石油化工行业高浓度碱渣污水预处理技术
摘 要:简述石油化工行业高浓度碱渣污水的来源及成分,高浓度碱渣污水处理工艺方案和工艺流程的选择,并着重介绍工程设计实例以及设计改造过程中的工艺特点和应用情况,供广大同行借鉴和参考｡
关键词:高浓度污水;IRBAF处理工艺;气水联合反冲洗
炼油化工厂在加工过程中,产生和排出含污染物的工业废水有:原油脱盐水､产品洗涤水､气提蒸气冷凝水､油罐脱水､机泵冷却水､冷却塔和锅炉排污水等,其所产生的废水量和污染物质随炼油厂类型及加工工艺不同而异｡炼油化工厂碱渣主要来自常减压､催化生产的初常顶油和催化汽油､催化柴油等油品用碱液进行碱洗后的废液,因被洗的产品不同,碱渣的性质也不同,实际上碱渣中还含有许多可被回收利用的物质,通过各种回收方法可以把其中可利用的组分最大限度的提取,剩下的废液体碱渣作为危废排放,排放的碱渣废液中,通常其COD值都特别高,可高达数十万,COD及硫化物､酚等污染物的排放量占炼油厂或石油化工污染物排放量的20%～30%,此外还含有大量的酚和环烷酸,这些物质如不妥善处理,直接排放到全厂污水系统,会给污水处理场生化系统带来很大冲击,严重影响污水处理场的正常运行,碱渣污水直排污水系统一直是造成炼油石化行业污水处理场冲击､影响净化水水质的隐患｡因此,必须采用行之有效的预处理方式对炼油化工厂的碱渣进行必要的预处理｡
1 处理技术分析
目前,石化行业的碱渣废水处理方法主要有直接处理法､化学处理法和生物氧化法｡
直接处理法有出售､稀释､深井注入和焚烧处理等方法,其中以焚烧法为主,直接处理法容易出现污染转移(大气)或转嫁(其他地方),故受到一定限制｡
化学处理法通常采用湿式空气氧化技术(WAO),即在150-200℃,1.5-10MPa的条件下,利用氧气直接氧化去除碱渣中的硫化物,达到碱渣预处理的目的｡碱渣的处理效果受制于氧化反应体系的温度与压力,污染物去除效率越高,相应体系所需的温度与压力也就越高,WAO法高昂的设备投资额度和运行费用使其应用受到限制｡
焚烧和湿式催化氧化都是投资､运行费用非常高的处理技术｡相比之下,采用生化技术进行处理,其投资､运行费用都只有湿式催化､焚烧法的几分之一或者几十分之一,运行管理简单,处理效果稳定｡
生物氧化法是采用首先将碱渣进行适度的稀释(10～20倍),控制硫化物在1000～3000mg.L-1,并中和后,利用特殊的生物反应器,使硫细菌在生物反应器中形成生物氧化床,通过生物的作用利用空气中氧气氧化硫化物和酚,从而达到碱渣预处理的目的｡生物氧化方式相比具有较好的的技术经济价值, 而内循环固定生物氧化床技术即IRBAF处理工艺是针对石油炼制和石油化工产品精制过程中产生的废碱渣(汽油､柴油､液态烃等碱渣)开发的,大幅度减轻污水处理场的进水负荷,能够有效地氧化处理催化汽油废碱液､液态烃废碱液等高浓度废水,保证了现有污水处理系统的正常运转和达标排放｡
2 IRBAF处理工艺简介
内循环固定生物氧化床技术(Enternal Recurrence Fixed Biological Bed缩写IRBAF)是在常温､常压的条件下,利用专属微生物特殊的工艺环境,形成一个高活性生物酶催化氧化床,促使水体中污染物氧化｡当BAF反应池经过一定时间的运行,其填料中将产生大量的生物质,当新增生物量床,过多时,会影响水在填料内部的运行,降低处理效率,此时需通过反冲洗将生物床中的过剩生物质脱出｡BAF的反冲洗可通过反冲洗自控系统或半自控系统来完成｡反冲洗周期视进水COD负荷确定,COD负荷越高,反冲洗周期越短,反之,BAF的反冲洗周期越长｡反冲洗采用新型脉冲气水联合反冲洗技术,反冲洗风采用炼油厂的非净化风,反冲洗水采用二级内循环BAF的净化出水,冲出的高浓度泥水混合液自流进入泥水分离池,经沉淀分离后,上层清液循环处理｡本工艺产泥量较少,可滞留于泥水分离池,不定期排入净化水车间现有的污泥处理系统｡
IRBAF工艺的特点:①高品质填料:生物床采用粘土陶粒,具有较大的比表面积和总孔容积,抗机械磨损强度高,表面粗燥,化学稳定性强｡②隔离式曝气技术:采用独有的隔离式曝气技术,给反应器充氧的同时,将污水沿曝气管道提升,再经过反应器生物床,形成循环,避免了传统曝气方式对滤料的冲刷,同时由于反应器水体呈內循环状态,每小时可以循环10～20次,增加了滤料内水流速度,增强了污水与生物体之间介质的交换,提高了反应器的处理效能,具有完全混合式反应器的特点,提高了反应器耐有毒物质的能力和抗冲击能力,隔离式的曝气技术改变了传统曝气方式容积利用率低,易形成水流短路的现象,提高了反应器的容积效率和处理效率｡③独特的气水联合反冲洗方式:IRBAF的反冲洗技术是一种对传统反洗技术的改进,提高了滤料层扰动的强度,提高系统应力中的附加切应力,提高颗粒间的碰撞机会,从而提高系统的反冲洗效果,避免滤料的粘结堵塞,保持反应器的活性,达到稳定处理的目的｡④自动化程度高:反冲洗是保障系统正常运行的关键,对出水水质､运行周期､运行状况的影响很大,设计系统的整个反冲洗过程由程序控制,自动按次序控制管道上的阀门,减少人力,方便操作｡
3 工程实践介绍
3.1 污水来源及水质
荆门分公司污水处理场于2000年扩建为设计处理能力为1000t/h,随着加工深度的逐步提高,劣质油参炼比例不断增加,出水水质的COD值时有超标,很难稳定达到一级排放标准,经数据显示进入污水处理场的来水有着高浓度污染源,高浓度污染源水质统计情况见表-1:
根据表-1进行分析可以看出,前三类废水的COD浓度都在15000mg/l以上,从浓度和水质特性来看完全属于高浓度难降解废水,必须对这几股高浓度的污水进行预处理,以确保总出口排放污水的稳定达标｡
3.2 工艺流程
高浓度污水处理工程的重点为COD的降解,对于高浓度的污水预处理工程,首先应对进入污水处理场的污水进行分流,即必须将高浓度的污水与普通的污水在进入污水处理场的构筑物之前进行分开,尽量减少高浓度污水量,以减少运行费用,高浓度碱渣污水经单独的物化处理后,进入IRBAF生化处理单元,待COD大部分去除后,再进入现有的污水生化处理系统处理至达标排放的要求｡经调研确定,高浓度碱渣污水处理流程为:
3.3 主要构筑物和设备工艺参数
(1)内循环BAF池:BAF反应池是利用原有的曝气池进行改造,共设置8间,单间池体规格:6750×3538×5600,每间处理水量为15m3/h,填料容积为62.5/ m3,停留时间4.17h,填料高度2.5m,曝气量为3Nm3/min,反冲洗风量40Nm3/min,反洗风压0.45MPa｡
(2)内循环接触氧化池:处理水量120 m3/h,填料容积为1500 m3,停留时间12.5h｡
(3)内循环反冲洗系统:内循环反应池共8间,每间池安装气动阀2台,电磁阀1台,依次为出水气动阀､反冲洗进水气动阀､反冲洗风电磁阀｡分别控制出水､反冲洗进水､反冲洗进风的打开与关闭,以进行BAF池的反冲洗的自动控制｡
(4)泥水分离池:利用一间延时曝气池改造为泥水分离池,有效容积为150m3｡
3.4 IRBAF处理系统运行效果
本工程已于2006年12月完成设计,2006年4月建成投运,经过一段时间的运行,环保监测部门对该工程进行了验收监测,监测结果如下表中:
从表中可以看出高浓度的碱渣污水经过物化处理和IRBAF的生化处理后,COD值有很大程度的降解,从而给后续的生化处理提供了稳定的水质,提高了污水处理场整个的抗冲击能力,使该污水处理场在工程投用后出水水质能稳定达到国家综合排放标准的一级排放标准,其效果是十分显著的 ,目前这项技术已经在国内多家石油､石化企业应用,取得了良好的效果｡
3.5 工程设计特点
本次设计为在原有的污水处理场进行改造,内容多､流程长,设计中总结有以下特点:
(1)在整个污水处理场的改造过程中尽量利用原有构筑物和设施,在增加新工艺的同时中尽量通过设置阀门保持原有处理流程的畅通,使污水处理场可以根据来水的不同而灵活的调节流程,以节省能耗和提高污水处理场的抗冲击能力｡
(2)处理效率高,二级内循环BAF生物氧化池的COD降解速率为7.2～6.0kg/m3d,是普通工艺的12-15倍,内循环接触氧化池为1.0kg/m3d,是普通工艺的2倍｡
(3)独特的气水联合反冲洗技术使整个工艺运行稳定､管理简便､自动化程度高,无需增加操作管理人员｡
4 主要经济技术指标
该改造项目工程总投资约720万元,主要技术经济指标见下表
从上表中可见该工艺处理高浓度的碱渣废水运行费用低,吨水处理费用仅0.85元/ m3(不含折旧与人工费用),年电耗费用为55.6万元(按0.5元/kw.h计)｡
5 结语
对于一直困扰着炼油化工行业污水处理场的碱渣高浓度污水,经过隔油､气浮等物化处理后,再进入内循环固定生物氧化床IRBAF工艺进行生化预处理,能够有效稳定去除大部分COD,减轻后续普通生化处理工艺的处理负荷,提高整个污水处理场的抗冲击能力,出水水质稳定,操作简便､工程造价和运行费用低,必将在炼油石化行业的碱渣高浓度污水处理的领域中得到较广泛的应用｡
参考文献
[1]王良均,吴孟周.石油化工废水处理设计手册[M].北京:中国石化出版社,1996.
[2]冯敏.现代水处理技术[M].北京:化学工业出版社,2006.