GEM氣浮在煤制油企業(yè)合成廢水除油中的應(yīng)用

狄秋明

摘? ?要：為了保證GEM氣浮系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，一方面，需要做好企業(yè)來水水質(zhì)的調(diào)查工作，明確合成廢水內(nèi)石油類物質(zhì)的含量與特征，了解配套系統(tǒng)發(fā)熱處理參數(shù)與要求;另一方面，還需基于已有處理工藝的要求和配套提供更富有針對性的GEM氣浮系統(tǒng)設(shè)計方案，做好合成廢水除油流程的管控，使除油工藝段能穩(wěn)定運行，不影響后端生化處理或零排放工藝設(shè)備的正常運行。該文基于GEM氣浮技術(shù)原理展開分析，在明確廢水特點與系統(tǒng)設(shè)計要素的同時，期望能夠為煤化工企業(yè)遇到的廢水除油難題提供可參考的解決方案。

關(guān)鍵詞：煤制油;廢水除油;GEM氣浮系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：X784? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

1 工程概況

該項目為某煤制油企業(yè)合成廢水除油的GEM氣浮系統(tǒng)設(shè)計項目。從企業(yè)生產(chǎn)角度來看，在該企業(yè)滿產(chǎn)前合成廢水中石油類的含量正常時處于合理范圍內(nèi)，不影響已有污水處理、中水回用和零排放工藝的正常運行，但是近年來，企業(yè)增加產(chǎn)量，受已有回收油裝置運行的波動性影響，排出的合成廢水中石油類含量經(jīng)常會超出現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)可承受的極限，這使得原有生化處理系統(tǒng)無法穩(wěn)定運行。原設(shè)計的2級普通氣浮系統(tǒng)對合成廢水處理無效果。因此，為了管控現(xiàn)有合成廢水石油類的含量，該項目將基于原有污水處理工藝的基礎(chǔ)上融入GEM氣浮系統(tǒng)，使廢水中的石油類含量控制在20 mg/L以內(nèi)，滿足該企業(yè)廢水進生化處理系統(tǒng)的要求，生化系統(tǒng)運行越穩(wěn)定，生化系統(tǒng)出水的COD、石油類等指標(biāo)含量越低，對廢水回用和零排放工藝段膜系統(tǒng)的污染就越輕，才能保證廢水處理系統(tǒng)和廢水回用及零排放工藝的穩(wěn)定運行。

2 合成廢水水質(zhì)特點和處理要求

該項目合成廢水的水量與水質(zhì)受生產(chǎn)影響較大，合成廢水的整體水質(zhì)具有一定的波動性。而根據(jù)多組數(shù)據(jù)檢測可知，合成廢水pH值普遍處于4～4.5，平均水量為200 m3/h，已有廢水需不調(diào)節(jié)pH直接進耐酸性廢水的厭氧系統(tǒng)，所以pH值無法進行調(diào)節(jié)。其次，合成廢水溫度處于35℃～45℃波動，偶爾會出現(xiàn)間接性高溫的狀況。合成廢水中石油類產(chǎn)物的含量普遍處于100 mg/L～2 000 mg/L內(nèi)，見表1。

合成廢水處理工藝應(yīng)盡量避免影響廢水pH值，并以此為前提降低廢水內(nèi)的石油類含量，同時要控制合適的藥劑加入量，以便不能影響厭氧系統(tǒng)的正常運行。其次，結(jié)合已有工藝，GEM氣浮系統(tǒng)還需具備耐沖擊性與保證廢水厭氧系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要將廢水中石油類含量控制在50 mg/L以內(nèi)。再次，合成廢水處理系統(tǒng)的除油裝置需要結(jié)合原有企業(yè)廢水處理裝置，將GEM氣浮系統(tǒng)安裝在企業(yè)污水站合成廢水調(diào)節(jié)池的西側(cè)位置，場地的占地面積不能過大，使系統(tǒng)與原有設(shè)備功能相協(xié)調(diào)[1]，見表2。

3 廢水除油技術(shù)

含油廢水處理工藝多樣，一般分為粗粒細(xì)法、膜過濾法、氣浮法以及生物氧化法。1）粗粒細(xì)法。使含油廢水通過一種填有粗?；牧系难b置，使污水中的微細(xì)油珠聚結(jié)成大顆粒，達到油水分離的目的，通常也叫聚結(jié)法。2）膜過濾法。利用微孔膜攔截油粒，它主要用于去除乳化油和溶解油。濾膜又可分為超濾膜、反滲透膜和混合濾膜。超濾膜的孔徑一般為0.005 μm～0.01 μm，比乳化油粒要小得多。反滲透膜的孔徑比超濾膜的還要小。3）生物氧化法，利用微生物將其分解氧化成為二氧化碳和水。4）氣浮法是使大量微細(xì)氣泡吸附在欲去除的顆粒上，利用氣體本身的浮力將污染物帶出水面，從而達到分離目的的方法。這是因為空氣微泡由非極性分子組成，能與疏水性的油結(jié)合在一起，帶著油滴一起上升，上浮速度可提高近千倍，所以油水分離效率很高。氣浮法按氣泡產(chǎn)生方式的不同，可分為鼓氣氣浮、加壓氣浮和電解氣浮等[2]。

4 GEM氣浮系統(tǒng)工作原理

選用GEM系統(tǒng)作為除油設(shè)施，可以節(jié)省更多的占地，提供更高的除油效率。GEM的關(guān)鍵原理是渦流三相混合技術(shù)。

4.1 藥劑使用效率和藥劑混合

傳統(tǒng)氣浮采用非入侵方式的藥劑混合，例如絮凝管道或者攪拌槳葉這些傳統(tǒng)混合方式。每種方式都試圖在廢水中打開絮凝劑，不讓它抱團。但是2種方式都不是非常有效，因為很難將絮凝劑單體的骨架完全伸展開。

在GEM系統(tǒng)，藥劑在LSGM里進行混合，特殊研發(fā)的三相混合器（如圖1所示）。

GEM系統(tǒng)采用離心力把絮凝劑拉伸開來，并沒有切斷他們。一套GEM系統(tǒng)有5個LSGM，每個的混合能量可以有所不同。根據(jù)進水水質(zhì)，應(yīng)用工況以及物理化學(xué)要求，調(diào)節(jié)每個LSGM的混合能量。

由于藥劑與污染物100%的接觸，不但降低了藥劑消耗，還大大提高了絮體密度，降低了污泥含水率。

4.2 曝氣方面差異

由于GEM系統(tǒng)將廢水100%進行加壓溶氣，在絮體形成之前加入溶解氣。氣泡長在絮體里。氣泡的持續(xù)釋放使污泥自身可以持續(xù)不斷的脫水，浮渣的含固率非常高。從而降低污泥處置費用，如圖2所示。

這個系統(tǒng)不需要循環(huán)回流管路以及浮選池里的溶氣釋放頭，這2部分都容易堵塞，需要大量維護工作。

由于氣泡長在絮體里，氣泡的持續(xù)釋放使污泥自行上浮，不需要往浮選池里引入空氣。所以浮選池的占地非常小。這同樣減少了出水中夾帶不良絮體以及出水的總油、懸浮物、BOD、COD濃度。

鑒于溶氣效率和超高的化學(xué)品利用率，GEM系統(tǒng)可以做到穩(wěn)定出水懸浮物濃度在1 ppm～25 ppm。

4.3 100%溶氣

與大多數(shù)傳統(tǒng)溶氣氣浮技術(shù)不同，GEM系統(tǒng)將廢水100%加壓溶氣。這個技術(shù)使得GEM系統(tǒng)有能力在化學(xué)藥劑添加之前在廢水中快速溶解氣體，使得氣泡植入絮體結(jié)構(gòu)內(nèi)成為可能。

另外，部分溶氣的傳統(tǒng)溶氣氣浮中經(jīng)常出現(xiàn)的維護問題例如堵塞，將被大大減少。

溶進廢水的氣體量使得GEM系統(tǒng)比其他技術(shù)更有效，源于長在絮體里的大量氣泡持續(xù)釋放，使污泥自身可以持續(xù)不斷的脫水，浮渣的含固率也非常高。

4.4 流量可調(diào)且穩(wěn)定

由于在LSGM里完成高壓空氣溶解、藥劑分子拉伸提效、混凝絮凝攪拌（污染物捕集）、絮體形成、氣泡晶核生成和超輕中空化絮體形成的所有步驟。浮選池的尺寸將不太會影響處理流量和污染物負(fù)荷。LSGM里的孔眼數(shù)量可以根據(jù)水量大小和污染物濃度高低決定，將孔眼開放或者堵上。

渦流三相混合器（LSGM）獨特的渦流能量調(diào)節(jié)功能可以保證GEM適應(yīng)不同進水狀況，在污水性質(zhì)、溫度和流量發(fā)生突變是能迅速適應(yīng)并可及時調(diào)整工況，不增加投資，不增加水池大小，保證穩(wěn)定出水。該技術(shù)特性突破了傳統(tǒng)化學(xué)處理工藝在水質(zhì)大幅變化時無法適應(yīng)的缺點，確保整個污水處理工藝的穩(wěn)定性。完善的加藥系統(tǒng)的設(shè)計，可以根據(jù)來水水質(zhì)進行精準(zhǔn)的藥劑投加，使系統(tǒng)始終維持最佳的處理效果。

5 GEM氣浮除油系統(tǒng)設(shè)計

5.1 工藝流程設(shè)計

為了滿足企業(yè)合成廢水除油的要求，GEM氣浮除油系統(tǒng)流程如下。首先，將已有輸送至廢水站合成廢水調(diào)節(jié)池的管路改至進GEM氣浮的緩沖罐，將水量控制在200 m3/h左右，控制來水的流量和溫度32 ℃～40 ℃，緩沖罐內(nèi)廢水經(jīng)GEM氣浮除油系統(tǒng)后排入合成廢水調(diào)節(jié)池內(nèi)。GEM氣浮系統(tǒng)內(nèi)需定量投加PFS與PAM 2種藥劑，系統(tǒng)定量注入壓縮空氣，以便GEM能達到運行效果。上浮的污泥由污泥泵輸送至已有污泥處理系統(tǒng)的預(yù)處理池內(nèi)，并通過生化污泥除油系統(tǒng)與配套污泥脫水系統(tǒng)進行二次處理。在GEM氣浮系統(tǒng)處理結(jié)束后，出水進附近的緩沖池，短暫儲存GEM出水并用泵將廢水輸送至已有合成廢水調(diào)節(jié)池內(nèi)[3]。

5.2 GEM系統(tǒng)配套

根據(jù)小試測試的加藥量進行放大設(shè)計系統(tǒng)配套，需要投加聚合氯化鐵和陰離子聚丙烯酰胺2種藥劑。聚合氯化鐵可以使用業(yè)主已有的藥劑儲罐內(nèi)的藥劑，單獨配套合適的加藥箱和加藥量即可。陰離子聚丙烯酰胺使用干粉，現(xiàn)場配套自動溶藥機和合適的加藥泵。1）根據(jù)污泥輸送的距離和高差，設(shè)計配套污泥輸送泵。2）系統(tǒng)自帶空壓機。3）緩沖罐使用業(yè)主已有的不銹鋼罐改造使用。4）GEM氣浮安裝位置就近設(shè)計緩沖池，儲存GEM出水，配套潛水泵及時將GEM出水輸送至合成廢水調(diào)節(jié)池。

6 系統(tǒng)調(diào)試與系統(tǒng)改進

GEM系統(tǒng)運行需要根據(jù)合成廢水來水的水質(zhì)情況，人工調(diào)節(jié)合適的加藥濃度和加藥泵開度/運行頻率，保證GEM運行的穩(wěn)定和出水水質(zhì)達標(biāo)。系統(tǒng)來水含石油類變化趨勢是有規(guī)律的，變化的周期較長，人工每班定期巡檢一次，調(diào)節(jié)運行參數(shù)即可滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運行要求。經(jīng)過半年多的連續(xù)運行記錄分析和調(diào)整，系統(tǒng)對以下4點進行了改進。1）緩沖罐停留時間較短，運行一段時間后內(nèi)部會儲存大量浮油，導(dǎo)致定期GEM氣浮經(jīng)常性出水帶大量浮油。調(diào)試過程中找到規(guī)律，定期提前將浮油排出，避免影響出水水質(zhì)。2）間歇性的溫度過高廢水進入設(shè)備，導(dǎo)致設(shè)備密封圈老化過快。更換耐高溫耐腐蝕的密封圈。3）來水經(jīng)常會有較大塊的老化腐蝕的閥門橡膠塊，容易造成堵塞GEM的高壓泵、混合器。在管路前增加籃式過濾器，定期人工清理，避免影響設(shè)備的穩(wěn)定運行。4）溶藥的供水系統(tǒng)存在水壓不穩(wěn)的問題，極易使藥劑濃度不好把控，對此在系統(tǒng)中增加了儲罐與恒壓泵，確保了藥劑濃度的可控性。

7 性能驗收

針對該項目GEM氣浮系統(tǒng)的性能進行驗收，現(xiàn)場驗收監(jiān)測時間持續(xù)72 h。主要性能驗收內(nèi)容為出水石油類含量測試，經(jīng)多次現(xiàn)場取樣測試，確定GEM氣浮出水可以穩(wěn)定做到石油類含量小于20 mg/L，大大優(yōu)于設(shè)計值。

8 結(jié)論

該項目已連續(xù)運行了半年多，系統(tǒng)運行一直非常穩(wěn)定，GEM氣浮系統(tǒng)處理煤制油的合成廢水除石油類污染物的可靠性已經(jīng)得到充分驗證，只要按照來水水質(zhì)的變化情況及時調(diào)整合適的加藥量，即可保證GEM出水水質(zhì)的穩(wěn)定。所以調(diào)研廢水的水質(zhì)變化范圍（該項目是石油類含量）是重點，根據(jù)水質(zhì)的變化范圍測試合適的加藥種類和加藥量，選擇合適的配套加藥系統(tǒng)。另外，根據(jù)污泥量和污泥上浮的速度選擇合適的GEM的桶槽型號也是設(shè)備選型的關(guān)鍵。

參考文獻

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