微/納米氣浮技術處理石化污水的試驗

劉偉，柏小濤，白小春，劉錦芳

（陜西延長石油（集團）有限責任公司榆林煉油廠，陜西靖邊718500）

工業污水排放對流域環境及居民健康造成嚴重影響，其中煉化行業廢水對生態環境的危害更為嚴重。煉化廢水所含污染物質種類多、毒性大，處理難度大，常規生化處理出水難以滿足排放標準［1～3］。2015年前，中國大部分地區煉化企業在執行《污水綜合排放標準》GB8978-1996，但隨著《石油煉制工業污染物排放標準》GB31570-2015的頒布，煉化行業勢必升級改造以確保排放合格。

某煉油廠污水處理廠為確保污水排放滿足新標準要求，在升級改造前采用微/納米氣浮技術進行技術試驗，為微/納米技術引用提供應用數據。根據試驗結果，該廠于2019年對污水預處理單元應用微/納米技術進行升級改造，達到預期結果。

1 試驗裝置概況

某煉油廠300 m3/h污水處理裝置由某環保科技有限公司設計，原設計采用當時國內外新工藝、新設備、新材料，滿足安全、衛生、節能、環保要求。主要包括：格柵、調節罐、隔油、1級氣浮（CAF）、2級氣浮、生物膜法、生化厭氧、生化好氧、沉淀、BAF等生產工藝流程。

經裝置處理后的污水達到國家GB8978-1996《污水綜合排放標準》2類1級標準后部分排入城市污水管網，部分廠內回用。該裝置1級氣浮為渦凹氣浮系統，2級氣浮為溶氣氣浮。其渦凹氣浮系統具有充氣量高、自動內回流、不設回流泵、能耗低等特點，污水經該設備處理后自流進2級氣浮，裝置采用部分污水回流溶氣氣浮，氣浮藥劑混凝劑采用聚合氯化鋁鐵，絮凝劑采用聚丙烯酰胺，利用加藥裝置通過隔膜計量泵進行投加，級混合機械攪拌反應進入分離段，污水中細分散油和部分乳化油得到進一步去除，使其出水含油量≤20 mg/L。300 m3/h污水處理裝置工藝流程見圖1。

圖1 污水處理裝置工藝流程

2 試驗背景

污水處理廠自投運以來，各單元設施運行正常，處理后污水達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）2類1級排放標準。

2017年7月1日《石油煉制工業污染物排放標準》（GB31570-2015）頒布，污水處理廠需執行新標準，其COD、氨氮等各項指標均嚴于現執行排放限值，同時2017年榆林煉油廠關聯單位油煤新技術開發項目裝置正常投入運行，其裝置排放的污水設計依托300 m3/h污水廠處理。

因排放污水COD、氨氮等污染物含量高，導致污水處理廠進水水質超出原設計指標，對污水處理廠的平穩運行造成不利影響，最終排污水難以滿足新的石油煉制工業污染物排放標準。

新舊標準主要控制指標部分對比見表1。

表1 新舊標準主要控制指標對比/（mg·L-1）

新標準對污水處理過程的要求更高，排放控制指標更苛刻。油煤新技術項目投用前后污水進水水質變化情況見表2。

由表2統計數據可以看出，油煤公司投用后污水進水水質COD、氨氮含量發生變化，并超原設計控制指標，對污水達標排放帶來沖擊，特別是滿足新標準的排放標準帶來困難，需進行技術改造。

表2 油煤新技術投用前后的進水水質對比/（mg·L-1）

針對以上問題，為確保煉化混合污水達標排放，必須進行技術改造。為確保生化池進水水質合格，充分掌握相關污水處理技術工藝，2017年12月至2018年1月，應用微/納米汽浮進行了現場中試試驗，比較“微/納米氣浮”和“渦凹—溶氣”2級氣浮的處理效果。

3 微/納米汽浮試驗

微/納米氣泡主要由直徑在10～50 μm的微米氣泡和直徑＜200 nm的納米氣泡組成［4］。微/納米氣泡的特性：（1）尺寸小，水中滯留時間長；（2）界面帶電特性，有助于懸浮物的粘附除去；（3）在破滅時產生超高壓、超高溫與羥基自由基，有一定的氧化作用［5，6］。

因此，在污水處理過程中，可以去除有機污染物、懸浮物，實現水質凈化。微/納米氣泡用于污水的預處理，能夠顯著提高生化進水要求，有利于微生物的活性保持，提升污水處理效率［7］。此次微/納米試驗設備具有產生的氣泡粒徑小（微/納米級），能耗低，操作簡單等特點。在此基礎上，結合“全流程氣浮”+“共凝聚氣浮”的最新設計理念，制作了“微/納米氣泡氣浮除油”應用裝置，其工藝流程見圖2。

圖2 混凝—微/納米氣浮工藝流程

污水與除油劑A（PAC）經管道混合器后，進入微/納米氣泡發生器中產生含大量納米氣泡的絮體，絮體礬花與除油劑（B）PAM混合后進入氣浮池中進行油、水分離，其中清水達到下游污水處理系統排放指標后排放進行再處理；上層的油（含油浮渣）送至渣罐。油水分離裝置主要包括：自動加藥系統、管道混合器、微/納米氣泡發生器、氣浮池、渣罐、清水罐等。

3.1 試驗目的

（1）對調節罐出水進行處理，降解污水中的油份、COD，改善污水水質；

（2）針對同股污水，比較微/納米氣浮和“渦凹—溶氣”2級氣浮的處理效果；

（3）充分掌握微/納米氣浮處理技術工藝，為項目改造收集技術數據。

3.2 試驗條件

（1）試驗地點：微/納米汽浮設備（電壓380 V，功率2 kW）用貨車運至場地，不卸車，停放在2具罐中罐之間的空地上，進行現場試驗；

（2）試驗對象：污水處理裝置罐中罐出水；

（3）試驗處理量：2 t/h；

（4）考察因素：在PAC及PAM加劑量相同的情況下，對比1氣、2氣出水與微/納米氣浮出水水質，考察微/納米氣浮運行優勢及穩定性。

（5）試驗方式：采用自流方式，罐中罐液位應大于2.5 m；用軟管連接罐中罐取樣口和試驗設備污水槽，軟管與罐中罐取樣口的連接方式采用管卡連接，通過罐中罐取樣口閥門調節水量；

（6）藥劑投加：PAC、PAM，2種藥劑皆用于300 m3/h污水處理裝置。

4 微/納米汽浮試驗結果

試驗采用微/納米氣泡曝氣的方式直接處理污水處理廠罐中罐污水，對比原預處理單元以1級氣浮（渦凹氣浮）、2級氣浮（溶氣氣浮）處理后污水水質，通過對比微/納米氣浮出水與原1氣、2氣出水中的COD及石油類去除效果作為考察指標，驗證微/納米氣浮處理技術效果。

原1、2氣浮進水為隔油池出水，經隔油池除油后再進入1、2級氣浮進一步除油，微/納米氣浮進水為罐中罐進水。

1氣、微/納米氣浮進水COD在500～600 mg/L，石油類在30～50 mg/L。1氣、微/納米氣浮2者出水COD在300～450 mg/L，石油類在5～25 mg/L。對比1氣、微/納米氣浮進出水，微/納米氣浮進水COD含量、石油類含量比1、2級氣浮進水COD含量、石油類含量水質相對較差，但出水COD含量、石油類含量比1、2級氣浮水質相對較優。

試驗結果表明：在混凝劑添加比例相同的情況下（PAC劑量：70×10-6，PAM劑量：2.5×10-6），對比1、2級氣浮與微/納米氣浮出水水質，微/納米氣浮技術占優。

5 結論

針對罐中罐出水，注入相同藥劑量的PAC和PAM（PAC劑量：70×10-6，PAM劑量：2.5×10-6），“微/納米氣浮除油設備”的油含量和COD值去除效率為70%左右，“渦凹氣浮—溶氣氣浮”的處理效率為60%左右，可見微/納米氣浮除油設備的效果優于渦凹氣浮—溶氣氣浮的處理效率。但微/納米氣浮除油設備的微/納米氣泡發生器存在容易堵塞的問題。微/納米氣浮除油設備在煉油、化工混合污水預處理系統試驗成功，可為其他混合性污水處理提供技術改造參考，并已指導了該廠300 m3/h污水處理廠的技術升級改造，同時發現微/納米發生器存在堵塞的情況需進行重點設計。