500kV變電站事故油池油水分離性能及處理研究

李 輝朱 敏劉曉華陶子夜

（1湖北安源安全環(huán)?？萍加邢薰?湖北武漢 430000 2武漢市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 湖北武漢 430000 3國網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修分公司 湖北武漢 430000）

1 研究背景

《國家危險(xiǎn)廢物名錄》（2016版）中明確“變壓器維護(hù)、更換和拆解過程中產(chǎn)生的廢變壓器油”為危險(xiǎn)廢物，廢物類別為“HW08廢礦物油與含礦物油廢物”，廢物代碼為900-220-08，危險(xiǎn)特性包括毒性（Toxicity,T）和易燃性（Ignitability,I）[1]。2016年 12月，最高法、最高檢發(fā)布《關(guān)于辦理環(huán)境污染刑事案件適用法律若干問題的解釋》中把“非法排放、傾倒、處置危險(xiǎn)廢物三噸以上的”認(rèn)定為“嚴(yán)重污染環(huán)境”[2]，如發(fā)生事故廢油收集、暫存及處置不當(dāng)可能遭受刑事處罰；變壓器油事故風(fēng)險(xiǎn)防范已成為變電站環(huán)境管理的關(guān)鍵一環(huán)。

由于變電站事故油池多以防火規(guī)范為設(shè)計(jì)依據(jù)，其容積大多為最大單臺變壓器油量的60%[3,4]。事故油池容積不足則造成其防范強(qiáng)降雨天氣下泄露環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較弱，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)尺寸過小，影響事故狀態(tài)時(shí)的油水分離效率。

為了研究當(dāng)前500kV變電站事故油池的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急防范能力，掌握事故油池的油水分離性能，更好指導(dǎo)變電站事故油池設(shè)計(jì)和運(yùn)維管理，對湖北省相關(guān)變電站開展了調(diào)查研究。

2 研究對象

本次研究選取湖北省潛江市500kV興隆變電站，該變電站位于潛江市總口管理區(qū)，占地面積105.2畝，于2003年11月18日動(dòng)工建設(shè)，2005年1月21日正式并網(wǎng)運(yùn)行。站內(nèi)安裝500kV單相自耦無載調(diào)壓變壓器3組，總?cè)萘?50萬kVA，安裝500kV高抗組，總?cè)萘?0萬kF，并設(shè)置3個(gè)事故油池，其中#1組、#2組變壓器共用一個(gè)油池，#3組變壓器和高抗組分別配備1個(gè)事故油池。

在日常運(yùn)轉(zhuǎn)檢修以及事故狀態(tài)下，廢變壓器油會(huì)經(jīng)底部集油坑匯集，通過管道流入事故油池。下雨時(shí)，雨水也會(huì)經(jīng)過底部集油坑匯集流入事故集油池。

3 事故油池油水分離性能數(shù)值模擬

為了解目前事故油池的油水分離能力，利用ANSYS軟件模擬了事故油池的油水分離情況。ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)軟件，是世界范圍內(nèi)增長最快的計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)軟件，能與多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD，computer Aided design)軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。

本次模擬情景設(shè)置為穩(wěn)態(tài)，油滴粒徑選擇50μm，流速0.1m/s。由圖1可見，目前事故油池在一定程度上實(shí)現(xiàn)了油水分離，但是尾水中存在油粒。

圖1 ANSYS模擬的事故油池油水分離示意圖

4 事故油池含油廢水排放現(xiàn)狀調(diào)查

4.1 水樣監(jiān)測

為獲取水質(zhì)數(shù)據(jù)，于2017年8月對潛江市興隆500kV變電站事故油池下層水體水質(zhì)進(jìn)行采樣檢測。

經(jīng)檢測分析，各采樣點(diǎn)水質(zhì)數(shù)據(jù)如下表：

表1 水樣監(jiān)測數(shù)據(jù)一覽表

4.2 結(jié)果分析

從水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)和《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級標(biāo)準(zhǔn)、《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084-2005）的對比可以發(fā)現(xiàn)，#1組、#2組變壓器共用油池、#3組變壓器油池和高抗組油池尾水都存在不同程度的超標(biāo)，其中，#1組、#2組變壓器共用油池超標(biāo)情況最為嚴(yán)重，經(jīng)咨詢了解到#1組變壓器在2017年初發(fā)生過檢修。監(jiān)測數(shù)據(jù)證實(shí)目前事故油池的重力隔油法只能初步實(shí)現(xiàn)浮油與水的分離，水中仍含有可溶油，可溶油也會(huì)隨水外排。

5 事故油池含油廢水處理方案研究

目前常用的油水分離法主要有三種：氣浮法、過濾法、重力式油水分離法。氣浮池表面負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短，池深淺，體積小，去油效率高，但起泡浮耗能大，運(yùn)營費(fèi)用偏高，且需投藥，日常管理要求高；過濾法采用石棉纖維等過濾介質(zhì)將油攔截，從而實(shí)現(xiàn)油水分離。其優(yōu)點(diǎn)是過濾效果好，出水含油量極少，缺點(diǎn)是需要定期更換過濾介質(zhì)。重力式油水分離法利用油不溶于水、油比水輕、易浮于水表面的特性，將油水分離，該方法操作簡單、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)簡單。

變電站事故油池含油廢水是雨水進(jìn)入事故集油池，導(dǎo)致油污進(jìn)入管網(wǎng)形成的含油廢水，其特點(diǎn)是時(shí)效短、速度快、污染大，特別在暴雨情況下，油污大量進(jìn)入管網(wǎng)，污染更嚴(yán)重。另外由于水中存在可溶油會(huì)造成COD超標(biāo)。

根據(jù)該污水產(chǎn)生的特點(diǎn)，從節(jié)約投資成本、運(yùn)行費(fèi)用出發(fā)，對該站含油廢水處理采用物理除油。首先采用湖北安源安全環(huán)保科技有限公司自主研發(fā)的FS-50油水分離器分離。其主要工藝原理如下：

含油污水進(jìn)入隔油池時(shí)，通過斜板延長停留時(shí)間，然后通過擋板，把油隔離于油水分離器的前段，然后通過中部集油槽收集，再通過排油管排入集油桶得以去除；而底部的不含油（或含有微量油）的污水則自流流入后段的水池，再通過管道自流流入吸附過濾器進(jìn)行過濾吸附處理。在吸附過濾器中，污水經(jīng)過布置于過濾器內(nèi)部的細(xì)密過濾棉吸附，初步去除污水中剩余的少量油；再經(jīng)過二級布置的活性炭深度吸附，從而深度去除水中COD等有機(jī)化合物，從而使污水達(dá)標(biāo)排放。

該油水分離器含有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，處理效果高效等優(yōu)點(diǎn)，用以快速去除表面大部分浮油；然后再通過吸附過濾器二級吸附過濾，用以去除剩余的少量油；此工藝能使興隆500kV變電站達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)語

（一）結(jié)論

（1）數(shù)值模擬表明，事故油池在一定程度上實(shí)現(xiàn)了油水分離，但是尾水中存在油粒；與現(xiàn)場調(diào)研的事故油池下游管道存在浮油現(xiàn)象吻合，現(xiàn)有事故油池確難以實(shí)現(xiàn)油水高效完全分離，存在風(fēng)險(xiǎn)隱患；

（2）實(shí)測結(jié)果表明雨季紊流狀態(tài)油水分離不徹底，會(huì)導(dǎo)致油類直接外排；事故油池簡單的重力隔油法只能初步實(shí)現(xiàn)浮油與水的分離，水中仍含有可溶油，可溶油也會(huì)隨水外排，造成油及COD超標(biāo)排放。

（3）為了防止該類環(huán)境事故的發(fā)生，管理責(zé)任單位應(yīng)對排水系統(tǒng)進(jìn)行改造，使處理后的含油廢水完全穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

（4）基于淺池理論設(shè)計(jì)的斜板隔油沉淀處理裝置具有占地小、運(yùn)維方便、運(yùn)維成本低、風(fēng)險(xiǎn)防范能力強(qiáng)等特點(diǎn)，能為變電站事故油風(fēng)險(xiǎn)防范和達(dá)標(biāo)排放提供保障。

（二）建議

（1）對事故油池含油廢水排放情況進(jìn)行全面調(diào)查分析，特別是石油類、COD等重要指標(biāo)，全面評估存在的環(huán)境隱患。

（2）研究起草變電站事故油池設(shè)計(jì)規(guī)范，完善變電站給排水設(shè)計(jì)規(guī)范，將事故油池的事故油收集儲(chǔ)存、油水分離、達(dá)標(biāo)排放等功能要素系統(tǒng)研究并加以規(guī)范，防范系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)。

（3）對已有變電站宜盡量采用末端處理方式，解決含油廢水超標(biāo)排放隱患，斜板隔油沉淀池具備的占地省、效果優(yōu)等特點(diǎn)將有助于化解風(fēng)險(xiǎn)，保障電網(wǎng)綠色發(fā)展、健康運(yùn)營。