采油污水池廢氣回收治理工藝技術(shù)研究

張 濤 譚文寧 吳保國 李永祥

(中國石化中原油田分公司文衛(wèi)采油廠)

0 引 言

中原油田分公司某采油廠位于京津冀大氣污染傳輸通道城市(簡稱“2+26”城市)的河南省濮陽市和山東省聊城市，由于近年來國家對大氣污染防治工作要求進(jìn)一步提高，為了避免污水處理站因敞口污水池?fù)]發(fā)氣即惡臭氣體污染造成周邊村民的影響，對兩座敞口污水池密閉改造及氣體回收處理，符合當(dāng)前國家對大氣污染防治的要求[1]。保護(hù)環(huán)境質(zhì)量是關(guān)系到企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要條件，避免對周圍空氣環(huán)境造成影響，并消除存在的環(huán)保隱患和風(fēng)險，保護(hù)了員工職業(yè)健康。

1 概 述

某采油廠明一污水處理站有兩座污水池分別于1992年和2005年建成投產(chǎn)，擔(dān)負(fù)著衛(wèi)城、文明寨和古云集三個油田的原油分離水即采油污水和施工污水回收處理任務(wù)。

兩座污水池為鋼筋混凝土敞口池，在運(yùn)行過程中產(chǎn)生一定的揮發(fā)氣體，散發(fā)出異味，對周圍空氣環(huán)境造成一定影響。另外，崗位工人在污水池區(qū)域操作和巡檢過程中，與揮發(fā)氣體接觸，存在職業(yè)健康危害。同時，在該采油廠2016—2020年度產(chǎn)能建設(shè)項(xiàng)目(山東部分)環(huán)境影響報告書評審過程中，專家組到現(xiàn)場查看污水池實(shí)際運(yùn)行狀況后，依據(jù)環(huán)保部《揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)污染防治技術(shù)政策》(公告2013年第31號)，要求對明一污水處理站敞口污水池進(jìn)行密閉改造，控制揮發(fā)性有機(jī)物及異味排放。

污水池產(chǎn)生的廢氣主要來自采油采出廢水以及作業(yè)廢水、鉆井廢水，廢水中主要含有H2S、氨、非甲烷總氫、VOCs等污染物，不僅對周邊環(huán)境造成污染，而且對人體有較大的危害。為了保護(hù)環(huán)境，使廢氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求[2]，本著運(yùn)行管理簡單、技術(shù)先進(jìn)可靠、達(dá)標(biāo)排放的原則，并結(jié)合實(shí)際情況，于2017年8月至2018年對該敞口污水池進(jìn)行密閉改造，揮發(fā)廢氣進(jìn)行了回收，廢氣治理效果顯著。

2 廢氣處理工藝技術(shù)

目前，污水處理站處理廢氣及惡臭氣體的處理工藝有活性炭吸附法、等離子體法、噴淋塔凈化法、光氧凈化法、生物法[3]、焚燒法以及化學(xué)吸收法等方法。結(jié)合我廠生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際及揮發(fā)廢氣組分情況，污水池密閉及廢氣回收處理采用：噴淋+干燥+低溫等離子+光氧催化+風(fēng)機(jī)凈化法技術(shù)路線[4]。

2.1 廢氣處理工藝流程

污水池?fù)]發(fā)廢氣加蓋密閉后經(jīng)收集支管進(jìn)入廢氣總管，在負(fù)壓作用下進(jìn)入噴淋塔(添加堿液)將廢氣中易溶于水的污染物洗滌到水中(主要污染物為VOCs、氨、H2S等)，而廢氣中不溶于水的物質(zhì)如：甲苯、丙烯晴、二氯甲烷等氣體，進(jìn)入等離子、光氧催化裝置，經(jīng)等離子、光氧催化裝置凈化后的廢氣由風(fēng)機(jī)送排氣筒高空排放。廢氣處理工藝流程見圖1。

圖1 廢氣處理工藝流程

2.2 工藝處理單元

2.2.1 噴淋塔

廢氣凈化噴淋塔主要的運(yùn)作方式是廢氣由風(fēng)管引入凈化塔，經(jīng)過填料層，廢氣與吸收液進(jìn)行中和反應(yīng)，廢氣經(jīng)過凈化后，再經(jīng)除霧板脫水除霧后進(jìn)入干燥箱。吸收液在塔底經(jīng)水泵增壓后在塔頂噴淋而下，最后回流至塔底循環(huán)使用。噴淋塔工作原理示意見圖2。

圖2 噴淋塔工作原理示意

2.2.2 等離子光氧復(fù)合設(shè)備

利用特制的高能高臭氧UV紫外線光束照射廢氣，裂解工業(yè)廢氣如：氨、三甲胺、H2S、甲硫氫、甲硫醇、甲硫醚、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物、VOC類，苯、甲苯、二甲苯的分子鏈結(jié)構(gòu)，使有機(jī)或無機(jī)高分子惡臭化合物分子鏈，在高能紫外線光束照射下，降解轉(zhuǎn)變成低分子化合物[5]，如CO2、H2O等。利用高能高臭氧UV紫外線光束分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧，即活性氧，因游離氧所攜正負(fù)電子不平衡，所以需與氧分子結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生臭氧。UV紫外線光束分解廢氣見圖3。

圖3 UV紫外線光束分解廢氣

UV+O2→O-+O*(活性氧)O+O2→O3(臭氧)，對工業(yè)廢氣及其他刺激性異味有很好的清除效果。

等離子反應(yīng)區(qū)原理及特點(diǎn)：低溫等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)，由高能電子、正負(fù)離子、自由基(OH、H、O、O3等)和中性粒子等組成。低溫等離子體降解污染物是利用這些高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的污染物作用，使污染物分子在極短的時間內(nèi)發(fā)生分解，并發(fā)生后續(xù)的各種反應(yīng)以達(dá)到降解污染物的目的。等離子反應(yīng)原理見圖4。

圖4 等離子反應(yīng)原理

等離子反應(yīng)區(qū)是采用高壓發(fā)生器產(chǎn)生并形成低溫等離子體，在平均能量大約在5eV的大量電子作用下，使通過凈化器的廢氣成分苯、甲苯、二甲苯等有機(jī)廢氣分子轉(zhuǎn)化成各種活性粒子，與空氣中的O2結(jié)合生成H2O、CO2等低分子無害物質(zhì)，使廢氣得到凈化。

3 現(xiàn)場應(yīng)用及治理效果

3.1 現(xiàn)場改造及廢氣回收

污水池密閉改造采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆蓋頂，中間預(yù)留兩處透光板棚，便于觀察和操作；東側(cè)污水池(共兩格)整體增加現(xiàn)澆蓋頂；預(yù)留抽氣孔、放水孔并安裝液位計，便于生產(chǎn)。污水池?fù)]發(fā)性氣體密閉回收后采用復(fù)合低溫等離子光氧催化裝置處理廢氣，再通過煙囪進(jìn)行排放。廢氣組分檢測值見表1。

表1 廢氣組分檢測值 mg/m3

3.2 廢氣處理

污水池產(chǎn)生的廢氣主要來自采油采出廢水以及作業(yè)廢水、鉆井廢水，廢水中主要含有H2S、氨、非甲烷總氫、VOCs等污染物，采用低溫等離子凈化和UV光氧催化廢氣凈化技術(shù)。這種方法主要用于工業(yè)廢氣處理，是利用高電壓放電的形式來獲得大量的高能電子，高能電子激勵產(chǎn)生的氧、氮基等活性離子，并且破壞碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵，使得廢氣中的有機(jī)化學(xué)成分發(fā)生置換反應(yīng)，再利用催化劑在光照作用下分解廢氣的治理技術(shù)，最終形成沒有危害的其他化合物。

3.3 處理指標(biāo)

處理設(shè)施各環(huán)節(jié)污染物濃度監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 處理設(shè)施實(shí)測濃度 mg/m3

由表2可知：

1)污水池排放指標(biāo)達(dá)到GB 14554—1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)和GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中二級標(biāo)準(zhǔn)要求，同時滿足山東省地方標(biāo)準(zhǔn)《揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)第7部分：其他行業(yè)(二次征求意見稿)》揮發(fā)性有機(jī)物Ⅱ時段<60 mg/m3排放要求。非甲烷總烴處理率為80.29%，H2S處理率為83.13%，氨處理率為82.8%，廢氣綜合處理效率達(dá)到82.07%。

2)治理后VOCs濃度滿足《揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)污染防治技術(shù)政策》(公告2013年第31號)，即VOCs污染防治應(yīng)遵循源頭和過程控制與末端治理相結(jié)合的綜合防治原則。

4 結(jié)論與認(rèn)識

1)該項(xiàng)目實(shí)施后，污水池周圍無異味散發(fā)，非甲烷總烴、H2S、氨排放濃度滿足GB 14554—1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中二級標(biāo)準(zhǔn)要求。

2)原敞口污水池廢氣排放濃度超標(biāo)，通過治理，改善周邊空氣環(huán)境質(zhì)量，改善了崗位員工的工作環(huán)境，有利于保護(hù)職工健康，消除環(huán)境風(fēng)險，落實(shí)了清潔生產(chǎn)。

3)低溫等離子光氧催化復(fù)合裝置廢氣處理技術(shù)作為一種新型的氣態(tài)污染物的治理技術(shù)，是一個集物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)和環(huán)境科學(xué)于一體的交叉綜合性電子化學(xué)技術(shù)，由于能使污染物分子高效分解且處理能耗低等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍廣，基本不受氣溫和污染物成分的影響，對惡臭異味的臭氣濃度有良好的分解作用，具有處理效果好，運(yùn)行費(fèi)用低廉、無二次污染、運(yùn)行穩(wěn)定、操作管理簡便、即開即用等優(yōu)點(diǎn)，為工業(yè)領(lǐng)域揮發(fā)性有機(jī)廢氣及惡臭氣體的治理開辟了一條新的技術(shù)路線。