煉油廢水回用處理工藝與控制系統(tǒng)

田 力，楊玉才，房 毅

（1.丹東北方環(huán)保工程有限公司，遼寧 丹東 118002；2.北京萬(wàn)邦達(dá)環(huán)保技術(shù)股份有限公司，北京 100875）

煉油廢水回用處理工藝與控制系統(tǒng)

田 力1，楊玉才1，房 毅2

（1.丹東北方環(huán)保工程有限公司，遼寧 丹東 118002；2.北京萬(wàn)邦達(dá)環(huán)保技術(shù)股份有限公司，北京 100875）

通過(guò)分析煉油廢水的特點(diǎn)及其在水中存在的形式，根據(jù)煉油廢水回用水處理法，結(jié)合慶陽(yáng)石化煉油廢水處理系統(tǒng)，介紹了慶陽(yáng)石化煉油廢水采用物化處理+生化處理+回用處理工藝過(guò)程及系統(tǒng)組成。

含油廢水;物理化學(xué)法;生化處理;回用處理;控制系統(tǒng)

前言

煉油廢水同其它含油廢水一樣，會(huì)在水體表面形成一層油污薄膜，使水體缺氧，造成水生物死亡，破壞水體自凈能力。水體表面的聚集油還存在可能燃燒的安全問(wèn)題。另外，在水資源缺乏的今天，不僅須避免煉油廢水對(duì)環(huán)境的污染，而且應(yīng)將含油廢水處理后回用。

油在水中分為浮油、分散油、乳化油和溶解油。浮油，以連續(xù)相漂浮在水面，形成油膜或油層，油滴粒徑大于100μm；分散油，以微小油滴懸浮在水中，不穩(wěn)定，靜置后，往往變成浮油，油滴粒徑10～100μm；乳化油，水中含有表面活性劑使油成為穩(wěn)定乳化液，油滴粒徑0.1～10μm；溶解油，一種以化學(xué)方式溶解的分散油，油滴粒徑很小，有時(shí)到幾納米。

含油廢水處理技術(shù)，按其作用原理和去除對(duì)象一般可分為物理學(xué)法（氣浮法、膜分離法、吸附法、粗粒化法）、化學(xué)法（化學(xué)絮凝法、化學(xué)氧化法）和生物處理法（活性污泥法和生物濾池法）。氣浮法和粗?；ㄓ糜谌コ稚⒂秃腿榛停コ綖?0～60μm；化學(xué)絮凝法、化學(xué)氧化法用于去除乳化油，去除粒徑為10～60μm；吸附法、活性污泥法和生物濾池法用于去除溶解油，去除粒徑為1～10μm。但上述各種單一處理方式都無(wú)法對(duì)煉油廢水處理達(dá)標(biāo)，因而通常都是根據(jù)廢水性質(zhì)、油分存在形式、廢油回收利用、廢水回用深度以及經(jīng)濟(jì)要求等因素，將幾種方法合理組合，形成多級(jí)處理工藝，從而實(shí)現(xiàn)良好的除油收油效果，并使廢水得到回用。

慶陽(yáng)石化公司300萬(wàn)t/a煉油加工工程的公用系統(tǒng)中，污水處理與回用水處理站就是典型的煉油廢水系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為300m3/h。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)，將上述方法進(jìn)行有效組合。該系統(tǒng)工藝組合和控制系統(tǒng)參數(shù)如下表。

項(xiàng)目進(jìn)出水質(zhì)表

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目進(jìn)出水質(zhì)情況見(jiàn)下表，系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)下圖。

系統(tǒng)工藝流程圖

2 含油廢水處理主要單元工藝

2.1 調(diào)節(jié)罐

調(diào)節(jié)除油罐主要起到除油的作用，同時(shí)調(diào)節(jié)污水水量變化。根據(jù)油水重力分離的原理，密度小于1000kg/m3的油在浮力的作用下緩慢浮至水面，密度大于1000kg/m3的懸浮物在重力作用下下沉至池底，從而達(dá)到去除污油的目的。調(diào)節(jié)罐內(nèi)設(shè)置浮動(dòng)環(huán)流收油器，隨罐內(nèi)液位上下浮動(dòng)自動(dòng)收油，去除調(diào)節(jié)罐內(nèi)的大部分浮油。分離出來(lái)的浮油由浮動(dòng)環(huán)流收油器收集后排至污油池，從而去除污水中大部分的浮油，油泥沉降后送入油泥處理系統(tǒng)，處理后的污水排入污水處理系統(tǒng)。出水非分散性含油量在200mg/L。

2.2 隔油池

隔油池除油也是根據(jù)重力分離的原理，利用油、水密度差進(jìn)行分離。密度小于水的油上浮至水面而得到回收。在隔油池斜板段內(nèi)設(shè)置許多平行的斜板，含油污水通過(guò)斜板時(shí)，油粒上浮碰到板面就在板下聚集成大的油珠而增加浮力并沿斜板上移，縮短了油珠的浮升距離，改善了油水分離條件，縮短了油水分離時(shí)間，提高了隔油效率。密度大于水的其它機(jī)械雜質(zhì)則沉于池底，用刮油刮泥機(jī)刮至集泥槽，然后用排泥泵輸送至污泥壓濾系統(tǒng)處理。平流斜板隔油池的出水含油量降至80mg/L左右。

2.3 氣浮

一級(jí)渦凹CAF系統(tǒng)。污水首先進(jìn)入裝有渦凹曝氣機(jī)的曝氣區(qū)，通過(guò)底部的中空葉輪的快速旋轉(zhuǎn)在水中形成了一個(gè)真空區(qū)，水面上的空氣通過(guò)中空管道抽送至水下，并在底部葉輪快速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的三股剪切力下把空氣粉碎成微氣泡，微氣泡與投加的絮凝劑形成的絮凝體粘合，將污水中微細(xì)油粒有機(jī)地結(jié)合在一起，上浮于液面形成浮渣而去除。含油量可降至40mg/L以下。

二級(jí)溶氣氣浮。氣浮出水其30%～50%回流加壓至0.4MPa進(jìn)溶氣罐，然后帶壓的污水連同帶壓的空氣再次進(jìn)入氣浮分離段，通過(guò)壓力釋放器將帶壓的污水和空氣變?yōu)槌?，壓力溶氣釋放后形成?xì)小氣泡，通過(guò)細(xì)小而分散的氣泡黏附污水中經(jīng)過(guò)混凝劑凝聚的分散微細(xì)油和懸浮物形成為絮凝漂浮物，使分散微細(xì)油和懸浮物從污水中分離出來(lái)。出水含油量可降至20mg/L以下。

2.4 生化系統(tǒng)

2.4.1 水解酸+A/O池

廢水先與沉淀池送來(lái)的回流污泥（50%～100%）混合，進(jìn)入水解酸化池。然后污水再進(jìn)入反硝化池（缺/兼氧池），并與回流（硝態(tài)）液（100%～200%硝態(tài)液）混合，在缺/兼氧環(huán)境下進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)。反硝化細(xì)菌是異養(yǎng)型兼性厭氧細(xì)菌，它能利用各種有機(jī)物作為反硝化過(guò)程中的電子供體（能源），利用硝態(tài)液（硝酸鹽）代氧作用，成為電子最終受體（氧源），將亞硝態(tài)氮在硝化菌作用下氧化為硝酸鹽和氣態(tài)氮，將水中氨氮指標(biāo)降到設(shè)計(jì)要求的數(shù)值。在生物反硝化過(guò)程中，不僅可使氮化合物被還原，還可使有機(jī)物底物得到氧化分解，即反硝化作用將同時(shí)起到去碳、脫氮的效果。

好氧池（硝化池）主要去除水中的CODCr（碳化）和在亞硝化菌作用下將NH3-N（硝化）轉(zhuǎn)換為亞硝酸鹽。出水污染有機(jī)物指標(biāo)CODCr將降至95mg/L左右，NH3-N將降至33mg/L左右。

2.4.2 曝氣生物濾池（BAF）

污水再進(jìn)入曝氣生物濾池（BAF），將進(jìn)一步去除有機(jī)污染物和濾掉水中的懸浮物，從而達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978－96）中二類污染物一級(jí)指標(biāo)。其出水有機(jī)物指標(biāo)COD將降至60mg/L以下，NH3-N將降至15mg/L以下。

在濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面生長(zhǎng)著高活性的生物膜，濾池內(nèi)部曝氣。污水流經(jīng)時(shí)，利用濾料的高比表面積帶來(lái)的高濃度生物膜的氧化降解能力對(duì)污水進(jìn)行快速凈化，此為生物氧化降解過(guò)程；同時(shí)，污水流經(jīng)時(shí)，濾料呈壓實(shí)狀態(tài)，利用濾料粒徑較小的特點(diǎn)及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的懸浮物，且保證脫落的生物膜不會(huì)隨水漂出，此為截留作用；運(yùn)行一定時(shí)間后，因水頭損失的增加，需對(duì)濾池進(jìn)行反沖洗，以釋放截留的懸浮物以及更新生物膜，此為反沖洗過(guò)程。

2.5 氣浮氧化池

在藥劑復(fù)配合理的前提下能夠有效地去除水中的懸浮物，降低CODCr和油含量，使非溶解性污染物得以最大程度地去除。該工藝中投加的藥劑為無(wú)機(jī)高分子絮凝劑與有機(jī)高分子助凝劑的復(fù)配物，其中藥劑PAC以鋁基無(wú)機(jī)高分子藥劑為主，可以根據(jù)需要復(fù)配PAM。由于本裝置進(jìn)水經(jīng)過(guò)污水處理場(chǎng)生化工藝處理，其可生化性大大降低，為了增加后序生化工藝的去除效果，在加入混凝劑和助凝劑的同時(shí)，投加臭氧和氧化劑對(duì)污水進(jìn)行強(qiáng)氧化處理，將污水中的大分子有機(jī)物、環(huán)鏈有機(jī)物打斷，變?yōu)榭缮到獾男》肿佑袡C(jī)物和直鏈有機(jī)物，為后序生化處理提供條件。出水石油類≤2mg/L，CODCr≤55mg/L。

2.6 高效精密濾器

高效精密濾器能高效去除水中懸浮物、濁度、油等雜質(zhì)，它的整體結(jié)構(gòu)為密封罐體，內(nèi)裝多種介質(zhì)濾料。污水從罐頂進(jìn)入，經(jīng)生物吸附、物理截流過(guò)濾以后的污水從罐體下部輸出，通過(guò)多種介質(zhì)濾料的不同形狀、間隙，有效去除CODCr、油等多種雜質(zhì)，并降低濁度。該設(shè)備運(yùn)行24小時(shí)需要反沖洗一次，反沖洗過(guò)程實(shí)行自動(dòng)控制。出水濁度為15NTU。

2.7 多腔生物活性炭濾器

多腔生物活性炭濾器內(nèi)置活性炭填料，來(lái)水進(jìn)入濾器前投加臭氧，利用臭氧在污水中的半衰期，在濾器內(nèi)分別形成生物活性炭和吸附活性炭?jī)煞N處理方式，接觸富氧水的上腔活性炭因處于氧化狀態(tài)而得到氧化再生，有助于活性炭?jī)?nèi)外表面生成新鮮生物膜，同時(shí)也延長(zhǎng)了活性炭的使用壽命，利于高效降解水中COD、酚、氰等雜質(zhì)，處于下腔的活性炭主要是正常吸附和攔截作用。出水濁度≤10NTU，CODCr≤50mg/L，氨氮≤20mg/L，油≤1mg/L。

2.8 UF處理器

UF膜截留分子量范圍為1萬(wàn)～50萬(wàn)道爾頓，相應(yīng)膜孔徑大小的近似值為100～1000?。 一般常用的超濾膜截留分子量在1萬(wàn)～10萬(wàn)之間，孔徑在0.01～0.04μm的范圍內(nèi)。UF膜作為RO膜的前處理技術(shù)，用以保護(hù)RO膜長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，UF膜的作用是阻截初級(jí)再生水中存在的微量大分子有機(jī)物、膠體、蛋白質(zhì)、細(xì)菌等雜質(zhì)，確保出水水質(zhì)SDI≤3，CODMn≤3mg/L，濁度≤0.3mg/L，細(xì)菌和油未檢出，符合RO膜的安全進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)。出水濁度≤5NTU，SDI≤3。

2.9 RO處理器

RO反滲透膜在水處理現(xiàn)工藝中主要作用是脫鹽。反滲透的分離傳質(zhì)現(xiàn)象常用溶解擴(kuò)散機(jī)理來(lái)解釋，即透過(guò)組分選擇性溶解在膜料液側(cè)，然后在膜兩側(cè)靜壓差推動(dòng)下擴(kuò)散透過(guò)膜。反滲透膜為有機(jī)合成材料，是人造的半透膜。使Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+不能通過(guò)，而只能使H2O分子通過(guò)。該過(guò)程無(wú)相變，一般不需加熱，工藝過(guò)程簡(jiǎn)便，能耗低，操作和控制容易，應(yīng)用范圍廣泛。出水濁度≤0.5NTU，CODMn≤2.0mg/L，氨氮≤2mg/L，總鐵≤0.02mg/L，Cl-≤10mg/L，電導(dǎo)率≤100us/cm。

煉化污水回用工程中所選用BW系列逆滲透膜作為反滲透膜元件，型號(hào)為BW30-365FR×336的RO膜處理系統(tǒng)的特點(diǎn)為：1）采用抗污染膜，對(duì)預(yù)處理要求相對(duì)低，運(yùn)行實(shí)踐表明，使用壽命較一般的RO膜長(zhǎng)，平均使用壽命達(dá)到3～5年；2）阻垢劑用量比普通RO膜少；3）膜的清洗劑用量比較少；4）自動(dòng)化水平比較高，運(yùn)行成本低；5）膜通量衰減小，運(yùn)行實(shí)踐表明，膜通量平均每年只衰減2%～5% 。

3 控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組成

3.1.1 控制網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)采用客戶/服務(wù)器模式，工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)，星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，客戶/服務(wù)器（Client/Server）模式的分布式實(shí)時(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，自適應(yīng)10/100Mbps傳輸速率，全雙工通信，管理控制層級(jí)通訊介質(zhì)采用鎧裝式光纖，直接埋地敷設(shè)，現(xiàn)場(chǎng)控制層級(jí)通訊介質(zhì)采用五類雙絞線，主網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)布線、子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)布線統(tǒng)一考慮、綜合利用。

中央控制系統(tǒng)在中控室通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站通信聯(lián)絡(luò)，對(duì)全廠進(jìn)行集中管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控；現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站通過(guò)電纜直接連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、檢測(cè)儀表，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信號(hào)、電量信號(hào)、儀表信號(hào)進(jìn)行采樣及控制。當(dāng)廠級(jí)監(jiān)控管理系統(tǒng)或現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)生故障而導(dǎo)致通信中斷時(shí)，各PLC現(xiàn)場(chǎng)控制單元仍然能夠獨(dú)立有效地工作，可確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

智能控制系統(tǒng)選用以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的PLC分布式智能控制系統(tǒng)。

3.1.2 硬件配置

配置一套操作員站和一套工程師站，工控主機(jī)選用P4芯片（或在訂貨時(shí)的最優(yōu)產(chǎn)品），GE或AB產(chǎn)品。操作員站側(cè)重操作及監(jiān)控，工程師站側(cè)重組態(tài)及管理，兩站實(shí)現(xiàn)冗余互備，故障時(shí)互相切換。設(shè)置2×2陣列67inch背投屏幕作為顯示裝置。

3.1.3 軟件配置

實(shí)時(shí)多任務(wù)、多用戶系統(tǒng)的全中文操作界面Microsoft Windows NT網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。工業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)版、運(yùn)行版和監(jiān)控版。實(shí)時(shí)分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)PLC專用軟件。按照標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制。專用水處理過(guò)程控制圖形庫(kù)。

3.2 系統(tǒng)功能

3.2.1 中控室（CCR）

中央控制系統(tǒng)為監(jiān)控、管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成全廠的自動(dòng)控制和生產(chǎn)管理。

（1）數(shù)據(jù)采集

采集工藝過(guò)程數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、供電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，編輯修改生產(chǎn)控制參數(shù)。

（2）圖形功能

通過(guò)監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)CRT動(dòng)態(tài)顯示全廠總工藝流程、局部工藝流程圖、供電系統(tǒng)圖，以及工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、事故報(bào)警顯示、各種數(shù)據(jù)圖表。

（3）控制功能

操作站通過(guò)人機(jī)對(duì)話方式指導(dǎo)操作。

（4）報(bào)警功能

提供的報(bào)警日志可以記錄事件、信息和報(bào)警。并且可以根據(jù)需要對(duì)相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行歸檔，觸發(fā)相應(yīng)動(dòng)作等。因而其可對(duì)設(shè)備及工藝過(guò)程中發(fā)生的故障進(jìn)行報(bào)警，顯示故障狀態(tài)，按報(bào)警等級(jí)做出相應(yīng)反應(yīng)，記錄故障信息。

（5）數(shù)據(jù)管理

根據(jù)采集到的信息，建立各種信息數(shù)據(jù)庫(kù)，保存工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、電氣設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)。自動(dòng)生成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)各類工藝參數(shù)值做出趨勢(shì)曲線。

在中控室設(shè)置大屏幕視頻/數(shù)據(jù)投影儀和控制操作臺(tái)。操作人員通過(guò)工作站的人機(jī)界面監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程，調(diào)整工藝參數(shù)，控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。大屏幕視頻/數(shù)據(jù)投影儀動(dòng)態(tài)顯示各主要設(shè)備的狀態(tài)、主要節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，如水質(zhì)、流量、液位、電力參數(shù)、電量數(shù)據(jù)、事故報(bào)警等。

3.2.2 現(xiàn)場(chǎng)控制單元設(shè)置

污水處理廠共設(shè)置三個(gè)PLC現(xiàn)場(chǎng)控制站。分別為氣浮車間現(xiàn)場(chǎng)控制站PLC1、鼓風(fēng)機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)控制站PLC2、膜處理車間現(xiàn)場(chǎng)控制站PLC3。每一個(gè)PLC控制站對(duì)應(yīng)于一座MCC站。各現(xiàn)場(chǎng)控制站均配置現(xiàn)場(chǎng)操作面板。

3.2.3 主要工藝設(shè)備控制流程

（1）泵類的控制

水泵由PLC根據(jù)水位值自動(dòng)控制。確保每臺(tái)水泵均等機(jī)率運(yùn)行，并保持最佳運(yùn)行狀態(tài)。

（2）氣浮/生化反應(yīng)池

氣浮/生化反應(yīng)池曝氣機(jī)采用變頻控制，以池內(nèi)污水的含氧量和氧化還原電位以及濁度等為控制參數(shù)。

（3）提升污泥量的控制

提升泵房污泥量的控制采用比例方式控制，以保證污泥混合液濃度控制在工藝確定的范圍內(nèi)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站的人機(jī)對(duì)話界面，可以現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定污泥回流比例。

（4）精密過(guò)濾器自控系統(tǒng)

自動(dòng)控制箱設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)?？勺詣?dòng)、手動(dòng)操作反沖洗。

（5）多腔活性炭過(guò)濾器的自控系統(tǒng)

自控箱設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。可自動(dòng)、手動(dòng)沖洗、加熱、再生。

（6）UF膜的自控系統(tǒng)

自動(dòng)控制箱設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。可自動(dòng)、手動(dòng)運(yùn)行和沖洗。中央控制室計(jì)算機(jī)臺(tái)上和自控箱盤面都有流量、壓力、pH值及SDI的顯示、流量累計(jì)及pH、SDI的報(bào)警等。

（7）RO膜的自控系統(tǒng)

自動(dòng)控制箱設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。可自動(dòng)、手動(dòng)運(yùn)行和沖洗。pH值控制儀、ORP控制儀、電導(dǎo)率、壓力表、流量表等在線儀表均在中央控制計(jì)算機(jī)上有信號(hào)顯示和控制操作、報(bào)警等。

4 結(jié)論

煉油廠采用該工藝，經(jīng)過(guò)一年多運(yùn)行，實(shí)踐證明是行之有效的。采用該工藝處理后的出水，完全達(dá)到了回用水的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著。

Refinery Wastewater Reuse Treatment Technology and Control System

TIAN Li, YANG Yu-cai, FANG Yi

X703

A

1006-5377（2011）12-0046-04