炼油污水处理工程粗气泡曝气器的设计及安装调试

周健生

安徽万纬工程管理有限责任公司 （安徽 安庆 246001）

炼油污水处理工程粗气泡曝气器的设计及安装调试

周健生

安徽万纬工程管理有限责任公司 （安徽 安庆 246001）

介绍了中石化某分公司新建的炼油项目污水处理工程粗气泡曝气器的设计、结构、技术特点及安装调试。该污水处理工程生化处理系统采用大面积送气式粗气泡曝气器，空气流动量较大，氧气的转移量较高，有利于炼油污水有机污染物和臭气的吸附和降解。处理结果表明：经处理后的炼油污水主要水质指标符合该炼油项目EIA(环境影响评价)批复排放指标和GB 8978—1996《污水综合排放标准》的一级排放标准，处理后污水被直接排放。

曝气技术；粗气泡；曝气器；安装调试；参数调整

炼油污水处理工程被国家环保总局列为环境保护重点工程建设项目。国家相关部门要求新建炼油项目必须建设污水处理工程对炼油污水进行生化处理。生化处理曝气器是炼油污水处理工程的重要设备，是高能耗设备。设计技术先进的污水处理生化系统和高效低耗的曝气器是炼油污水处理的关键[1-2]。中石化某分公司新建大型炼油项目配套建设的炼油污水处理工程对炼油污水进行生化处理，生化处理曝气器是其关键设备。

中石化某分公司炼油项目污水处理工程应用物理吸附和生物降解生化技术，在污水处理曝气池中投加粉末活性炭使炼油污水（盐污水和含油污水）进行生化反应。生化反应以活性炭为载体，利用活性炭的吸附及生化污泥的生物降解作用，通过鼓风机送入空气曝气，供给好氧微生物需要的溶解氧，生物分解化学需氧量（COD），生成二氧化碳和水，去除炼油污水中的有机污染物和臭气[3-5]。

炼油污水生化处理系统设计钢筋混凝土结构曝气池2座，含盐污水曝气池尺寸74.0 m×18.0 m×8.0 m，含油污水曝气池尺寸60.0 m×12.0 m×8.0 m。含盐污水和含油污水在鼓风机（A-E）输送的鼓风空气搅动下，分别与粉末活性炭充分混合，在曝气池中进行生化反应。鼓风空气从曝气池底部曝气器注入，以利于鼓风空气中氧气溶解及生化曝气，炼油污水通过粉末活性炭的吸附与降解，去除有机污染物，降低COD。污水处理装置上游的污水除油系统除油处理过程中产生的油、水废气送入含盐污水曝气池进行生化处理，活性炭再生系统产生的氧化尾气送入含油污水曝气池进行生化处理，以减少油、水废气和氧化尾气排放对大气造成的二次污染。

在线酸碱度计自动控制往曝气池中投放的碱溶液，将曝气池污水中的酸碱度值控制在7～8；在线溶解氧分析仪分析溶解氧质量浓度，以调节鼓风机供风量来满足生化处理系统需要的溶解氧及节能降耗。粉末活性炭、鼓风空气、碱溶液输送量均由计算机控制系统控制，调整调节阀的开启度进行输送量自动调节。

1 曝气器设计

1.1 曝气原理

炼油污水生化处理的曝气器设计为大面积送气式粗气泡曝气器，其作用是使曝气池内气相中的氧转移为液相中的溶解氧，转移过程通过流体运动形成气、液接触界面来完成。气相中的氧由鼓风机输送空气，经曝气器的扩散作用以升泡运动的方式形成气、液接触界面，动能作用于轻质气相流体运动，重质液相流体被动接触，由气泡的上升和气流的运动，产生立体连续的气、液接触界面进行氧的转移。氧的转移过程中曝气气流的流速和标准氧转移率是曝气器设计的2项重要设计参数。

1.2 气流流速

空气通过曝气器壁的气孔定量流动，其提供的气压与曝气池中水的液位产生的水压决定需要采用多少个气孔的平面来产生气泡，送气室内部和外部之间的水压头损失（压差）的微小变化都会影响空气流动而产生的气泡量。曝气器不同曝气孔径的气流流速与水压头损失的关系如图1所示。本工程曝气器孔径设计为12.7 mm。

图1 曝气器曝气孔气流流速与水压头损失的关系曲线

1.3 标准氧转移率

曝气器在生化处理系统中起着供氧和混合的作用，其形状、类型、曝气孔径大小、曝气器数量的设计参数都会对标准氧转移率产生影响。标准氧转移率是在标准状态下从气相转移到液相中的氧量占总供氧量的百分比。标准氧转移率由式（1）计算：

式中：EA为标准状态(0.1 MPa,20℃)下曝气器的氧转移率，%；qc为标准状态下曝气器充氧能力，kg/h；0.28为标准状态下1 m3空气所含氧的重量，kg/m3；q为标准状态下曝气器的气流流速，m3/h。

由式（1）可知，标准氧转移率EA取决于充氧能力与通气量2个因素。

曝气池中氧的转移是个复杂的过程，受到污水性质、气流流速、液体紊动程度、溶解氧的饱和度、液体温度等因素的影响。由于曝气器决定了曝气池中溶解氧的饱和度和液体紊动程度，因此曝气器的性能在很大程度上影响氧的转移。设计的大面积送气式粗气泡曝气器由曝气气室、曝气格栅、供气管道、风机机组等设备组成。

1.4 曝气气室

曝气气室采用SS304或SS316不锈钢作为壳体和配件，气室底部敞开，便于固体杂质排出和避免杂质进入曝气器，使其结垢和侵蚀影响系统运行。气室为长条形结构，气室两侧有3组平行的出气孔，孔径Φ12.7 mm，交叉排列在长度方向的3条直线上。鼓风空气从曝气器的一端引入气室，从气孔注入到水中，气流流速范围0.2～2.4 m3/min。该设计流速可避免曝气器气孔堵塞而产生压力不断上升，使空气流动受阻而鼓风机能量增加的现象。设计参数如表1所示。

表1 曝气气室设计参数

1.5 曝气格栅

曝气格栅由鼓风空气曝气格栅、油水废气曝气格栅和氧化尾气曝气格栅组成。①含盐污水和含油污水曝气池每座池各设计6组鼓风空气曝气格栅，每组格栅用Φ300 mm分流管从鼓风空气总管引入曝气空气，每根分流管在池底水平方向两边各安装1根Φ200 mm水平管，水平管上安装8根Φ100 mm格栅管，格栅管上安装支架和三通接头，曝气气室利用螺纹连接在三通上，分流管、水平管和格栅管的材质均为不锈钢SS304，三通材质为不锈钢SS316，6组鼓风空气曝气格栅共安装曝气气室384套。②含盐污水曝气池设计1组油水废气曝气格栅，格栅上安装曝气气室60套，将污水处理场隔油单元、气浮单元、污油池、油泥浮渣池产生的油水废气通过废气风机引入的曝气池对其进行处理。含油污水曝气池设计2组氧化尾气曝气格栅，每组格栅上安装曝气气室60套，从活性炭再生装置通过尾气风机引入氧化尾气对其进行处理。

1.6 风机机组

风机机组由鼓风机机组、油水废气风机和氧化尾气风机组成，鼓风机机组为5台单级高速离心式鼓风机，每台鼓风机由机壳、叶轮、联合叶片控制器、齿轮箱、轴、轴承、轴封、润滑油系统、联轴器、电机、变频器、底座及其它辅助设备组成。整个炼油污水生化处理系统所需鼓风空气量1 370 Nm3/min。单台鼓风机风量460 Nm3/min，转速15 000 r/min。鼓风机将鼓风空气输送到供风总管，再分别从分流管输送到各组曝气格栅，总管压力0.079 MPa，每台鼓风机的控制系统根据供风总管压力调控鼓风机进口风门导叶，调节供风量和总管压力。鼓风机投运数量根据生化处理系统运行需要的空气量由计算机.控制系统确定，未投运鼓风机作为备机。5台鼓风机轮流运行，以使每台鼓风机运行时间大致相同，且停运时间不超过6个星期，正常运行时为“3用2备”。

2 安装调试及参数调整

2.1 曝气器安装和调试

曝气器安装高度为离池底450 mm，在同一个池中的曝气器水平误差应小于20 mm，以保证整个曝气池曝气均匀。曝气器安装完成后，往曝气池中注清洁水，根据水平面调整曝气器支架位置，调整和确认曝气器的水平度在水平误差范围内。水平度调整后进行曝气器的气密试验，检查管线、曝气器接头及整个系统密封发性能，检查泄漏点和安装不正确之处。

2.2 溶解氧控制

曝气池中微生物的可用氧为溶解氧质量浓度应控制在2.0～4.0 mg/L，以满足微生物需氧量，确保需氧菌在菌体中占据优势。当溶解氧小于1.0 mg/L及其他因素会促使其他菌体加快繁殖，其沉降特性差，会给污水处理装置下游的澄清分离系统带来影响；当溶解氧大于4 mg/L会增加鼓风机的能耗。

3 曝气器测试及技术特点

3.1 曝气器测试

曝气器安装调试后进行不同水深气流流速和标准氧转移率的测试。水温20℃，曝气器安装密度为1个/m2曝气气室，在水下不同深度时，测得的曝气气流流速与标准氧转移率，以及二者之间的关系。

3.2 曝气器技术特点

大面积送气式粗气泡曝气器具有以下特点：①曝气器具有阻力小、不易堵塞的特点，气排出之后利用气泡上浮动力进行曝气扩散；②曝气器没有易于磨损或振动的活动部件，这种设计和操作特性确保炼油污水生化处理系统无故障运行；③曝气气室壁上的孔较多，空气流动量较大，氧气的转移量较高，鼓风空气在长方形孔平面上的分布均衡和恒定，大量的粗气泡形成一个气泡幕有利于生化反应。

4 投用结果

中国石化某分公司新建炼油项目采用大面积送气式粗气泡曝气器的炼油污水处理系统投入运行后，通过该系统处理后炼油污水出水水质经监测[6-7]，其化学需氧量、生物需氧量、氨氮等主要水质指标与进水相比大幅度降低，低于该炼油项目EIA(环境影响评价)批复排放指标及GB 8978—1996《污水综合排放标准》的一级排放标准[8]。炼油污水处理进水、出水水质及该炼油项目EIA(环境影响评价)批复排放指标和GB 8978—1996一级排放标准见表2。

表2 炼油污水处理进和出水水质及排放指标和标准

5 结论

1）大面积送气式粗气泡曝气器适用于需要高速率鼓风空气输送的炼油污水生化处理系统，是炼油污水生化处理的首选曝气方式。

2）经生化处理系统处理后的炼油污水水质完全达到该新建炼油项目环境影响评价报告批复的污水排放标准和GB 8978—1996《污水综合排放标准》的一级排放标准，处理后出水完全达标排放。

[1]刘仕鳌,郝超磊,刘树兰,等．几种曝气器应用性能比较与分析[J]．油气田环境保护,2012,22（6）：21-23．

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[4]张 强．微生物污水处理工艺现场试验[J]．天然气与石油,2012,30（2）：7-8．

[5]马承愚,彭英利．高浓度难降解有机污水的治理与控制[M]．2版．北京：化学工业出版社,2007．

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[7]汤景鹏,张震宇．浅谈污水处理厂水质监测质量管理工作[J]．石油工业技术监督,2016,32（6）：24-26．

[8]国家环境保护局.污水综合排放标准：GB 8978—1996[S].北京：中国标准出版社,1998.

The design,structure,technical characteristics and installation debugging of the coarse bubble aerator for the wastewater treatment engineering of a new refinery project of SINOPEC are introduced.The biochemical treatment system of the sewage treatment project uses large-area coarse air bubble aerator,its air flow amount and oxygen transfer amount are large,which is conducive to the adsorption and degradation of organic pollutants and odor in refinery wastewater.Treatment results show that,the main water quality indexes of the treated refinery wastewater are in line with the emission standard of the EIA(Environmental Impact Assessment)approved by the refinery project and the first discharge standard of GB 8978—1996 “Comprehensive Wastewater Discharge Standard”,and the treated refinery wastewater can be directly discharged.

aeration technology;coarse bubble;aerator;installation debugging;parameter adjustment

周健生（1979-），男，工程师，现从事石油化工工程咨询和管理工作。

尉立岗

2017-05-17