一體式氣浮裝置高效處理延遲焦化含油污水

周付建

(湖南岳陽長嶺設(shè)備研究所有限公司，湖南 岳陽 414000)

收稿日期：2022-01-01；2022-04-22修回

作者簡介：周付建(1985-)，男，湖南張家界人，碩士研究生，主要從事煉油廠污水、固廢處理方面工作。 E-mail：jian5c.n@163.com

煉廠延遲焦化裝置產(chǎn)生的廢水依據(jù)其性質(zhì)可分為：含油污水、含硫廢水及含鹽(生產(chǎn))廢水，其中含油污水占總污水的90%以上，主要包括冷焦過程中的大吹氣冷凝水、冷焦水、切焦水及分餾系統(tǒng)切水等。焦化含油污水不僅含大量乳化嚴重的輕質(zhì)污油、酚類、多環(huán)芳香族及含氮、氧、硫的雜環(huán)化合物等，而且富含多種極易揮發(fā)的惡臭氣體，為一種典型的高污染、難降解的有機物工業(yè)廢水[1]。

表1為部分煉廠含油污水的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)[2]。目前，國內(nèi)對該類廢水處理的技術(shù)不成熟，當前不少煉廠對這部分廢水簡單沉降后，采取：①直排方式進下游的污水處理系統(tǒng)，高油含量組分對系統(tǒng)負荷沖擊非常大，直接影響總排出水中的油含量、COD等控制指標，少數(shù)煉廠采用；②化學(xué)藥劑處理法，蘭州煉化已應(yīng)用，此工藝除油率可達到90%左右，不足之處：藥劑儲罐及用量大，工藝投資、藥劑成本較高[3-4]；③旋流強化分離技術(shù)[5]，該項技術(shù)主要側(cè)重延遲焦化裝置密度差相差較大冷、切焦水及乳化程度低含油污水，對于高濃度的吹氣冷凝水處理效果較差；④浮油自動收集排油組合裝置[6]，簡稱“罐中罐”技術(shù)，該工藝通過離心作用將油、水、焦粉進行分離。該技術(shù)主要處理密度差較大的含油污水，對于高度乳化的含油污水處理效果一般，且需要引進成套設(shè)備，對裝置改造較大。

表1 國內(nèi)部分延遲焦化裝置含油污水分析表

根據(jù)含油污水的性質(zhì)特點，對當前市售的多種破乳劑及自行開發(fā)除油分散劑、高效助劑進行篩選試驗，確定最佳的藥劑及其用量，協(xié)同自主研發(fā)的“一體式氣浮裝置”進行微納米(氣泡)氣浮試驗。對試驗前、后的出水進行油含量、COD、氨氮及硫化物分析；產(chǎn)生的浮渣進行水含量、固含量分析，灼減分析及等離子發(fā)射光譜儀常規(guī)金屬元素分析，對比考察含油污水的兩組試驗處理效果。

1 試驗部分

1.1 實驗材料

1.1.1 含油污水

含油污水為某煉廠延遲焦化裝置V205切水，外觀呈現(xiàn)黃色，乳化嚴重，表面夾帶少量黑色油污，伴有惡臭氣味，主要來源為“冷焦”過程中產(chǎn)生的吹氣冷凝水、部分冷焦水等。表2為某煉廠延遲裝置V205切水的隨機采樣分析結(jié)果。

表2 某煉廠延遲裝置含油污水分析

1.1.2 實驗藥劑

破乳劑Ⅰ(蘭州市某公司)；破乳劑Ⅱ(岳陽市某有機合成廠)；ZBH-206油水分離劑(常州市某公司)；活性轉(zhuǎn)化劑，高效分散劑，聚凝劑(甘肅某公司)；自主開發(fā)的除油分散劑(A劑，配置濃度5%)，由多種高分子有機物及高分子聚合物復(fù)配而成，除油分散劑可破壞“O/W(水包油)型”含油污水穩(wěn)定乳化體系，改變污水性質(zhì)；高效助劑(B劑)，提高除油、降濁效果。

1.2 實驗方法

純藥劑法試驗：參考ASTMD2035-1980美國試驗材料學(xué)會標準，在含油污水中加入一定濃度的破乳劑/分散劑，快速攪拌1 min，最后加入適量助劑，慢速攪拌1～2 min，靜置觀察。取下層清水分析試后油含量、COD及硫化物。

微納米氣泡氣浮實驗：篩選出合適藥劑，確定最佳投加濃度后，協(xié)同自主研發(fā)的“一體式氣浮裝置”(其中微納米氣泡發(fā)生器為核心部件，自主開發(fā)專利產(chǎn)品，型號規(guī)格：MNBP-7，主要用來產(chǎn)生大量的微納米級別氣泡)進行試驗，處理量為1.3 t/h，每次試驗水樣體積約300 L。放大試驗示意圖如圖1所示。具體過程如下：泵前加入A劑，通過泵體葉輪充分攪拌后進入曝氣區(qū)，再加入B劑后進入沉降區(qū)分離。水樣靜置5 min后，取下層清水分析油含量、COD及硫化物，取上層浮渣樣分析含水率、固含量、105℃及400℃灼減失重分析及常規(guī)金屬元素含量分析。試驗將純藥劑法、微納米氣泡氣浮處理含油污水進行對比，以出水中油含量、COD及硫化物，浮渣量、浮渣含水率為考察對象。

1.3 分析檢測

試前、試后的水樣通過JLBG-126型紅外分光測油儀進行油含量檢測分析；COD通過SYC-100標準COD消解器檢測；硫化物采用碘量法滴定分析；表面張力在室溫25℃采用JYB-200B型自動界面張力儀進行分析。

實驗產(chǎn)生的浮渣快速過濾后，濾液通過JSH3202型原油水含量測定器(深圳市湘津石儀器有限公司)進行水含量分析；浮渣試樣進行105℃、400℃灼減失重分析及固含量分析；采用美國瓦里安公司AX型VISTA等離子發(fā)射光譜儀對浮渣中金屬元素含量進行分析。

2 試驗結(jié)果

2.1 實驗室藥劑篩選試驗

2.1.1 藥劑篩選試驗

試驗方法參照1.2純藥劑法試驗。含油污水pH為7.5，油含量為1.3×104mg/L，COD為4.9×103mg/L，硫化物為870 mg/L。將污水水樣分成5等份，分別投加一定濃度的市售藥劑及自行開發(fā)的除油分散劑/高效助劑，試驗分析結(jié)果如表3所示。

圖1 一體式含油污水處理裝置示意圖

表3 藥劑篩選試驗結(jié)果

從表3中可以得出：(1)投加破乳劑Ⅰ、破乳劑Ⅱ及油水分離劑Ⅰ對含油污水處理效果均較差。試驗觀察處理后水樣顏色仍呈淡黃色。可能原因：含油污水為典型的“O/W”強穩(wěn)定體系，加入三種藥劑后未打破污水中膠體之間的平衡狀態(tài)，從而改變廢水中油相與水相間的界面張力，使之成為細小均衡的分散體系，油、水分離不徹底。(2)加入“活性轉(zhuǎn)化劑—高效分散劑—聚凝劑”后，含油污水下層變成無色透明狀，處理效果較好，但藥劑種類多且投加量大，工業(yè)上不僅會造成藥劑儲罐占地面積大，而且操作繁瑣。(3)加入自行開發(fā)的除油分散劑—高效助劑后，含油污水樣迅速分為水、渣兩層。油、COD及硫化物的去除率均在99%、90%和96%以上。

2.1.2 除油分散劑、高效助劑適應(yīng)性試驗

通常煉油廠焦化含油污水水質(zhì)波動較大，為考察自行開發(fā)的除油分散劑及高效助劑對含油污水的適應(yīng)性，隨機采樣進行試驗，結(jié)果如表4所示。從表4可以看出：對于波動較大的焦化含油污水，投加一定濃度的除油分散劑、高效助劑，其去除率分別在96%、87%及83%以上，由于污水中油等有機物去除，出水水樣的表面張力最高可達70.71 mN/m。可見自行開發(fā)的除油分散劑、高效助劑處理某煉廠含油污水具有高效、快速的特點。

2.2 放大試驗結(jié)果及分析

2.2.1 兩種實驗方法對比

試驗方法見1.2。針對3種不同濃度的含油污水，將純藥劑法、微納米氣泡氣浮法進行了對比，試驗結(jié)果如表5所示。

從表5可以看出：(1)6輪含油污水試驗均達到較好的處理效果，經(jīng)處理后分為明顯的無色透明狀水層和黃色夾帶黑色污油渣層，其油含量、COD及硫化物去除率分別可達87%、91%及86%；(2)3組“微納米氣泡氣浮”與“純藥劑法”處理同種濃度含油污水試驗對比，前者試驗出水為無色透明狀，無絮體礬花，油含量、COD及硫化物去除率分別可達94%、93%及89%以上，水質(zhì)遠優(yōu)于現(xiàn)場的冷焦水、切焦水；2#、4#、6#三種浮渣中含水率均小于63%，遠低于該煉廠延遲焦化裝置回?zé)捀≡?0%的指標；而僅通過化學(xué)藥劑處理含油污水，出水水中夾帶少量絮體，水質(zhì)相對較差，產(chǎn)生浮渣量大大增加，含水率在85%以上。浮渣量及含水率增加的可能原因：氣浮工藝產(chǎn)生大量微納米級別的氣泡，微氣泡迅速包裹水中絮體礬花，形成“共聚體”(比重遠小于水的密度)快速上浮形成浮渣，加快了油、水分離速度；底部的微氣泡、絮體不斷上升，對上層浮渣及微氣泡形成擠壓，表面氣泡不斷破裂，產(chǎn)生的浮渣更密實、含水率更低。

表4 除油分散劑、高效助劑對含油污水適應(yīng)性試驗結(jié)果

表5 兩組放大試驗對比結(jié)果

2.2.2 浮渣分析結(jié)果

浮渣分析以3種試樣(均為黃褐色，夾雜著少量黑色污油)為研究對象，主要考察浮渣中油含量、固含量、105℃及400℃灼減失重百分比，分析結(jié)果如表6所示。

表6 含油浮渣分析結(jié)果

從表6可得出：(1)3種浮渣試樣固含量均在65%以下，浮渣中含有大量的油分，其中3#試樣油組分質(zhì)量百分數(shù)高達18%，在試驗時也可發(fā)現(xiàn)大量黑色污油摻雜在黃色浮渣中。(2)3種浮渣樣在105℃灼減(水、輕組分、酚類等有機物揮發(fā))與400℃的灼減失重百分比例之和>99.5%，表明在400℃下，浮渣基本揮發(fā)完全。因此，采用該方法處理含油污水所產(chǎn)生的浮渣送往焦化回?zé)挘瑹o灰渣殘留，對焦炭品質(zhì)沒有影響。

采用VISTA等離子發(fā)射光譜儀對浮渣試樣進行常規(guī)金屬元素半定量檢測分析，結(jié)果如表7所示。從表7中可以看出，浮渣試樣中常規(guī)金屬元素含量均在3 mg/g以下，進一步驗證將此類浮渣回?zé)挷粫ρb置設(shè)備產(chǎn)生影響。目前，含油浮渣回?zé)捈夹g(shù)已非常成熟，目前齊魯石化[7]、濟南煉油廠[8]、福建煉油廠[9]、荊門石化、長嶺石化等均采用浮渣回?zé)捥幚砉に嚒２捎梦⒓{米氣泡氣浮法處理焦化含油污水，不僅可解決當前煉廠普遍存在的含油污水難以處理的難題，而且可回收污水中絕大部分輕質(zhì)油組分，減少資源浪費，為煉廠提供可觀的經(jīng)濟及環(huán)境效益。

表7 浮渣常規(guī)金屬元素分析結(jié)果

3 結(jié)論

(1)自行開發(fā)的除油分散劑-高效助劑復(fù)配使用對焦化含油污水具有高效、快速處理效果。純藥劑法試驗油含量、COD及硫化物去除率分別可達96%、87%及83%以上。

(2)微納米氣泡氣浮法可進一步提高焦化含油污水處理效果，處理后的水質(zhì)優(yōu)于現(xiàn)場的冷、切焦水；產(chǎn)生的浮渣密實，含水率在63%以下，在400℃時浮渣可完全揮發(fā)。

(3)煉廠延遲焦化裝置含油污水屬于高含油量且乳化嚴重的廢水，達標處理后回用，減少了污染物外排，有助于提高環(huán)境質(zhì)量。該套技術(shù)的應(yīng)用推廣具有極大的環(huán)保意義和社會效益。