微/纳米气浮技术处理石化污水的试验

刘伟，柏小涛，白小春，刘锦芳

（陕西延长石油（集团）有限责任公司榆林炼油厂，陕西靖边718500）

工业污水排放对流域环境及居民健康造成严重影响，其中炼化行业废水对生态环境的危害更为严重。炼化废水所含污染物质种类多、毒性大，处理难度大，常规生化处理出水难以满足排放标准［1～3］。2015年前，中国大部分地区炼化企业在执行《污水综合排放标准》GB8978-1996，但随着《石油炼制工业污染物排放标准》GB31570-2015的颁布，炼化行业势必升级改造以确保排放合格。

某炼油厂污水处理厂为确保污水排放满足新标准要求，在升级改造前采用微/纳米气浮技术进行技术试验，为微/纳米技术引用提供应用数据。根据试验结果，该厂于2019年对污水预处理单元应用微/纳米技术进行升级改造，达到预期结果。

1 试验装置概况

某炼油厂300 m3/h污水处理装置由某环保科技有限公司设计，原设计采用当时国内外新工艺、新设备、新材料，满足安全、卫生、节能、环保要求。主要包括：格栅、调节罐、隔油、1级气浮（CAF）、2级气浮、生物膜法、生化厌氧、生化好氧、沉淀、BAF等生产工艺流程。

经装置处理后的污水达到国家GB8978-1996《污水综合排放标准》2类1级标准后部分排入城市污水管网，部分厂内回用。该装置1级气浮为涡凹气浮系统，2级气浮为溶气气浮。其涡凹气浮系统具有充气量高、自动内回流、不设回流泵、能耗低等特点，污水经该设备处理后自流进2级气浮，装置采用部分污水回流溶气气浮，气浮药剂混凝剂采用聚合氯化铝铁，絮凝剂采用聚丙烯酰胺，利用加药装置通过隔膜计量泵进行投加，级混合机械搅拌反应进入分离段，污水中细分散油和部分乳化油得到进一步去除，使其出水含油量≤20 mg/L。300 m3/h污水处理装置工艺流程见图1。

图1 污水处理装置工艺流程

2 试验背景

污水处理厂自投运以来，各单元设施运行正常，处理后污水达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）2类1级排放标准。

2017年7月1日《石油炼制工业污染物排放标准》（GB31570-2015）颁布，污水处理厂需执行新标准，其COD、氨氮等各项指标均严于现执行排放限值，同时2017年榆林炼油厂关联单位油煤新技术开发项目装置正常投入运行，其装置排放的污水设计依托300 m3/h污水厂处理。

因排放污水COD、氨氮等污染物含量高，导致污水处理厂进水水质超出原设计指标，对污水处理厂的平稳运行造成不利影响，最终排污水难以满足新的石油炼制工业污染物排放标准。

新旧标准主要控制指标部分对比见表1。

表1 新旧标准主要控制指标对比/（mg·L-1）

新标准对污水处理过程的要求更高，排放控制指标更苛刻。油煤新技术项目投用前后污水进水水质变化情况见表2。

由表2统计数据可以看出，油煤公司投用后污水进水水质COD、氨氮含量发生变化，并超原设计控制指标，对污水达标排放带来冲击，特别是满足新标准的排放标准带来困难，需进行技术改造。

表2 油煤新技术投用前后的进水水质对比/（mg·L-1）

针对以上问题，为确保炼化混合污水达标排放，必须进行技术改造。为确保生化池进水水质合格，充分掌握相关污水处理技术工艺，2017年12月至2018年1月，应用微/纳米汽浮进行了现场中试试验，比较“微/纳米气浮”和“涡凹—溶气”2级气浮的处理效果。

3 微/纳米汽浮试验

微/纳米气泡主要由直径在10～50 μm的微米气泡和直径＜200 nm的纳米气泡组成［4］。微/纳米气泡的特性：（1）尺寸小，水中滞留时间长；（2）界面带电特性，有助于悬浮物的粘附除去；（3）在破灭时产生超高压、超高温与羟基自由基，有一定的氧化作用［5，6］。

因此，在污水处理过程中，可以去除有机污染物、悬浮物，实现水质净化。微/纳米气泡用于污水的预处理，能够显著提高生化进水要求，有利于微生物的活性保持，提升污水处理效率［7］。此次微/纳米试验设备具有产生的气泡粒径小（微/纳米级），能耗低，操作简单等特点。在此基础上，结合“全流程气浮”+“共凝聚气浮”的最新设计理念，制作了“微/纳米气泡气浮除油”应用装置，其工艺流程见图2。

图2 混凝—微/纳米气浮工艺流程

污水与除油剂A（PAC）经管道混合器后，进入微/纳米气泡发生器中产生含大量纳米气泡的絮体，絮体矾花与除油剂（B）PAM混合后进入气浮池中进行油、水分离，其中清水达到下游污水处理系统排放指标后排放进行再处理；上层的油（含油浮渣）送至渣罐。油水分离装置主要包括：自动加药系统、管道混合器、微/纳米气泡发生器、气浮池、渣罐、清水罐等。

3.1 试验目的

（1）对调节罐出水进行处理，降解污水中的油份、COD，改善污水水质；

（2）针对同股污水，比较微/纳米气浮和“涡凹—溶气”2级气浮的处理效果；

（3）充分掌握微/纳米气浮处理技术工艺，为项目改造收集技术数据。

3.2 试验条件

（1）试验地点：微/纳米汽浮设备（电压380 V，功率2 kW）用货车运至场地，不卸车，停放在2具罐中罐之间的空地上，进行现场试验；

（2）试验对象：污水处理装置罐中罐出水；

（3）试验处理量：2 t/h；

（4）考察因素：在PAC及PAM加剂量相同的情况下，对比1气、2气出水与微/纳米气浮出水水质，考察微/纳米气浮运行优势及稳定性。

（5）试验方式：采用自流方式，罐中罐液位应大于2.5 m；用软管连接罐中罐取样口和试验设备污水槽，软管与罐中罐取样口的连接方式采用管卡连接，通过罐中罐取样口阀门调节水量；

（6）药剂投加：PAC、PAM，2种药剂皆用于300 m3/h污水处理装置。

4 微/纳米汽浮试验结果

试验采用微/纳米气泡曝气的方式直接处理污水处理厂罐中罐污水，对比原预处理单元以1级气浮（涡凹气浮）、2级气浮（溶气气浮）处理后污水水质，通过对比微/纳米气浮出水与原1气、2气出水中的COD及石油类去除效果作为考察指标，验证微/纳米气浮处理技术效果。

原1、2气浮进水为隔油池出水，经隔油池除油后再进入1、2级气浮进一步除油，微/纳米气浮进水为罐中罐进水。

1气、微/纳米气浮进水COD在500～600 mg/L，石油类在30～50 mg/L。1气、微/纳米气浮2者出水COD在300～450 mg/L，石油类在5～25 mg/L。对比1气、微/纳米气浮进出水，微/纳米气浮进水COD含量、石油类含量比1、2级气浮进水COD含量、石油类含量水质相对较差，但出水COD含量、石油类含量比1、2级气浮水质相对较优。

试验结果表明：在混凝剂添加比例相同的情况下（PAC剂量：70×10-6，PAM剂量：2.5×10-6），对比1、2级气浮与微/纳米气浮出水水质，微/纳米气浮技术占优。

5 结论

针对罐中罐出水，注入相同药剂量的PAC和PAM（PAC剂量：70×10-6，PAM剂量：2.5×10-6），“微/纳米气浮除油设备”的油含量和COD值去除效率为70%左右，“涡凹气浮—溶气气浮”的处理效率为60%左右，可见微/纳米气浮除油设备的效果优于涡凹气浮—溶气气浮的处理效率。但微/纳米气浮除油设备的微/纳米气泡发生器存在容易堵塞的问题。微/纳米气浮除油设备在炼油、化工混合污水预处理系统试验成功，可为其他混合性污水处理提供技术改造参考，并已指导了该厂300 m3/h污水处理厂的技术升级改造，同时发现微/纳米发生器存在堵塞的情况需进行重点设计。