脫水性能的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，其數(shù)值越大，說明污泥的脫水性能越差。當(dāng)CST<20 s、SRF<2×1013m/kg時(shí)，污泥具有良好的脫水性能。表4是煉油生化剩余污泥經(jīng)SMR污泥減量裝置處理前后的污泥比阻和毛細(xì)吸水時(shí)間的變化情況。表4結(jié)果顯示：未經(jīng)SMR工藝裝置處理的污泥CST和SRF分別為272 s和4×1013m/kg，分別大于20 s和2×1013m/kg，說明未處理的污泥脫水非常困難；污泥經(jīng)過SMR污泥減量裝置處理后的CST和SRF分別為15 s和1.5×1013m/kg，分別小于20 s和2×1013m/kg，說明經(jīng)過SMR工藝裝置處理的生化剩余污泥脫水性能得到了顯著改善，脫水性能良好。

表4 SMR污泥減量裝置處理前后的污泥脫水性能對(duì)比

生化剩余污泥經(jīng)過SMR污泥減量裝置處理，約80%的VSS轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄杂袡C(jī)物，剩余的殘?jiān)饕菬o機(jī)固形物。表5是剩余殘?jiān)?jīng)機(jī)械脫水后的含水率。從表5可以看出，經(jīng)SMR污泥減量裝置處理的生化剩余污泥殘?jiān)撍蟮暮首畲鬄?7.9%，最小為55.7%，平均為57.1%，說明經(jīng)SMR污泥減量裝置處理后生化剩余污泥的脫水性能得到了顯著改善，含水率降至小于60%的填埋要求，可以直接進(jìn)行填埋。

表5 經(jīng)SMR污泥減量裝置處理的殘?jiān)撍囡灪?/p>

生化剩余污泥經(jīng)SMR污泥減量裝置處理產(chǎn)生的消解液BOD5/COD比為0.31，說明其具有良好的可生化特性，可以作為反硝化碳源，實(shí)現(xiàn)資源化利用。

圖3是脫水泥餅照片，經(jīng)SMR污泥減量裝置處理后，剩余殘?jiān)優(yōu)槌尚吻覠o異味的泥塊。

圖3 經(jīng)SMR污泥減量裝置處理后的泥餅照片

3.5 運(yùn)行費(fèi)用

SMR污泥減量裝置運(yùn)行費(fèi)用主要包括減量劑、蒸汽、電、凈化風(fēng)、除鹽水及硫酸、剩余殘?jiān)馕M(fèi)，根據(jù)各物料的單耗和單價(jià)計(jì)算，標(biāo)定期間總運(yùn)行成本6 750元。共處理平均含水率98.3%的生化剩余污泥114 t，產(chǎn)生脫水殘?jiān)?.64 t，減量率達(dá)到99.4%，單位污泥處理費(fèi)用為59.2元/t。與SMR污泥減量裝置投入運(yùn)行前采用的“機(jī)械脫水+熱干化”處理工藝相比，污泥殘?jiān)鼫p少了70%，綜合成本降低了約40%，顯示出優(yōu)異的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

(1)經(jīng)SMR污泥減量裝置處理的煉油生化剩余污泥的脫水性能得到了顯著改善。其CST和SRF從處理前的272 s和4×1013m/kg分別降低到處理后的15 s和1.5×1013m/kg，剩余殘?jiān)撍囡炂骄蕿?7.1%。

(2)SMR污泥減量裝置對(duì)煉油生化剩余污泥VSS去除效果顯著，平均去除率達(dá)到78.3%，產(chǎn)生的消解液BOD5/COD比為0.31。

(3)對(duì)含水率為98.3%、VSS/SS質(zhì)量濃度比為70%的煉油生化剩余污泥，經(jīng)SMR污泥減量裝置處理后減量率達(dá)到99.4%，且殘?jiān)鼰o異味。生化剩余污泥處理的綜合成本為59.2元/t，較常規(guī)“機(jī)械脫水+熱干化”處理成本降低40%、殘留量減少70%。

(4)SMR污泥減量裝置的操作環(huán)境友好、無異味，操作簡單，可通過DCS控制。