炼油厂生产废水处理 37页

摘要本文主要介绍炼油厂生产处理的背景、目的意义、工艺流程的比较和选择、各构筑物的原理和功能特点以及各部分构筑物的设计计算，通过对组合工艺各级处理方法运行及处理效果的比较选出了一套工艺流程，最终达到提高炼油厂生产废水处理效率和减小环境二次污染风险的目的，使处理后的水达到国家《综合废水排放标准》一级标准，并可以作为重要的回用水资源，缓解水资源紧缺的状况。本设计中的这套工艺是在参考“老三套”工艺的基础上加以修改的，它具有适应性强、操作简单、运行费用低、投资省、效率高、占地小；设计合理，电耗省；机电仪实现了一体控制、操作方便、维护简单的特点。根据处理量对单体设备的尺寸进行了设计，根据计算结果和各个设备的特点进行了选型，选用的涡凹气浮机，浅层气浮机和曝气生物滤池能够达到处理要求，设计出的工艺流程可以达到设计要求，实现回用。关键词：炼油厂生产废水；涡凹气浮机；浅层气浮机；曝气生物滤池nAbstractThispapermainlyintroducesthebackground,theproductionprocessingrefinerypurpose,processflowcomparisonandselection,principlesandfunctionsofthevariousstructurescharacteristicandeachpartdesigncalculation,throughstructuresatvariouslevelsofcombinationtechnologyprocessingmethodsofoperationandtreatmenteffectcomparativeselectedasetofprocesses,achievefinallyimproverefinerywastewatertreatmentefficiencyandreduceproductionenvironmentsecondarypollutionriskwithpurpose,makewaterreachnationalemissionstandardoftheintegratedwastewater,andcanbeusedasaprimarystandardsofrecyclewater,alleviateanimportantwaterresourcescarcitysituation.Thedesignofthisprocessisinreferenceto"oldthreesetsof"technologybasedonthemodified,ithasstrongadaptability,simpleoperation,lowoperatingcostandlowinvestment,highefficiency,coversanareaofsmall;Reasonabledesign,energysaving;Mechanicalandelectricalapparatusrealizedintegratedcontrol,convenientoperation,simplemaintenancecharacteristics.Accordingtothesizeofmonomerequipmentperthedesign,accordingtothecalculationresultandthecharactersofeachequipmenttypeselection,choosethevortexconcavefloatingmachine,shallowgasfloatmachineandbiologicalaeratedfilterscanreachprocessingrequirements,designtheprocesscanmeetthedesignrequirements,achievingreuse.Keywords:refinerymanufacturingwastewater;Vortexconcavefloatingmachine;Shallowgasfloatmachine;Biologicalaeratedfiltersn目录1绪论51.1课题的目的和意义51.2炼油厂生产废水处理国外现状51.2．1国外现状51.2.2国现状61.3设计容82主要设备功能与特点102.1调节池102.2隔油池102.3涡凹气浮池102.3．1结构102.3.2CAF涡凹气浮设备的工作原理112.3.3涡凹气浮机的特点112.4浅层气浮池122.4.1原理122.4.2浅层气浮机的特点132.4.3浅层气浮机主要结构132.4.4应用围142.5沉淀池142.5.1竖流沉淀池原理142.5.2竖流沉淀池的构造142.5.2竖流沉淀池的特点152.6曝气生物滤池152.6.1曝气生物滤池结构形式152.6.2曝气生物滤池中滤膜的净化原理152.6.3曝气生物滤池与其他处理工艺的比较152.7汽提塔172.8活性炭吸附池173工艺流程各部分构筑物设计计算173.1设计任务173.2调节池设计计算173.2.1调节池有效容积183.2.2调节池水头损失183.3隔油池设计计算193.3.1隔油池的表面积计算193.3.2隔油池的过水断面面积计算20n3.3.3隔油池的总容积203.3.4隔油池格间数203.3.5隔油池的有效长度213.3.6隔油池建筑高度H为213.4涡凹气浮机213.4.1CAF涡凹气浮设备的规格型号213.4.2涡凹气浮机水头损失223.5浅层气浮机233.5.1浅层气浮机规格及主要技术参数233.5.2浅层气浮机的水头损失243.6沉淀池253.6.1中心管面积与直径253.6.2沉淀池的有效水深253.6.3中心管喇叭口至反射板之间的间隙高度253.6.4沉淀池有效断面面积263.6.5沉淀池直径263.6.6污泥斗高度和污泥斗容积263.6.7沉淀池的总高度273.6.8竖流沉淀池的水头损失273.7曝气生物滤池273.7.1滤料体积283.7.2滤池总截面283.7.3设备总高度283.7.4空塔水力负荷293.7.5需氧量计算293.7.6风机的选型293.7.7反冲洗泵和中间水池303.7.8曝气生物滤池的水头损失303.8汽提塔303.8.1塔径：313.8.2填料塔的高度313.8.3汽提塔的水头损失313.9活性炭吸附塔324结论32辞34参考文献36n1绪论1.1课题的目的和意义水是自然界中宝贵的资源，是人类赖以生存的必要条件。然而在人类的生活和生产活动中，从自然界取用的水受到污染，改变了原来的性质，甚至丧失了使用价值，于是将其废弃排外。导致取用水丧失使用价值的基本原因是水中混进了各种污染物。随着经济的发展，工业废水的产生越来越多，所以工业废水是污染水资源的主要来源。炼油厂生产废水在其中扮演着重要角色。炼油厂生产废水对环境造成很大的危害。现在环境问题日益严重，工业废水的排放标准了日趋严格，使得国外都在探索和研究处理工业废水，降低其对环境的污染，减少对人类的危害。炼油厂生产废水处理技术已经成熟，但还需改进。随着陆地和海洋石油勘探开发生产，含油污水量也在逐年增加。炼油厂生产废水对环境也造成很大的危害。炼油厂催化裂化冷凝水，常受到油，氨，硫化物，酚及其他多种无机与有机化合物严重污染，毒性较大。炼油厂炼化和加氢装置生产过程排出的含硫废水；裂化装置的分馏塔顶，富气洗涤及重整加氢装置的含H2S,NH3废水，都是炼油厂的重污染废水。炼油废水具有污染物浓度高、可生化性差、成分复杂且其所含有毒有害物质对生态系统、植物、土壤和水体有严重影响等特点，利用物理的、物理化学的及化学处理均有一定的处理效果，但都不够理想；最为有效的处理方法是结合物理的、物理化学的及生物的综合处理法，不仅处理效率高，环境二次污染风险小，更主要的是其处理出水可成为重要的回用水资源，这对缓解水资源紧缺状况有很重要的现实意义。炼油厂废水所造成的环境污染问题日益严重，生产废水的排放造成生态平衡破坏，威胁人类健康，并给工业生产带来巨大的经济损失。因此，需要对炼油厂生产废水进行必要的处理，然后经过深度处理回用到系统中，达到节约水资源的目的。n1.2炼油厂生产废水处理国外现状1.2．1国外现状国外炼油污水的处理和回用研究始于20世纪40年代，由于国外的石化企业很注重在源头上做文章，很早就提出了“节能减排”口号，所以国外的炼油厂排污量并不是很大，排出的废水污染物浓度也比较低。在国外，越来越多的炼油厂废水在经过二级处理之后，采用膜技术代替传统的砂滤活性炭过滤等技术来进行深度处理，以达到回用的目的膜技术是发展迅速的新兴技术领域,是一种使料液组分选择性透过膜的物理化学处理方法,该过程的推动力主要是膜两侧的压差或电位差等处理含油废水的膜分离技术主要有微滤(MF)超滤(UF)纳滤(NF)反渗透(RO)膜技术和其它的处理技术相比，可以更好地去除废水里的微小悬浮物胶体细菌等，从而达到循环冷却水的回用要求。目前用于工业废水处理的主要是微滤膜和超滤膜微滤又称精过滤,所分离的料液组分直径为0.05~15um,微滤膜具有较高的渗透率,能应用于超滤难以满足的大处理量的情况瓷微滤膜因其催化性稳定性好,使用寿命长而常被用来处理含油废水。膜生物反应器(MBR)是一种将废水生物处理和膜过滤技术结合在一起的先进废水处理技术。它的特点是将废水的二级处理和三级处理结合在一起；可同时去除水中胶体类杂质和溶解性杂质；能够高效固液分离，并且能截留悬浮物质、胶体物质、生物单元流失微生物菌群；维持生物单元生物量的高浓度；设备紧凑、占地面积小、出水水质好、维护管理方便。虽然膜生物反应器最早被用来处理生活污水，但实践证明，用膜生物反应器处理炼油废水，效果也非常显著。国外的炼油厂不仅非常注重废水的深度处理，而且也很重视回用水的水质监测，他们每天即时监测回用水的水质情况，然后根据每天的水质，有针对性地投加化学药剂，防腐杀菌等，为水的正常回用打下基础国外炼油厂的废水回用，不仅减少了污染，还带来了经济效益。1.2.2国现状炼油废水的污染物主要有油、硫化物、氰化物、挥发酚、NH3-N以及其他有毒物质,其CODn含量较高,难降解物质多,而且受碱渣废水和酸洗水的影响,废水的PH变化较大。为提高外排水的水质,研究者开发了一些新的处理工艺和技术。炼油废水的除油效果对后续生物处理的影响很大,提高除油效率是近几年研究的重点。除油方法很多,应用较广的是重力隔油、混凝沉淀和气浮除油等。许多炼油厂使用聚合氯化铝(PAC)或聚合硫酸铁(PFS)等单盐聚合物作为混凝剂去除油和悬浮物,但存在一定的缺陷;目前,含多种离子的复盐聚合物混凝剂、浮选剂的开发成功,使混凝除油的效果显著增加,沉淀或气浮的效率提高。夏畅斌等人以煤矸石和硫酸烧渣为原料合成聚硅酸铁铝(PS2FA),在相同剂量和投加条件下,除油和除硫化物的效率比PAC和PFS高20%以上。达标外排的炼油废水还有少量NH3-N,COD,BOD,SS,TN,TP,大分子有机物等,其浓度根据各厂的运行状况而变化。回用的领域有循环冷却水系统、生产、生活的杂用或用于绿化、景观等。绿化对回用水的水质要求较低,很多炼油厂已经应用,但回用于生产过程的水质要求较高。国某些炼油厂的废水生化处理采用了A/O,A/O2或O1/O2工艺,具有除磷脱氮的功能,COD,BOD,NH3-N,TN去除较彻底,在二沉池后设石英砂或活性炭过滤,出水COD为30～50mg/L,BOD,SS和油含量很低,进一步杀灭细菌后就可以补充到循环冷却水系统或生产过程中去。随着炼油废水外排标准日趋严格和废水回用的呼声逐渐高涨,二级处理无法满足这一要求,新的处理工艺、技术和药剂的研发力度正在加大,符合我国国情的简单实用、高效可靠、运行费用低的回用水深度处理工艺和技术仍将是今后一段时间的发展趋势。污水回用是一项长期的工作,目前许多炼油厂已进入实质性操作阶段,只有根据本厂外排水的实际状况,研究合理可行的技术路线,全面提高回用水的质量,才能达到污水的可持续回用。和国外的炼油废水深度处理技术相比，我国对于膜技术的应用还主要处在实验室研究阶段，工业中应用膜技术来深度处理炼油废水的单位更是少之又少；我国开发的炼油污水深度处理工艺大多处于中试开发阶段，主要处理技术有混凝过滤、化学氧化技术、生化技术。混凝(气浮)沉淀过程是水回用工艺中最常用的前置单元技术混凝(气浮)的主要目的是通过物理化学作用改变水体胶体颗粒物的性质及其状态，使其易于在后续沉淀、过滤过程中去除，在废水处理中,常用的滤料有石英砂、无烟煤粒、石榴石粒、粒以及聚苯乙烯发泡塑料球等，其中以石英砂使用最广，石英砂的机械强度大，相对密度在2.65左右,莫氏硬度7，化学稳定性好[12]。化学氧化技术是将废水中的污染物直接氧化成无机物,n或将其转化为低毒、易降解的中间产物。氧化技术中臭氧氧化在炼油废水回用中的应用较多,利用臭氧所具有的强氧化特性，改善废水的可生化性，为后续的生化创造有利条件,在深度处理的生化阶段，多采用生物活性炭处理。通过活性炭表面的微生物对废水中的有机物的氧化分解。和微生物自身的新代作用,使得废水中的有机污染物得以降解,而活性炭也得到了活化和再生,这样,既充分利用了活性炭的良好吸附性能,同时又利用了微生物的降解作用,其处理效果比用普通活性炭的处理效果好得多。从我国炼油厂废水回用的现状看,存在着一些缺陷,如污染物去除不彻底除污染的种类单一回用水的氯离子、氨氮、电导率都较新鲜水高，pH值较新鲜水低，且由于监测数据的滞后性，超标废水不能及时切出系统，用于补充循环水后，因而水的腐蚀性增强，对循环水系统的影响大等。要使炼油废水处理工作达到节约用水、减少污水排放确保生产装置长周期运行和企业实现可持续发展的目的,还应该开展如下工作：a）膜技术处理炼油废水虽然效果良好，但仍存在一定问题，从膜本身来看，膜材料及膜组件有待改进，抗污染高通量膜的制备及延长膜使用寿命是今后一个发展方向，而制备低能耗的膜组件有利于膜技术进一步的发展应用从膜运行来看，膜污染是非常严重的问题，需要进行频繁的化学清洗才能保证一定的通量，且膜更换频率提高，会造成整个处理工艺的运行费用和造价的提高，这将成为今后相当长时间要解决的一个难题。b）从国外炼油废水深度处理之后的回用情况来看，即便是像美国这样的发达国家，再生水也只能占到循环冷却水补水的20%~50%，还需补充大量的新鲜水，因此,开发简单适用高效可靠的废水再生工艺或技术，使炼油污水能够全部回用循环水系统依然非常迫切。c）再生水水质的稳定性对水的回用尤为重要再生水的水质变化会给水的回用带来很大的干扰，如何提高回用水水质的稳定性，亟待解决。1.3设计容为了选择出工艺上最可靠，投资上最经济，管理上最方便的废水处理系统，查看资料，了解学习国外炼油厂生产废水处理的成熟经验和发展趋势，并进行了比较。以前炼油厂一般采用隔油、气浮、曝气的“老三套”传统废水处理工艺，随着油品的深度加工及废水排放标准的提高。“老三套”工艺已远远不能满足废水稳定达标外排的需要，必须进行技术改造。对“老三套”n工艺技改的要，既充分利用原有设施，尽量减少投资，又能满足废水排放标准，并能实现废水的部分回用。“老三套”的缺点是二次气浮池出水油含量过高，出水氨氮与进水比较没有明显降低。二沉池出水各项指标尚未达到国家污水综合排放二级标准。原“老三套”工艺流程不完善，存在许多技术缺陷使废水出水难以达标，主要是缺少必要的脱氮工艺。气浮效果差，处理流程短，生化效果难以持续等，因此对污水处理场进行技术改造。改造后除原工艺中的调节池、隔油池、一级涡凹气浮池、二级浅层气浮设备、汽提塔、曝气生物滤池、活性炭吸附塔、污泥浓缩池、污泥脱水机等工艺设备。为增加除油效果，新上先进的高效浅层气浮设备代替原二级气浮池。油污的去除效率可达90％以上，它除了具有一般加压溶气气浮的优点外。还具有外形紧凑、溶气效率高、处理效果稳定、操作方便、维护简单的特点。原有的二级气浮池处理能力较低而且池容量过大，其使用价值远远地低于预期效果。进入新增的曝气生物滤池(BAF)单元进行深度处理，确保COD、氨氮能够稳定达标。曝气生物滤池主要通过利用生物对有机物的降解，去除曝气工艺后尚未去除或难以降解的有机物，具有投资省、占地面积小、工艺流程短、能耗低、过滤速度快、抗冲击能力强等优点，运行管理方便，便于维护。故可作为本工程的深度处理工艺，能满足废水部分回用于装置冷却水的水质要求。设置的活性炭吸附塔是用来做深度处理的，活性炭吸附塔处理后废水可以直接拿来回用。在污泥处理方面。增设了污泥浓缩池、污泥脱水机，将污泥脱水后进行无害化处理[4]。无论何种规模的处理厂，在确定污水处理工艺时，除了保证处理效果这一基本条件外，主要目的是降低基建投资，节省日常的运行费用，以求在保证达标排放的前提下，使经营成本最小。要做到这一点，首先根据实际情况，选择合适的处理工艺。选择工艺如下：n初沉池处理后的中水通过生物滤池处理后回用。生物深度处理具有去除污染物的种类多、效率高、抗冲击能力强且运行费用低等优点,但对药剂的依赖性大,而且长期使用后微生物的耐药性增强,结垢和粘泥的问题仍将十分突出，活性炭处理是花费比较大。2主要设备功能与特点2.1调节池原理：对于有些反应，如厌氧反应对水质、水量和冲击负荷较为敏感，所以对于工业废水适当尺寸的调节池，对水质、水量的调节是厌氧反应稳定运行的保证。调节池的作用是均质和均量，一般还可考虑兼有沉淀、混合、加药、中和和预酸化等功能。对水量和水质的调节，调节污水pH值、水温，有预曝气作用，还可用作事故排水。2.2隔油池n原理：选用平流式隔油池。废水从池的一端流入，从另一端流出。在隔油池中，由于流速降低，相对密度小于1.0而粒径较大的油珠上浮到水面，相对密度大于1.0的杂质沉于池底。在出水一侧的水面上设集油管。集油管一般用直径200mm~300mm的钢制成，沿其长度方向在管壁的一侧开有切口，集油管可以绕轴线转动。平时切口在水面上，当水面浮油达到一定厚度时，转动集油管，使切口浸入水面油层一下，油进入管，再流到池外。排泥管直径一般为200mm。池底应有坡向污泥斗的0.01~0.02的坡度，污泥斗倾角为45。隔油池每个格间的宽度一般为6.0m、4.5m、3.0m、2.5m和2.0m。平流式隔油池可去除的最小油珠粒径一般为100~150um，此时油珠的最大上浮速度不高于0.9mm／s。特点：隔油池的有点是构造简单，便于运行管理，除油效果稳定。缺点是池体大，占地面积多。2.3涡凹气浮池2.3．1结构CAF涡凹气浮设备主要有气浮箱体、涡凹曝气机、链式刮泥系统、浮渣收集和排泄系统、溢流出水系统、电控系统、配药罐、贮药罐、玻璃转子流量计、回流管道、环形操作台、加药泵。该设备箱体可以是整体钢板结构，也可由我公司提供箱体图纸，用户自建混凝土结构后由我公司技术人员现场指导安装。建议当单机处理水量超过320m/h时，箱体采用钢筋混凝土结构。2.3.2CAF涡凹气浮设备的工作原理污水中的污染物分为溶解性有机物和非溶解性物质（即SS），溶解性有机物在一定条件下，可以转化为非溶解性物质，污水处理的方法之一就是加入混凝剂和絮凝剂使大部分溶解性有机物转化成为非溶解性物质，再将全部或大部分非溶解性物质（即SS）去除以达到净化污水的目的，而去除SS的主要方法就是利用气浮的方法。CAF是由空气产生气浮的过程。涡凹曝气机将“微气泡”直接注入污水中而不需要事先进行溶气，然后通过精铸不锈钢散气叶轮把“微气泡”均匀地分布于污水中，所以不会发生阻塞现象，本设备不需要压力容器、空压机和循环泵等辅助设备。n未经处理的污水首先进入曝气充气段，与“微气泡”充分混合，“微气泡”在上升的过程中，将固体悬浮物带到水面。刮泥机沿液面运动，将悬浮物刮到倾斜的金属板上，再将其推入污泥排放管道。污泥排放管道里有水平的螺旋推进器，将所收集的污泥送入污泥收集器，推进器和刮泥机由同一个马达驱动。净化后的污水在排放前会经由斜板下方的溢流槽，溢流槽用来控制气浮槽的水位，确保槽中的液体不会流入污泥排放管道。开放的回流管道从曝气段沿着气浮槽的底部伸展。在产生微气泡的同时，涡凹曝气机会在有回流管的池底形成一负压区，这种负压作用会使水从池子的底部回流至曝气区，然后又返回气浮段，回流管道上设有单向阀，使进入曝气槽的污水不至于不经处理就从回流管直接进入气浮槽。整个过程确保了在没有进流量的情况下，气浮仍不断进行。2.3.3涡凹气浮机的特点1、结构简单。涡凹气浮机主要由气浮箱、电动机、空心主轴、叶轮、机械密封等组成，仅需一台安装于污水池就可完成整个气浮过程。而原回流溶气气浮则由回流泵、空压机、搅拌机、溶气罐、释放器等多台设备组成。2、投资省、效率高。涡凹气浮机结构简单，占地面积小，可直接安装在污水池，而且它的充气量大且稳定，气浮效果比回流溶气气浮有明显的提高。3、操作简单、运行费用低。因它比原气浮机结构简单，减少了操作的劳动强度，也降低了维修费用。4、适应性强。涡凹气浮机对污水的来量和水质的变化有很强的适应性。耐腐蚀、使用寿命长。涡凹气浮机主要部件采用耐腐蚀材料制成，具有机械强度高、抗冲击、耐腐蚀、使用寿命长的优点。2.4浅层气浮池2.4.1原理气浮工艺原理：浅层气浮机采用溶气气浮原理，是在待处理的水入部分溶气水，利用溶气水中释放出的微小气泡，将水中的悬浮物或油浮出水面，从而达到固液分离之目的。　n1.水泵2.气浮装置3.中心管4.水力接头5.分配管6.泥斗7.中心管8.可旋转分配管9.水力接头10.旋转装置11.螺旋搬渣装置12.排渣管13.旋转积水管14.中央旋转部分15.锥形板装置16.倾斜气浮区17.进水泵18.三通阀19.三通阀20.溶气管原水通过泵1进入气浮装置2的中心管3，通过可旋转的水力接头4和可旋转的分配管5均匀地配入气浮池底部，溶气水经过中心管7进入可旋转的分配管8，与原水同步进入气浮池底部。9亦为一个可旋转的水力接头。饱含微气泡的溶气水与原水在气浮装置的底部充分碰撞、粘附，使原水中的微粒形成比重<1的浮渣上升到水面而被除去。原水的分配管5和溶气水的分配管8被固定在同一旋转装置10上，其旋转方向与原水进入气浮池底部的水流方向相反，但速度相等。本装置的关键部分是成功地利用“零速度”原理，使进水对原水不产生扰动，固液分离在一种静态下进行。表面形成的浮渣层由螺旋撇渣装置11收集，然后经过排渣管12将其排到池外。澄清后的水由旋转集水管13收集后排到池外，集水管13与中央旋转部分14连在一起，这样原水在气浮池中的停留时间就是中央旋转部分的回转周期。连在旋转行走装置上的刮板将池底和池壁上的沉泥刮到泥斗6中，定期排放。另外一项重要的改进就是固定在旋转行走架10上相互之间有一定间距的一组同心锥形板装置15，与配水部分一起沿气浮池同步旋转。每相邻两块锥形板组成一个倾斜的环行气浮区域16，该区域水时刻处于层流状态，加速了颗粒杂质随微气泡的上升速度。浅层气浮装置还包括一对并联运行的溶气管20(简称ADT’S)，进水泵17的压力较低，只需202.6kPa。进水首先通过与两个ADT’S连接的三通阀18，ADT’S的另一端布置溶气出水口。压缩空气也经过一个三通阀19与压力水在同一端进入ADT’S，压缩空气的压力一般为707.8nkPa。所有的三通阀靠一只调节器联动，正常运行时，一只ADT的进、出水口均被打开释放溶气水，而进气口被关闭；同时另一只ADT的进水口和出水口被关闭，压缩空气通过20～40μm的微孔不锈钢板进入ADT，靠压缩空气的压力将空气溶于水中，而不是靠水的压力。水沿着切线方向高速进入ADT中，流速可达10m/s，压力水在ADT中呈螺旋状前进，达995r/min，进水口可以调节，以便控制流量和流速。2.4.2浅层气浮机的特点外形紧凑，占地小；设计合理，电耗省；溶气效率高；处理效果稳定，机电仪实现了一体控制；操作方便、维护简单。2.4.3浅层气浮机主要结构高效浅层气浮设备主机是指气浮设备中的分离部分，其中包括：池体、浮渣收集装置、溢流调节装置、旋转进水布水机构等。2.4.4应用围该设备以先进的设计，优良的性能，广泛应用于石油、化工、钢铁、制革、电力、纺织、食品、酿造、市政等行业的污水处理系统，是传统气浮设备的替代产品。2.5沉淀池选用竖流式沉淀池。2.5.1竖流沉淀池原理在竖流式沉淀池中，污水是从下向上以流速v作竖向流动，废水中的悬浮颗粒有以下三种运动状态：①n当颗粒沉速u