煉油廠污水氣浮工藝絮凝劑評(píng)價(jià)篩選

李開(kāi)紅，聶春梅，方新湘，于 娟

（中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司煉油化工研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

隨著劣質(zhì)稠油加工比重的增加，某公司上游裝置所排污水污染負(fù)荷大幅度提高，難降解有機(jī)物增加，污水處理場(chǎng)生化處理單元的正常運(yùn)行受到高鹽、高COD、高硫化物的沖擊，影響了生化系統(tǒng)的處理效果，同時(shí)出水不穩(wěn)定對(duì)污水深度處理裝置的正常運(yùn)行增加了困難［1～3］。根據(jù)污水水質(zhì)變化情況，在凈化過(guò)程中經(jīng)常會(huì)投加不同種類的水處理藥劑，以滿足處理工藝、水質(zhì)特點(diǎn)和提高處理效果等需要［4，5］。該公司水處理成本構(gòu)成中藥劑成本占污水處理直接運(yùn)行成本的25%，因而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)污水處理工藝組合、水質(zhì)狀況等運(yùn)行參數(shù)，定期進(jìn)行各類藥劑評(píng)價(jià)和優(yōu)化篩選，有利于發(fā)揮設(shè)備性能和優(yōu)化工藝路線，確保各類凈水劑的投加合理化、精準(zhǔn)化、效益化［6～8］。

某公司工業(yè)水車間600 m3/h污水處理裝置1浮、2浮運(yùn)行效果不好，多次出現(xiàn)氣浮出水水質(zhì)渾濁、COD超標(biāo)等問(wèn)題。受上游來(lái)水沖擊，1浮、2浮混凝劑加藥濃度從參考加入量20～80 mg/L提高至220～260 mg/L，合計(jì)加入量為440～520 mg/L，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)指標(biāo)。基于此，文中對(duì)氣浮工藝水質(zhì)進(jìn)行除濁度、除COD效果評(píng)價(jià)，并在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化評(píng)選出較佳的藥劑添加量。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料：工業(yè)水車間600 m3/h污水處理裝置提供隔油池出水、1浮出水和2浮出水，其水質(zhì)分析與產(chǎn)水指標(biāo)見(jiàn)表1。

由表1可知，隔油池出水水質(zhì)渾濁，濁度可達(dá)271 NTU，COD為1 164 mg/L；1浮出水懸浮物明顯偏高，濁度可達(dá)939 NTU，出水COD與隔油池出水接近，水中顆粒有絮凝沉降性，推測(cè)可能原因?yàn)楦≡醇皶r(shí)刮出或顆粒沉降時(shí)間較長(zhǎng)未及時(shí)浮出；2浮出水較隔油池清澈，COD為983 mg/L（超出指標(biāo)范圍），濁度為249 NTU。原料中氨氮、石油類含量小，滿足出水指標(biāo)，因而后續(xù)絮凝評(píng)價(jià)中主要參考COD和濁度分析。

表1 試驗(yàn)原料水質(zhì)分析與產(chǎn)水指標(biāo)

試驗(yàn)藥劑：PAFC、PAC、APAM、CPAM由工業(yè)水車間現(xiàn)場(chǎng)提供；凈水劑（PAFT），絮凝劑（HPAM），除油劑（OPL和OPV）由K公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及儀器

HH-6A六聯(lián)同步電動(dòng)攪拌器，常州中捷實(shí)驗(yàn)儀器制造有限公司；BSA224S-CW電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；CR4200型加熱消解器，WTW。

試驗(yàn)試劑：COD預(yù)制試劑14540（德國(guó)WTW）；2100N型實(shí)驗(yàn)室濁度儀，美國(guó)哈希公司（HACH）。

1.3 工藝流程簡(jiǎn)介

600 m3/h污水處理裝置的原料為公司的工業(yè)廢水和部分生活污水，廠廢水中污染物的種類很多，且水質(zhì)、水量波動(dòng)幅度較大，首先通過(guò)設(shè)置調(diào)節(jié)罐、調(diào)節(jié)池均衡調(diào)節(jié)污水的水質(zhì)、水量、水溫的變化，減輕高污染廢水對(duì)生物處理單元的沖擊，然后進(jìn)入隔油池，利用油、水密度差進(jìn)行沉降分離。含油污水經(jīng)過(guò)2級(jí)氣浮，借助混凝劑和助凝劑后，使污染物更易于下沉或上浮而被去除。

脫油除渣后的氣浮水進(jìn)入A/O生化工藝，去除BOD、COD，同時(shí)還可去除氨氮、酚、硫化物等污染物。生化出水經(jīng)過(guò)2沉池沉淀后提升至好氣濾池或直流入3浮處理，好氣濾池集過(guò)濾、生化為一體，經(jīng)過(guò)濾的出水指標(biāo)能夠保證達(dá)到國(guó)家2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該工藝流程出水可直接作為綠化水或深度污水處理裝置的原料水，見(jiàn)圖1。

圖1 600 m3/h污水處理流程

1.4 試驗(yàn)方法

取燒杯若干，分別加入1 000 mL水樣，并排放在攪拌槳的下方，使攪拌槳偏離燒杯中心，記錄試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)水樣的溫度。啟動(dòng)多聯(lián)攪拌器，在轉(zhuǎn)速120 r/min下快速攪拌10 min后，按預(yù)定的次序?qū)⒚糠N配置好的絮凝劑添加液快速傾入每個(gè)燒杯中。加完所有溶液或懸浮液后，快速攪拌1 min。記錄快速攪拌的轉(zhuǎn)迷和時(shí)間。低轉(zhuǎn)速到40 r/min慢速攪拌20 min，記錄首次觀察到絮團(tuán)形成的時(shí)間。轉(zhuǎn)速的選擇要保證在整個(gè)慢速攪拌時(shí)間內(nèi)，絮團(tuán)能均勻懸浮，并不致使已經(jīng)形成的絮團(tuán)破碎。絮團(tuán)沉降時(shí)間：慢速攪拌之后，移去攪拌槳，記錄絮團(tuán)相對(duì)尺寸和大部分絮團(tuán)沉降到燒杯底所需要的時(shí)間。絮團(tuán)沉積層：靜置沉降20 min后，記錄在燒杯底的絮團(tuán)沉積層的厚度和外觀。最后用吸管從燒杯中水樣深度50%處移取足夠體積的上層清液，進(jìn)行COD及濁度分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 隔油池出水評(píng)價(jià)

2.1.1 單一藥劑評(píng)價(jià)PAFC和PAC都是無(wú)機(jī)高分子混凝劑，水解形成Fe（nOH）mx+、Al（nOH）mx+膠體，而此類膠體通過(guò)絮凝作用使難降解的大分子有機(jī)物形成絮體，對(duì)水中膠體和顆粒物具有高度電中和及橋聯(lián)作用，增強(qiáng)了生物吸附和網(wǎng)捕作用，從而去除污水中的污染物，達(dá)到凈化水的目的［9～11］。

綜合考慮沉積物量、COD、濁度等指標(biāo)因素，針對(duì)隔油池出水，在同等混凝劑濃度下，污水沉降時(shí)間接近，PAFC的COD去除率略好于PAC，但濁度去除率低于PAC。PAM由于其分子鏈中含有一定數(shù)量的極性基團(tuán)，它能通過(guò)吸附水中懸浮的固體粒子，使粒子間架橋或通過(guò)電荷中和使粒子凝聚形成大的絮凝物，故可加速懸浮液中粒子的沉降，有非常明顯的加快污水體系澄清，促進(jìn)過(guò)濾等效果［12，13］。

總體看，單一絮凝劑對(duì)污水處理效果并不理想，污水處理后的COD和濁度值較高，見(jiàn)表2。

表2 隔油池單劑效果評(píng)價(jià)

2.1.2 復(fù)配藥劑評(píng)價(jià)單一絮凝劑對(duì)污水處理效果不佳，故將PAFC、PAC分別和APAM進(jìn)行復(fù)配考察其絮凝效果。200 mg/L的PAFC+1 mg/L的APAM與200 mg/L的PAC+0.5 mg/L的APAM的效果相近，沉積物體積均小于100 mL，COD去除率分別為11.4%、12.4%，濁度去除率分別為84.7%、86.1%，但后者的沉降速度最快，見(jiàn)表3。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，針對(duì)隔油池出水的氣浮藥劑方案可選擇200 mg/L的PAC+0.5 mg/L的APAM，出水COD低于1浮運(yùn)行結(jié)果（1 169 mg/L），出水濁度低且泥渣量較少。

表3 混凝劑和絮凝劑的復(fù)配效果評(píng)價(jià)

經(jīng)調(diào)研得知，K公司提供的凈水劑與現(xiàn)有PAFC絮凝效果相似，絮凝劑與現(xiàn)有APAM成分相似，除油劑主要是去除污水中以水包油形式存在的油類物質(zhì)，幾種藥劑的評(píng)選結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 K公司水處理劑絮凝效果評(píng)價(jià)

針對(duì)隔油池出水的氣浮加藥方案，可以優(yōu)選200 mg/L的PAFT+3 mg/L的HPAM+30 mg/L的OPL，出水COD去除率約40%，濁度去除率約85%，且沉降的泥渣量較少；其次可選300 mg/L的PAFT+1 mg/L的HPAM，出水COD去除率也是40%，但濁度去除率略低，為75%，沉降的泥渣量稍多。2者上清液COD均優(yōu)于現(xiàn)有2浮出水指標(biāo)及出水實(shí)際情況。

2.2 1浮出水評(píng)價(jià)

2.2.1 不同濃度單一藥劑考察從工藝流程可知，1浮出水即為2浮進(jìn)水，為了考察2浮的藥劑添加濃度和運(yùn)行情況，接著考察了PAFC、PAC、陰離子PAM和陽(yáng)離子PAM的絮凝沉降效果。不同濃度單一藥劑對(duì)2浮處理效果的評(píng)價(jià)見(jiàn)表5。

從表5可知，隨著PAFC的濃度增加，沉降后上清液的濁度逐漸降低，濃度為20～50 mg/L時(shí)，沉降時(shí)間逐漸縮短，沉積物量呈降低趨勢(shì)，濃度為50～100 mg/L時(shí)，沉降時(shí)間基本一致，沉積物量呈增加趨勢(shì)。PAFC濃度在20～100 mg/L時(shí)，2浮水質(zhì)COD去除率變化不大，維持在24%左右，但濁度去除率隨濃度的增大而增大。PAC濃度為100 mg/L時(shí)，COD和濁度均較濃度50 mg/L時(shí)低，雖沉降性能基本一致，但沉積物量明顯增加，上清液有微量油花。當(dāng)藥劑濃度為100 mg/L時(shí)，PAC的濁度去除率高于PAFC；當(dāng)絮凝劑的濃度為1 mg/L時(shí)，加入陰離子PAM的效果優(yōu)于陽(yáng)離子PAM，但是當(dāng)陽(yáng)離子PAM濃度為3 mg/L時(shí)，上清液濁度最低，可從939NTU降為44.1NTU。

表5 不同濃度單一藥劑對(duì)2浮處理效果的評(píng)價(jià)

總體看，1浮出水中單獨(dú)添加PAFC與PAC時(shí)，濁度去除率低，沉降時(shí)間長(zhǎng)，單獨(dú)添加陰、陽(yáng)離子PAM時(shí)，沉降時(shí)間大大縮短，濁度去除率高，但COD去除率略低。

復(fù)配藥劑對(duì)2浮處理效果的評(píng)價(jià)見(jiàn)表6。由表6可知，從APAM、CPAM分別與PAFC復(fù)配效果來(lái)看，100 mg/L的PAFC+1 mg/L的APAM的效果最好，沉降時(shí)間僅為1 min，沉降后上清液的濁度去除率為30%，COD去除率為87.4%。從APAM、CPAM分別與PAC復(fù)配效果來(lái)看，50 mg/L的PAC+1 mg/L的APAM沉降后上清液的濁度去除率較高，但COD去除率不佳；100 mg/L的PAC+1 mg/L的APAM沉降后上清液的COD去除率較好，但濁度去除率欠佳。綜合上述結(jié)果，在現(xiàn)有1浮的加藥方案應(yīng)選擇：100 mg/L的PAFC+1 mg/L的APAM。

表6 復(fù)配藥劑對(duì)2浮處理效果的評(píng)價(jià)

2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

藥劑用量與處理效果的條件見(jiàn)表7。由表7可見(jiàn)，與現(xiàn)有的處理?xiàng)l件相比，配方2、3均有較好的氣浮效果，且用量低于現(xiàn)有配方用量，濁度去除率在85%以上，且出水COD滿足指標(biāo)要求，可為后續(xù)的A/O生化系統(tǒng)提供有力保障。配方1和配方4可以作為備選，為車間優(yōu)化藥劑方案提供參考。

表7 優(yōu)化配方匯總

3 結(jié)論

（1）針對(duì)隔油池出水的現(xiàn)有氣浮藥劑評(píng)選，配方1（200 mg/L PAC+0.5 mg/L APAM）實(shí)驗(yàn)效果較好，出水濁度去除率高達(dá)96%，污染物顆粒沉降速度快，且泥渣量較少。

（2）針對(duì)1浮出水，考慮到系統(tǒng)一致性，可采用配方3（100 mg/L的PAFC+1 mg/L的APAM），沉降時(shí)間僅為1 min，沉降后上清液的濁度去除率為87.4%，COD去除率為30%。如果隔油池出水采用藥劑PAC，可采用配方4（50 mg/L的PAC+1 mg/L的APAM），沉降后上清液的濁度為166 NTU，COD去除率為82.3%。

（3）利用K公司藥劑得到的配方2（200 mg/L的PAFT+3 mg/L的HPAM+30 mg/L的OPL），產(chǎn)生沉積物量最少，絮凝效果最為明顯。