氣浮+混凝絮凝處理電脫鹽含油廢水

趙志興，陳紅碩，馬文峰

（1.中國石化鎮海煉化公司，浙江寧波 315200；2.中國昆侖工程有限公司，北京 100037；3.山東石油化工學院化學工程學院，山東東營 257061）

進入煉油廠的原油會伴隨有鹽分、水、懸浮顆粒等雜質，為保障煉油裝置的平穩運行、提高成品油的質量，原油在進入常減壓裝置前需要采用電脫鹽的方式除雜[1]。在電脫鹽過程中產生的廢水稱為電脫鹽廢水，通常情況下該股水量為煉油廠廢水總量的2.5%～4%，且具有高含鹽、高含油及高懸浮物的“三高”特性[2]。若采用直排廠區污水處理單元的方式，會產生微生物大量死亡、氣浮效果下降、藥劑添加量加大等不利影響，對污水處理單元的正常運行造成較大沖擊，因此，在進入污水處理單元前會對其進行有效的預處理[3-5]。

近年來，隨著原油儲量與質量（劣質化、重質化突出）的雙下降，開采的難度逐步加大[6]，為提高采油率，國內多個老油田已應用三元驅采油技術，同時為提高原油的集輸效率，也需要加入大量的降黏、防凝等化學藥劑，造成電脫鹽廢水水質更為復雜，處理難度加大[7，8]。采用常規的旋流法、重力法只能去除較大顆粒的懸浮物（SS）、浮油及部分分散油分，對于溶解油、乳化油及較小的SS 去除效果甚微[9，10]，吸附法、膜分離法適用于污染物濃度較低廢水的處理，用于高濃度廢水存在著易堵塞、成本高等缺點[11，12]。為有效應對該情況，降低下游污水處理廠的運行負荷，滿足日益嚴格的水處理要求，新型、高效電脫鹽廢水處理技術的開發已迫在眉睫[13]。

針對上述問題，團隊成員在前期資料查詢和大量實驗室實驗的基礎上，開發了一套以“三相渦流超級氣浮+混凝絮凝”為核心的新型電脫鹽廢水預處理技術，為驗證該技術的適應性與可靠性，選取高含油、高懸浮物、高乳化（長期靜置不分層）、高難處理的大慶石化煉油廠電脫鹽廢水為處理對象，在現場進行了為期14 d的中試規模試驗，設備運行穩定、出水水質滿足了進入污水處理廠的要求，為新形勢下高難電脫鹽廢水的處理提供了參考。

1 實驗裝置與方法

1.1 裝置技術原理

三相渦流超級氣浮技術（LSGM）是中國昆侖工程有限公司的創新產品，利用混凝絮凝法，獨特的流體能量管理系統來去除廢水中的懸浮顆粒、膠體顆粒物、其他的難溶顆粒、溶解性固體（TDS）、浮油、乳化狀態下的油滴以及由上述污染物引起的BOD 和COD。該技術可直接在廢水中完成加壓溶氣過程，輔以化學藥劑投加至溶氣廢水中，在三相渦流混合器內完成固液分離，所形成的絮體在高壓下為固、液、氣三態混合物，當壓力下降，絮體中的溶氣氣泡慢慢釋放長大，將絮體中的水分擠出，絮體穩定且含水率低，絮體含水率顯著降低的同時其自身密度越來越低，在氣浮池釋放槽內不借助外力自行上浮，最終在浮選池的水面形成一層含固率較高的浮渣，被刮泥機刮除收集到污泥斗，刮泥機運行頻率可調，廢水中大部分不溶解污染物在氣浮系統中被去除。泥斗里的浮渣經污泥泵輸送至疊螺機進行脫水處理，實現浮渣減量化。

1.2 實驗裝置

三相渦流超級氣浮技術集成裝置由1 臺氣浮設備（處理量1～3 m3/h）、3 套500 L 溶藥加藥設備和1 臺國產康泰污泥脫水疊螺機（最大產泥量100 kg/h）組成，主要設備及規格（見表1），原則性工藝流程（見圖1）。

表1 主要設備組成情況Tab.1 Composition of main equipment

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

1.3 實驗方法

電脫鹽廢水從生產裝置區在液位差壓力下自流進入實驗裝置，由實驗裝置自行加壓、溶氣、加藥快速混凝絮凝進行固液分離。廢水、空氣和藥劑在LSGM 氣浮設備特有的三相渦流混合器中進行快速高效混合反應，隨著三相渦流混合器的壓力釋放，廢水中的污染物會形成密度較輕的中空絮狀污泥，并迅速浮出水面。浮選污泥由刮泥機定時刮至污泥斗（刮泥機運行頻率：運行1 min，靜止15 min）。污泥斗內污泥達到爪式液位計高液位時，由污泥泵輸送至疊螺機進行污泥脫水。通過調整疊螺機出泥口擠壓板間隙，可使疊螺機擠出泥餅含水率達到最低值，有效實現污泥減量化。脫水后的泥餅收集裝袋，稱重記錄后統一收集。疊螺機濾液與氣浮處理后清澈水均高位溢流排入污水處理管網，進入污水廠進一步處理。

在實驗過程中需投加的化學藥劑，由隔膜計量泵輸送至三相渦流混合器加藥口，使廢水中的污染物形成絮狀污泥，懸浮至氣浮池表面再刮除。根據前期實驗室小試實驗結果，選擇、分析和計算投加的藥劑種類和配液濃度如下：氣浮進料加藥聚合氯化鋁（PAC），含量28%，配液濃度2.7%，中試期間平均加藥量413.97 mg/L；氣浮進料加藥聚丙烯酰胺陽離子（CPAM），800 萬相對分子質量，配液濃度0.2%，中試期間平均加藥量31.75 mg/L。疊螺機污泥脫水加藥聚丙烯酰胺陽離子（CPAM），800萬相對分子質量，配液濃度0.1%（疊螺機絮凝槽攪拌速度慢，常規配藥濃度≯0.1%），中試期間平均加藥量8.35 mg/L。

2 結果與討論

2.1 物料衡算

現場中試試驗自2021 年4 月1 日開始，2021 年5月12 日結束，在試驗期間因遇有關部門檢查等原因，實際運行時間14 個工作日，累計進料、出料數據統計情況（見表2）。

表2 累計進料與出料情況Tab.2 Cumulative feed and discharge

2.2 三相渦流超級氣浮

氣浮段運行溫度45～55 ℃，運行期間的藥劑量根據水質波動情況進行相應調整，氣浮段PAC 最大加藥量為864.35 mg/L，最小加藥量為295.62 mg/L，平均加藥量為413.97 mg/L；CPAM 最大加藥量為40 mg/L，最小加藥量為25 mg/L，平均加藥量為31.75 mg/L。疊螺段僅添加CPAM 藥劑，最大加藥量為16.80 mg/L，最小加藥量為5.15 mg/L，平均加藥量8.35 mg/L?，F場試驗過程中每天采樣1 次。

從圖2 可以看出，氣浮進水呈現出污染指標濃度高、水質波動大、高含鹽等特性，主要污染物指標詳細數據如下：石油類波動范圍為93.5～392.0 mg/L，COD 波動范圍為2 609.0～9 276.0 mg/L，SS 波動范圍為3 525.0～8 630.0 mg/L，TDS 波動范圍為5 709.0～7 604.0 mg/L，顆粒直徑中值波動范圍為26.4～34.6 mm?；炷跄拿摲€、架橋、壓縮雙電層、電中和和網捕卷作用，可以很好的實現小顆粒物、分散油、溶解油的聚并[14，15]，輔以加壓溶氣氣浮所產生的微氣泡對絮體的黏附上升作用，可很好的實現污染物與體相的分離，在表面形成污染物高度濃縮的浮渣相[16，17]。同時，混凝絮凝所形成膠體對水中的TDS、溶解油、小顆粒SS 也有不同程度的吸附效果[18，19]，而局部的微氣泡在破滅過程中，會產生空化效應，破壞O/W 乳化體的穩定性，實現破乳，使得乳化油分進入浮渣相[20]。進一步分析圖2 可以看出，經過氣浮處理后的出水石油類為3.7～28.9 mg/L，平均去除率為94.1%；COD 為130.0～365.0 mg/L，平均去除率為96.2%；SS 為8.0～215.0 mg/L，平均去除率為99.0%；TDS 為945.0～1 289.0 mg/L，平均去除率為83.7%；顆粒直徑中值為2.54～3.15 mm，平均去除率為90.8%。經過三相渦流超級氣浮處理后的出水指標基本穩定且完全滿足了排入污水處理場進行后續處理的要求。

圖2 氣浮效果（a）石油類變化情況；（b）COD 變化情況；（c）SS 變化情況；（d）TDS 變化情況；（e）顆粒直徑中值變化情況；（f）污染指標平均去除率Fig.2 Air floatation effect：（a）change of PHCs；（b）change of COD；（c）change of SS；（d）change of TDS；（e）change of median particle diameter；（f）average removal rate of pollution indicators

2.3 疊螺脫水

經過浮選得到的浮渣由于含有大量的石油烴，其歸屬于危險廢物（HW08 類），將其交由具備危廢資質的第三方進行處理費用高達3 500 元/噸，為降低業主處理成本，在出廠前增設了疊螺脫水、減量化操作。疊螺段運行溫度為環境溫度，浮渣絮團經污泥泵輸送至疊螺機攪拌絮凝槽，一部分污泥絮團被攪拌打碎，使污泥絮團變小，需補加CPAM 藥劑進行絮凝，經均勻攪拌后污泥絮團更大、更緊密，有助于污泥脫水。該環節僅添加CPAM 藥劑，最大加藥量16.80 mg/L，最小加藥量5.15 mg/L，平均加藥量8.35 mg/L，采樣頻率與氣浮段一致，每天1 次。

其脫水效果（見圖3），可以看出進入疊螺機的浮渣含水率為93.6%～99.5%，經過疊螺脫水后其含水率降低到72.1%～88.4%，平均脫水率為16.7%，達到了較好的減量化效果。

圖3 疊螺脫水效果Fig.3 Dehydration effect of stack screw pressure filtration

疊螺段濾的SS、COD、石油類等關鍵水質指標（見圖4），可以看出其SS 為14.0～223.0 mg/L，COD 為143.0～379.0 mg/L，石油類為5.7～30.2 mg/L，相比氣浮清水各指標略有升高，一個可能的原因為在壓濾過程中存在“漏泥”現象，導致部分細小顆粒進入濾液，但整體來看，濾液水質滿足了排入污水處理場進行后續處理的要求，可與氣浮出水合并納入污水處理管網。

圖4 濾液水質Fig.4 Water quality of filtrate

2.4 運行成本

裝置的直接運行成本主要包括藥劑費、電費、人工費與折舊費等部分，由于本套裝置為中試規模，暫不考慮人工與折舊，處理每噸電脫鹽廢水的加藥和電耗成本（見表3），通過計算得出運行藥劑費與電費總計為1.82 元/立方米。

表3 直接運行成本Tab.3 Direct operating cost

3 結論

（1）所開發的“三相渦流超級氣浮+混凝絮凝”處理技術可有效降低電脫鹽廢水的污染指數，經其預處理后的出水石油類為3.7～28.9 mg/L，平均去除率為94.1%；COD 為130.0～365.0 mg/L，平均去除率為96.2%；SS 為8.0～215.0 mg/L，平均去除率為99.0%；TDS 為945.0～1 289.0 mg/L，平均去除率為83.7%；顆粒直徑中值為2.54～3.15 mm，平均去除率為90.8%，出水指標基本穩定且滿足排入污水處理廠的要求。

（2）浮選得到的浮渣含水率為93.6%～99.5%，經過疊螺脫水后其含水率降低到72.1%～88.4%，平均脫水率為16.7%，達到了較好的減量化效果。

（3）該中試裝置的運行藥劑費與電費總計為1.82元/立方米。