内循环BAF技术处理碱渣工程应用

李明达，王建

（1.中国石油天然气股份有限公司炼油与化工分公司，北京100000；2.中国石油兰州石化公司，甘肃兰州730063）

内循环BAF技术处理碱渣工程应用

李明达1，王建2

（1.中国石油天然气股份有限公司炼油与化工分公司，北京100000；2.中国石油兰州石化公司，甘肃兰州730063）

中石油兰州石化公司碱渣装置采用内循环BAF生物处理技术预处理碱渣。整套系统能够满足兰州石化厂现有碱渣处理量的需求，解决了该厂碱渣处理难题。对内循环BAF反冲洗沉淀池进行及时清淤，能够改善反冲洗给水水质、提升反冲洗系统的效率，进而有助于提高内循环BAF的出水效果。在出水水质满足设计要求的前提下，当前9组（共12组）内循环BAF池运转对碱渣的处理量可达到8.3m3/h，核算运行成本为38元/t。

内循环BAF；碱渣；硫化物；沉淀池；反冲洗

中石油兰州石化公司是目前我国西部地区最大的炼油化工企业，拥有年产1 050万t原油一次加工能力和70万t乙烯生产能力。炼油碱渣废水是石油炼制过程中油品碱洗精制时产生的强碱性高浓度有机废水，其含有大量的硫化物、硫醇、酚类、石油类和环烷酸等有毒有害污染物，呈黑褐色并带有恶臭。其COD、硫化物和酚类污染物的排放量高达炼油厂污染物排放总量的40%~50%〔1-3〕，是炼化企业重点处理和管控对象。

炼油碱渣处理一直是困扰我国炼化企业的一个难题。利用湿式氧化法在较高的温度和压强条件下对碱渣废水进行湿式氧化处理能够取得较好的处理效果，该技术在日本、欧美等国家应用较为广泛〔4-6〕。但由于湿式氧化法对设备的要求较高，且投资和运行成本较大，国内实际应用较少。目前，国内炼化企业对碱渣废水主要采用二氧化碳或硫酸进行中和，而后进入含油污水处理系统进行常规处理〔7-10〕，难以达到理想的处理效果。随着国家和地方政府对环保要求的日益提高，如何实现炼油碱渣的经济、高效处理已成为各炼化企业亟待解决的问题之一。

中石油兰州石化公司采用内循环曝气生物滤池（简称内循环BAF）全生物氧化技术对炼油碱渣进行预处理，以达到后续污水处理系统的进水水质要求，后经处理排放至综合污水处理厂。该套处理系统于2013年12月建成投产，其中2015年共处理碱渣35 888 t，包括小乙烯碱渣13 153 t和大乙烯碱渣22 735 t；2014年共处理碱渣292 65 t，包括小乙烯碱渣10 001 t、大乙烯碱渣18 692 t、炼油厂碱渣

572 t。经过2年多时间的稳定运行，取得了良好的处理效果，达到了设计要求。

1 内循环BAF工作原理介绍

内循环BAF是一种新型的好氧生物水处理技术〔11-12〕，其装置如图1所示。

图1 内循环BAF装置

通过改进填料性能，并采用新型隔离曝气模式，在生物滤池内部构建一个大流量内循环水流。首先，污水经曝气区充氧和提升后，从回流导管流向填料床底部，然后上升流过填料床，此过程中污染物将被附着在多孔填料表面上的微生物氧化降解；其次，废水流出填料床后再经反应器上部的回流窗返回曝气区，进行再次充氧和提升，如此循环反复，废水经过多次充氧提升—生化降解—充氧提升—生物降解，最终达到净化。内循环BAF将生物处理和过滤两种过程集合在同一单元中完成，具有负荷率高、处理效果好、占地面积小等优点〔13〕。

2 内循环BAF工艺流程

2.1 碱渣水质情况

中石油兰州石化公司大乙烯碱渣的平均COD为28 865mg/L；小乙烯碱渣的平均COD为18 536 mg/L，硫化物质量浓度为9 401.9mg/L；炼油厂碱渣的平均COD为54 892mg/L，硫化物质量浓度为636.7mg/L。

所采用内循环BAF处理系统的设计水质指标如表1所示。

表1 碱渣水质指标

要求经处理后出水水质达到COD≤1000mg/L、硫化物≤20mg/L、油类≤25mg/L、TDS≤20mg/L，以满足后续污水处理系统的进水水质要求，最终经处理后排放至综合污水处理厂。

2.2 内循环BAF工艺流程及重要工段参数

中石油兰州石化公司采用的内循环BAF工艺流程如图2所示。

图2 BAF工艺流程

生产过程中产生的大、小乙烯碱渣经过各自黄油预处理装置后输送至乙烯碱渣储罐（有效容积均为1 000m3），炼油碱渣经槽车运送至炼油碱渣储罐（有效容积50m3，2座）。然后上述碱渣分别经过泵提升进入混合碱渣罐（有效容积为5000m3），碱渣平均调节时间为180h（按约60%实际运行容积计算）。

将调和后的碱渣和稀释水按比例（1∶3~1∶5）混合注入废水缓冲池，并采用硫酸中和至偏碱性（pH 7.5～10.0）。通过加入磷酸盐和铵盐来调节污水的营养配比，维持生化进水的C、N、P的比例。磷的补充比例按质量比CODCr∶P=（300～500）∶1进行，每吨碱渣投加磷酸盐（以NaH2PO4计）0.67 kg/t，以保证微生物的生长需要。

调节营养配比后的碱渣废水进入内循环BAF处理单元，通过生物处理完成有机物的去除和硫化物的氧化。内循环BAF生物填料体积为2 400m3，分为12间，每间200m3，分为两格，每间反应池可以单独进行反冲洗。单间反应池尺寸14 300 mm× 6 800mm×5 000 mm，填料容积200m3，填料面积80m2，填料层高2.50m，单池曝气量12m3/min，单池每次反冲洗风量230m3。曝气需求总量为144m3/min，压强60 kPa，采用3台离心风机（100 m3/min）曝气（2用1备）。

内循环BAF需定期反冲洗以排除填料床内生长的过量微生物，防止由于生物量过多而影响生物床的循环通量和氧传递的速率。内循环反冲洗采用的是定期脉冲式反冲洗，反冲洗周期约为3 d，反冲洗按每间内循环BAF池依次进行，每天反冲洗4

间。反冲洗采用气水联动操作和自动控制系统，每次历时1 h（0.5 h反冲洗和0.5 h恢复期），每次排出反冲洗泥水混合液200m3，排放速度为350m3/h。反冲洗排放的泥水混合液自流进入反冲洗沉淀池进行沉淀，沉淀池出水用作反冲洗水循环漂洗生物填料床，在不影响系统水力学平衡的前提下，达到生物床排泥的目的。内循环BAF出水集水池在沉淀池排泥时为沉淀池补给反冲洗用水，以确保有足够的反冲洗水。

3 运行效果分析

3.1 启动期水质数据分析

对内循环BAF完成污泥接种后，逐步提升碱渣的进水量。在提量运行过程中，稀释水量为25~30 m3/h，碱渣进水量逐渐由4.4m3/h逐渐增大到8.3m3/h。期内循环BAF进出水的COD、硫化物数据统计情况如表2所示。

表2 内循环BAF启动期进出水COD、硫化物变化情况

由表2可知，启动期间碱渣处理系统运行状况比较稳定，进水COD的变化对内循环BAF出水水质造成的影响较小，同时内循环BAF对硫化物的氧化去除具有显著的优越性。

3.2 稳定运行期水质数据分析

2016年4月至2016年6月中石油兰州石化公司内循环BAF处理系统进出水COD、硫化物数据统计情况如表3所示。

表3 内循环BAF稳定期进出水COD、硫化物变化情况

由表3可知，内循环BAF对碱渣废水COD的去除效果总体较为稳定。在硫化物的去除方面，稳定运行期间保持着99%以上的平均去除率。此外，在目前9组（共12组）内循环BAF池运转的条件下，碱渣处理量可达到8.3m3/h，出水指标均能够达到设计要求。

3.3 运行经验

实际运行管理过程中发现，内循环BAF沉淀池排泥不及时，会导致污泥沉积时间长，引发排泥困难和污泥上浮问题。沉淀池一旦出现浮泥问题，将会导致反洗水的水质恶化，引发内循环BAF系统反冲洗效率下降，最终影响内循环BAF出水水质。因此，应加强沉淀池的污泥排放管理，确保沉淀区污泥能够及时排除。此外，碱渣处理系统管线腐蚀较为严重，特别是出水管线，推测是由于硫化物降解产生酸化现象引发。建议出水管线可优先选择不锈钢管线或高强度的塑料管道。此外，需要提高管理人员的操作水平和责任意识，应对系统的曝气状况、反冲洗情况、污泥沉降性能等做好监测和记录，及时发现问题并及时处理，保证处理系统的长期稳定运行。

2年多的实际运行结果表明，中石油兰州石化公司内循环BAF处理系统对碱渣废水COD的平均去除率可达到81.73%，对硫化物的平均去除率可达到99%以上，处理效果达到设计目标，满足了中石油兰州石化公司当前碱渣处理量的需求。本工程运行费用主要包括浓硫酸、磷盐药剂费和电费，1 t碱渣的处理成本核算为38元。

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Engineering application of internalcirculating BAF technology to the pretreatmentofalkaline residue

LiMingda1，Wang Jian2
（1.Refiningand Chemical Engineering Branch Department，PetroChina Co.，Ltd.，Beijing100000，China；2.PetroChina Lanzhou PetrochemicalCo.，Lanzhou 730063，China）

Internalcirculating BAFbiologicaloxidation technology hasbeen used in the alkaline residueequipment in PetroChina Lanzhou Petrochemical Co.for the pretreatmentof alkaline residue.The whole system is capable for meeting the requirement for the presentalkaline residue treatment capacity in Lanzhou Petrochemical Plant.Thus，the problems in alkaline residue treatment in thatplanthasnow been solved.The discharge ofsludge from the flushing sedimentation tank in time is very helpful for improving the quality of backwashingwater supply，upgrading the efficiency of the backwashing system，and，furthermore，upgrading the effluenteffectof internal circulating BAF.On the premise that the effluentwater qualitymeets the designed requirements，the alkaline residue treatment capacity by the operation of the first9 groups（12 groups altogether）of internal circulating BAF tank can reach 8.3 m3/h，whoseaccounting costisCNY38 per ton.

internal circulating BAF；alkaline residue；sulfide；sedimentation tank；backwashing

X703.1

A

1005-829X（2016）11-0109-03

李明达（1959—），高工。电话：13801247855，E-mail：limingda@petrochina.com.cn。

2016-09-28（修改稿）