石化企业炼油污水处理回用水系统改造

刘 辉，冯 霄

(1.中国石油兰州石化分公司，兰州 730060；2.西安交通大学化学工程与技术学院)

石化企业炼油污水处理回用水系统改造

刘 辉1，冯 霄2

(1.中国石油兰州石化分公司，兰州 730060；2.西安交通大学化学工程与技术学院)

西北某石化公司利用水系统集成与优化技术对炼油污水处理回用水系统进行优化改造。通过水质分析，提出初步的优化改造思路。进而提取水源水阱的流率和杂质浓度数据，利用夹点法并结合水系统的现状，提出优化改造方案，最后对改造方案进行简单的经济效益评估。所提出的优化改造方案，考虑增加超滤装置的处理能力，实现了不同浓度再生水源的“梯级利用”，加强了污水循环再利用的水平，提高了企业的废水重复利用率。在满足现有标准工业污水系统达标排放的条件下，使企业新鲜水用量减少158 th，排污减至259 th，减排率达到37.7%，节水所得经济效益达151.7万元a。提出的优化改造方案可为其它石化企业炼油污水处理回用水系统的优化改造提供思路和策略。

节水减排 污水处理 再生水利用 夹点法

我国水资源形势严峻，人均水资源量只有2 100 m3，仅为世界人均水平的28%，年平均缺水量超过5×1010m3，全国669座城市中有400多座供水不足，110座严重缺水[1]。石化行业是我国国民经济的基础和支柱产业，同时也是高耗水和容易产生污染的产业[2]，其取水量约占全国工业取水量的5%[3]，国家对石化企业的节水要求也一再提高。开发污水回用技术，提高废水的重复利用率，是有效的节水措施，已成为石化企业重点节水改造项目[4-6]。受自然条件制约，西北中心城市整体水资源不充足，水利基础设施条件薄弱。因此，西北某石化公司开展水系统的集成优化，加大对废水的循环再利用，提高企业节水率。本课题通过对水质的分析和计算，提出优化的改造方案。

1 某石化公司炼油污水处理装置简介

某石化公司炼油污水系统收集炼油厂常减压蒸馏、催化裂化、延迟焦化、加氢精制、酮苯脱蜡等装置以及动力厂循环水、动力车间、油品储运厂、添加剂公司等十多个单位的污水及炼油厂区生活污水，总来水量939 th，进入污水池的污水COD平均值为420 mgL。经调节池-气浮-AO-砂滤等预处理后，出水COD平均值为20 mgL。砂滤出水中的746 th进入污水深度处理装置，出水COD平均值为2 mgL，送至动力厂除盐水装置，用作除盐水原水；另有193 th砂滤出水混入超滤及反渗透浓水，混合后物流的COD值为45 mgL，排入市政污水管网。动力厂有循环水场4处，现使用新鲜水作为补水。炼油污水处理工艺流程简图及污水处理循环利用水系统简图如图1所示，图中流率单位为th，括号中数值表示COD值，单位mgL。

目前，炼油污水深度处理装置由5台超滤装置(UF)与反渗透装置(RO)组成，属于典型的双出口再生处理单元[7]。超滤、反渗透浓水与絮凝沉淀池出水混合后外排至市政管网，应符合GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级排放标准，COD不超过100 mgL(1997年12月31日之前建设的单位)，或者不超过60 mgL(1998年1月1日之后建设的单位)。为了体现企业控制COD排放的水平，以排放水COD值60 mgL为限制条件，考虑到企业改造深度处理装置的技术方案，本课题旨在利用水系统集成与优化技术，分析炼油污水处理回用水系统改造的节水潜力。

图1 某石化企业炼油污水处理回用水系统

2 某石化企业炼油污水处理装置改造

膜分离技术具有节能、高效等优点，超滤-反渗透组合的双膜工艺可用来产生回用水，并已在多家石化企业实现应用[8-9]。而循环冷却水补水、湿空冷补水、除盐水站补水等是重要的回用途径[10-11]。

2.1 水质分析

炼油污水深度处理超滤装置的产水率[7]为90%，反渗透装置的产水率为78%。超滤装置出水如能作为循环水补水，则只需将剩余水送至反渗透装置。如此不仅能提高再生水量，同时能减小反渗透装置负荷。超滤装置出水水质指标如表1所示，反渗透装置出水水质指标如表2所示。

该石化企业的循环水系统执行《中国石油天然气股份有限公司炼化企业循环水场达标管理考核办法》，具体的控制指标如表3所示。循环水系统的补水要求浊度不大于5 mg/L，工业水余氯浓度0.01～0.1 mg/L，由表1可见，超滤装置出水水质低于循环水场用水标准，同时符合循环水系统的补水标准，表明将超滤出水作为循环水系统补水是可行的。

表1 超滤装置出水水质指标

表2 反渗透装置出水水质指标

2.2 确定改造方案

表3 循环水系统用水指标

1) 按每月30天计。

2) 回水总管取样。

作为污水处理再生回用系统的关键性质。提取装置排放污水的COD平均值作为其极限出口浓度。进口COD最大允许值作为极限进口浓度。另外，新鲜水、超滤、反渗透出口COD值也被提取作为极限浓度。提取的水源水阱的极限数据如表4所示，水处理单元参数如表5所示。

超滤出水不仅要满足循环水补水需求，并且需保证外排污水与絮凝沉淀池出水混合后符合环境排放浓度，超滤出水余量则送至反渗透装置，进一步处理后送至脱盐水站用于原水补水，如不能满足脱盐水站补水要求，需用新鲜水供应。利用物料平衡和系统负荷的关系，确定各股水源流率。

表4 水源水阱的极限数据

表5 水处理单元的参数

一般预处理装置(PT)进出口水量变化不大，故其制水率可设定为100%，所以炼油污水处理系统的流量平衡如式(1)所示。

(1)

(2)

(3)

由式(1)～式(3)解得：

除盐水站补水总量为522 t/h，反渗透出水符合其补水水质要求，但反渗透出水量为336 t/h，需补充新鲜水186 t/h。

根据计算结果构建夹点图，如图2所示。供水线的第一段构造于浓度区间0～2 mg/L(区域1)，其斜率对应补充新鲜水量(FFW)为186 th。区域1的用水需求全部由新鲜水源满足。供水线的第二段构造于浓度区间2～8 mgL (区域2)，其斜率对应522 th，其中FFW(186 th)和(336 th)共同满足区域2的用水需求。最后，供水线的第三段构造于浓度区间8～300 mgL (区域3)，其斜率对应866 th，其中FFW(186 t(336 th)共同满足区域3的用水需求。

图2 污水处理回收系统夹点图

根据优化结果，超滤出水总量为

(4)

(5)

2.3 经济效益评估

根据该石化企业所在地区相关水处理价格，对优化方案进行简单经济效益估算。

图3 某石化企业炼油污水处理回用水系统改造方案

水系统优化项目收益与节约的水量、水价格有关。计算式如下：

CT=Pr×Sr×8 000

(6)

式中：CT为优化项目总收益，元；Pr为优化项目涉及的水价格或水处理价格，元t；Sr为优化项目节约的水量，th。对比现行工艺，优化方案可使新鲜水用量减至186 th，节约新鲜水量158 th；排污减至259 th，减排率达到37.7%。以新鲜水价格1.2 元t、全年运行8 000 h计，节水所得到的经济效益为151.7万元a。

3 结 论

西北某石化企业通过对炼油污水处理装置改造，加大污水循环再利用，增加超滤-反渗透再生装置的处理能力，在保证外排水满足现有标准市政排污浓度达标的基础上，利用水系统集成与优化技术对炼油污水处理回用水系统进行优化改造，使新鲜水用量减至186 th，节约新鲜水量158 th；排污减少至259 th，减排率达到37.7%。以新鲜水价格1.2 元t、全年运行8 000 h计，节水所得到的经济效益为151.7万元a。

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OPTIMIZATION OF REUSE-WATER SYSTEM OF REFINERY WASTEWATER TREATMENT

Liu Hui1， Feng Xiao2

(1.PetroChinaLanzhouPetrochemicalCompany，Lanzhou730060；2.SchoolofChemicalEngineeringandTechnology，Xi’anJiaotongUniversity)

The reuse-water system of the refinery wastewater treatment in a petrochemical company in northwest China was improved using pinch technology. Based on the data of the flow rates and impurity concentrations of the water to be treated each stage， the optimal retrofit solution was proposed， and then the benefit of the retrofit was evaluated. The measure which increased the processing capacity of the ultrafiltration device leads to the ‘cascade utilization’ for the reclaimed water with different processing depth， and consequently increases the utilization extent of reuse-water. Under the preconditions of the discharge standards of municipal sewage system， the consumption of fresh water is reduced by 158 t/h， the amount of discharged wastewater is reduced to 259 t/h， and the discharge reduction rate reaches 37.7%.The economic benefit of water conservation is up to 1.517 million RMB per year.

water conservation and wastewater reduction； wastewater treatment； reclaimed water reuse； pinch technology

2015-06-26； 修改稿收到日期： 2015-09-19。

刘辉，硕士，高级工程师，主要从事节能减排技术、管理工作。

冯霄，E-mail：xfeng@mail.xjtu.edu.cn。

国家重点基础研究发展计划(973)项目(2012CB720500)；国家自然科学基金项目(21276204)。