煉油污水處理改造工程設(shè)計

賈秀芹， 陳長順， 宋風(fēng)明

（1.中石化南京工程有限公司， 南京 211100； 2.中石化滄州分公司， 河北 滄州 061000）

煉油污水成分復(fù)雜， 水質(zhì)波動頻繁［1］。 隨著煉油原料重質(zhì)化和劣質(zhì)化趨勢加劇， 上游裝置排放污水的水質(zhì)成分愈加復(fù)雜， 經(jīng)常對污水處理系統(tǒng)造成嚴(yán)重沖擊， 導(dǎo)致出水不能達(dá)到排放指標(biāo)要求［2］。 同時原來直接排放的含鹽污水也因指標(biāo)不合格需進(jìn)行處理。 國家鼓勵企業(yè)對污水處理設(shè)施進(jìn)行改造， 要求加大污水處理的資金投入［3］。 本文介紹了某煉油企業(yè)污水處理改造工藝流程， 給出了主要構(gòu)筑物的設(shè)計參數(shù)， 以期對同類污水處理改造提供參考。

1 工程概況

某煉油企業(yè)原油加工能力達(dá)到350 萬t／a， 擁有16 套主要生產(chǎn)裝置及相應(yīng)配套設(shè)施， 具有渣油催化、 氧化瀝青、 氣體分餾、 聚丙烯、 MTBE、 延遲焦化、 重整加氫等深度加工裝置， 可以加工任何性質(zhì)的陸上原油和進(jìn)口原油。 主要產(chǎn)品有汽油、 柴油、 鋁箔軋制系列油、 變壓器干燥油、 聚丙烯、 聚酯、 車用液化氣、 油漆、 石化助劑、 除銹劑、 防凝劑、 潤滑油、 混凝土攪拌、 編織袋、 純凈水、 礦泉水等。

該煉油企業(yè)產(chǎn)生的廢水主要分為含油污水和含鹽污水， 污水處理場始建于1990 年， 裝置采用老三套處理工藝， 主要包括調(diào)節(jié)罐1 座、 隔油池3間、 浮選池2 間、 曝氣池2 座、 二沉池2 座、 均質(zhì)罐1 座。 后經(jīng)多次改造， 增加了氧化溝、 氧化還原池、 CBR 池和氣浮濾池等設(shè)施， 處理出水COD 質(zhì)量濃度約為70 mg／L， 總氮、 總磷去除設(shè)施不完善。

隨著煉油原料重質(zhì)化和劣質(zhì)化趨勢加劇， 上游裝置排放污水的水質(zhì)成分愈加復(fù)雜［4］。 且隨著排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格， COD 排放限值由120 mg／L 降至50 mg／L， 氨氮排放限值由50 mg／L 降至5 mg／L， 并增加了總氮30 mg／L 和總磷0.5 mg／L 的排放限值。原直接排放的高鹽廢水及污水處理廠出水將不能滿足GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求， 需對現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。改造后， 含油污水經(jīng)隔油、 氣浮， 含鹽污水經(jīng)靜置后， 進(jìn)入水解酸化-A／O 進(jìn)行生化處理， 最后再進(jìn)行深度處理， 深度處理采用高效沉淀-臭氧催化氧化-BAF-氣浮濾池工藝， 出水經(jīng)監(jiān)測合格后外排。

2 設(shè)計規(guī)模及進(jìn)出水水質(zhì)

2.1 設(shè)計規(guī)模

該項目污水主要有含油污水和含鹽污水， 本次改造設(shè)計規(guī)模為200 m3／h， 操作彈性60%～115%。其中含油污水預(yù)處理設(shè)計規(guī)模為100 m3／h； 含鹽污水預(yù)處理設(shè)計規(guī)模為100 m3／h。

2.2 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

含油污水主要為常減壓、 催化裂化、 加氫重整、 罐區(qū)裝置污水， 含鹽污水主要為回用污水反滲透濃水及循環(huán)水場排污水。 采用混合后的水質(zhì)作為設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)， 處理出水達(dá)到GB 31570—2015 中的特別排放限值。 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

3 污水處理工藝

3.1 工藝選擇

該項目含油污水COD 濃度高， 總氮、 總磷濃度低； 含鹽污水COD 濃度低， 總磷、 總氮濃度高，總氮以NO3－-N 為主， 污水中還含有阻垢劑、 殺菌劑。 同時高效去除COD、 氨氮、 總氮、 總磷， 尤其是總氮的去除是本工程的難點。

生化工藝以去除COD 和總氮為主要目標(biāo)， 其中總氮達(dá)標(biāo)為需攻克的難點。 作為老廠改造項目，在有效利用原有構(gòu)筑物的前提下， 生化處理工藝采用水解酸化-A／O 工藝。

表1 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality

生化處理的后續(xù)深度處理工藝， 需要將水中低濃度的COD、 總氮及總磷進(jìn)一步降低， 是廢水提標(biāo)改造的關(guān)鍵工段。 深度處理采用臭氧催化氧化-BAF 組合工藝， 該工藝將化學(xué)氧化和生物氧化的優(yōu)點結(jié)合起來， 先通過化學(xué)氧化將難降解有機(jī)物進(jìn)行化學(xué)改性和部分直接礦化， 再通過后續(xù)生化處理去除。 通過氧化與生化耦合處理， 達(dá)到污水深度處理效率高、 運行費用低（藥劑使用量較小、 污泥產(chǎn)生量少等）、 投資費相對較低的目的， 具有很好的經(jīng)濟(jì)可行性。

3.2 工藝流程

污水處理系統(tǒng)工藝流程見圖1。

裝置區(qū)含油污水自流入原水池， 經(jīng)提升泵進(jìn)入隔油罐， 水質(zhì)或水量波動較大時可通過調(diào)節(jié)罐進(jìn)行調(diào)節(jié)。 對含油污水進(jìn)行初步除油后流入氣旋浮高效除油裝置（新增）， 帶壓出水流入二級浮選池（利舊）， 浮渣排入浮渣池（利舊）。 含鹽污水含有阻垢劑、 殺菌劑， 對微生物產(chǎn)生抑制作用， 影響后續(xù)生化處理效果， 設(shè)計采用靜置處理。

圖1 污水處理工藝流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

經(jīng)預(yù)處理后的含油污水及含鹽污水進(jìn)入二級浮選池進(jìn)行均質(zhì)混合， 再進(jìn)入由原南北曝氣池改造的水解酸化池、 缺氧池、 好氧池進(jìn)行生化處理， 出水經(jīng)二沉池沉淀后進(jìn)入污水深度處理系統(tǒng)。

污水深度處理系統(tǒng)由高效沉淀池、 臭氧催化氧化池及BAF 濾池組成。 二沉池出水首先進(jìn)入高效沉淀池， 高效沉淀池由混凝區(qū)、 絮凝區(qū)、 沉淀和濃縮區(qū)組成， 通過投加PAC 和PAM 藥劑， 主要去除水中的總磷和懸浮物， 經(jīng)過高效沉淀池的處理， 總磷達(dá)到排放要求， 出水懸浮物滿足臭氧催化氧化進(jìn)水條件后， 進(jìn)入臭氧催化氧化池（利用原有氧化池、還原池及CBR 池改造而成）。 臭氧催化氧化池出水經(jīng)配水井（利舊）緩沖和泵提升， 進(jìn)入BAF 濾池進(jìn)行處理。 正常情況下， BAF 濾池的出水即可達(dá)到合格排放的標(biāo)準(zhǔn)。 BAF 濾池出水經(jīng)緩沖和泵提升后進(jìn)入氣浮濾池（已有， 利舊）。

氣浮濾池出水自流入監(jiān)控池， 經(jīng)檢測合格后外排， 如果不合格則送回至水解酸化池重新處理。

為防止在來水水質(zhì)波動較大、 操作失誤等情況下導(dǎo)致不合格水外排， 設(shè)計將現(xiàn)有4 臺纖維束過濾器改造為活性炭過濾罐， 在出水不達(dá)標(biāo)時用作保安措施。

4 主要處理構(gòu)筑物和設(shè)備

（1） 氣旋浮高效除油裝置。 設(shè)計污水停留時間小于10 min， 采用兩級氣浮分離工藝。 每級設(shè)微氣泡發(fā)生器1 臺， 尺寸為φ550 mm×1 216 mm； 氣旋浮罐1 臺， 尺寸為φ1 800 mm × 3 240 mm。 設(shè)三相分離器1 臺， 尺寸為φ1 200 mm×2 300 mm。

（2） 生化處理。 利用已有南、 北曝氣池進(jìn)行改造， 南北曝氣池每池尺寸為48.0 m × 19.0 m × 6.0 m， 有效容積為4 560 m3。 由于池體建設(shè)時間較久，根據(jù)最小改動原則， 基本保持南北曝氣串聯(lián)設(shè)置的特點， 將原南曝氣池的缺氧段改造為水解酸化池，原好氧段部分池容調(diào)整為缺氧池， 原好氧段除部分變更為缺氧池外， 其他均保留好氧結(jié)構(gòu)模式。 其中水解酸化池及缺氧池均采用泥法， 并設(shè)置潛水?dāng)嚢杵鳎?好氧池采用部分泥法部分膜法的混合處理方式， 有利于提高處理效率。 設(shè)計污泥負(fù)荷為0.1 kg［COD］／（kg［MLSS］·d）， 污泥質(zhì)量濃度為3.5 g／L。

水解酸化池。 2 格， 單格尺寸為18.5 m × 5.5 m × 6.0 m， 總有效容積為1 120 m3， 停留時間為5.6 h。 設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)4 臺， 功率為2.5 kW。

缺氧池。 2 格， 單格尺寸為36.0 m × 6.0 m ×6.0 m， 總有效容積為2 000 m3， 停留時間為10 h。設(shè)4 臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)， 功率為5 kW。

水解酸化池、 缺氧池均設(shè)計有pH、 DO、 ORP等在線儀表， 方便對工藝運行參數(shù)的控制。 水體推流攪拌的工作有效區(qū)內(nèi)的流速不小于0.3 m／s， 潛水?dāng)嚢铏C(jī)設(shè)有過電流、 欠電壓保護(hù)裝置， 同時設(shè)置密封泄漏保護(hù)裝置。

好氧池。 包括尺寸為36.0 m×6.0 m×6.0 m 的1 格和尺寸為48.0 m×18.0 m×6.0 m 的1 座， 有效容積為5 880 m3， 停留時間為29.4 h。 好氧單元MBBR（含懸浮填料）區(qū)采用穿孔管曝氣， 充分利用懸浮填料的氣泡切割功能， 既滿足填料懸浮流化動力要求又有良好的曝氣效率。 好氧單元泥法區(qū)采用防堵塞式微孔曝氣頭， 在防堵的同時保證曝氣器的溶氧效率（空氣流量為1.5 ～3.0 m3／（h·個）， 氧利用率為18.4%～27.7%）。

（3） 二沉池（利舊）。 2 座， 尺寸為φ18.6 m×4.0 m， 表面負(fù)荷為0.36 m3／（m2·h）。

（4） 高效沉淀池。 2 座， 尺寸為8.5 m×4.1 m×5.2 m。 高效沉淀池由混凝區(qū)、 絮凝區(qū)、 沉淀和濃縮區(qū)組成， 混凝區(qū)停留時間為3～5 min， 絮凝區(qū)停留時間為10 ～15 min， 沉淀時間不大于30 min， 沉淀方式為重力沉降＋斜管分離。 配置中心傳動刮泥機(jī)， 底部帶有耙桿及刮泥板， 刮泥機(jī)水下部分材質(zhì)應(yīng)為304 不銹鋼。 斜管直徑不小于60 mm， 由高分子聚合材料制成。 配套PAC（或PFS）及PAM 投加設(shè)備， PAC 投加量為30 mg／L， PAM 投加量為1.5 mg／L。

（5） 臭氧催化氧化池。 4 座， 尺寸為4.8 m ×4.5 m×6.5 m， 單池有效容積為120 m3， 停留時間為2.4 h。 非均相金屬離子負(fù)載型催化劑主要成分為Al2O3， 其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%， 直徑為15 ～50 mm。

臭氧催化氧化池的反沖洗周期為2 ～4 d， 每日反沖洗1 ～2 座， 每次反沖洗排水約60 m3， 所排廢水中主要含臭氧殺菌造成的黏泥， 其SV ＜1%。

尾氣 破 壞 池 及 穩(wěn) 定 池 尺 寸 為19.2 m × 3.5 m ×6.5 m， 有效容積為400 m3， 停留時間為2 h。

（6） BAF。 3 組， 單組尺寸為5.0 m × 3.5 m ×6.7 m， 總有效容積為326 m3， 停留時間為1.63 h，濾池負(fù)荷為3.8 ～5.7 m3／（m2·h）。 濾池底部設(shè)有進(jìn)水和排泥管， 中上部是填料層， 為防止濾料流失，濾床上方設(shè)置裝有濾頭的混凝土擋板， 濾頭可從板面拆下， 不用排空濾床， 方便維修。

5 工程設(shè)計特點

（1） 采用兩級氣浮分離工藝。 氣旋浮高效除油技術(shù)采取氣浮旋流一體化工藝， 該技術(shù)可實現(xiàn)油水分離的密閉操作， 杜絕VOCs 揮發(fā)產(chǎn)生的安全隱患和環(huán)境污染。 污水停留時間小于10 min， 加藥量小于常規(guī)渦凹?xì)飧」に囉昧康?／3； 抗沖擊能力強(qiáng)，可處理油質(zhì)量濃度范圍為50～20 000 mg／L 的來水。該工藝設(shè)計緊湊， 實現(xiàn)全自動化控制， 在投資、 占地面積、 運行費用和管理上具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。

（2） A／O 之前增加水解酸化池。 根據(jù)某污水處理廠實際運行情況， 水解酸化池水力停留時間為4.4 h， 污泥齡為6 d 左右， 水解酸化池的氨氮平均去除率達(dá)到42.34%， 凱氏氮去除率為40.1%， 總氮去除率為37.92%。 水解酸化可以去除總氮； 能將大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物， 提高廢水可生化性［5］； 對進(jìn)水懸浮物去除效果和有機(jī)氮的氨化作用明顯。

（3） 高效沉淀池將混凝、 絮凝、 沉淀分離、 污泥濃縮集于一體。 高效沉淀池能經(jīng)濟(jì)高效地去除固體懸浮物及難溶或不可溶的有機(jī)物。

（4） 臭氧催化氧化池利用現(xiàn)有氧化池改造為臭氧反應(yīng)池， 現(xiàn)有的還原池和CBR 池改造為穩(wěn)定池。臭氧催化氧化將臭氧的強(qiáng)氧化性和催化劑的吸附、催化特性結(jié)合起來， 通過引發(fā)具有強(qiáng)氧化能力的·OH， 強(qiáng)化分解水中高穩(wěn)定性、 難降解有機(jī)污染物， 對穩(wěn)定性高有機(jī)污染物分解效率比單純臭氧氧化提高數(shù)倍， 顯著提高出水的安全性。

（5） 曝氣生物濾池是將生物氧化與深床過濾有機(jī)結(jié)合的污水生物處理技術(shù)， 具備生物氧化降解和截留懸浮固體的雙重功能［6］。 污水通過濾料層， 水體含有的污染物被濾料層截留， 并被濾料上附著的生物降解轉(zhuǎn)化， 同時， 溶解狀態(tài)的有機(jī)物和特定物質(zhì)也被去除， 所產(chǎn)生的污泥保留在過濾層中， 而只讓凈化的水通過， 這樣可在一個密閉反應(yīng)器中達(dá)到完全的生物處理， 而不需在下游設(shè)置二沉池進(jìn)行污泥沉降。

6 運行效果分析

污水處理裝置改造于2017 年7 月建成并投入運行， 整體運行良好。 該裝置于2018 年10 月13日—19 日對污水處理站的運行進(jìn)行了標(biāo)定， 標(biāo)定期間， 含油污水來水COD 超標(biāo)2 次， 而外排水質(zhì)合格率為100%， 分析結(jié)果優(yōu)于設(shè)計控制值。 生化進(jìn)水各 指標(biāo)平均值為： COD 483 mg／L， 氨 氮12 mg／L， 總氮35 mg／L， 總磷0.22 mg／L； 出水各指標(biāo)平均值為： COD 41 mg／L， 氨氮0.35 mg／L， 總氮6.5 mg／L， 總磷0.16 mg／L。 生化系統(tǒng)COD 去除率為91.51%， 氨氮去除率為97.1%， 總氮去除率為81.37%， 總磷去除率為27.27%。

7 工程投資經(jīng)濟(jì)分析

該污水處理工程改造投資為4 688 萬元， 占地面積為22 420 m2， 噸水占地面積為4.67 m2， 直接運行成本為1.5 元／t。

8 結(jié)語

該工程實踐表明， 采用預(yù)處理－水解酸化-A／O－臭氧催化氧化－BAF 組合工藝處理煉油企業(yè)的含油污水和含鹽污水， 處理后出水各項指標(biāo)均低于GB 31570—2015 特別排放限值要求。

我國煉油企業(yè)進(jìn)入污水處理場的污水中油的質(zhì)量濃度正常為200～500 mg／L， 而發(fā)達(dá)國家如美國Amoco 公司小于75 mg／L， 日本煉油廠只有40 mg／L。 因此， 污染物源頭減量將是國內(nèi)煉油企業(yè)今后發(fā)展的方向。