GEM气浮在煤制油企业合成废水除油中的应用

狄秋明

摘   要：为了保证GEM气浮系统的稳定运行，一方面，需要做好企业来水水质的调查工作，明确合成废水内石油类物质的含量与特征，了解配套系统发热处理参数与要求;另一方面，还需基于已有处理工艺的要求和配套提供更富有针对性的GEM气浮系统设计方案，做好合成废水除油流程的管控，使除油工艺段能稳定运行，不影响后端生化处理或零排放工艺设备的正常运行。该文基于GEM气浮技术原理展开分析，在明确废水特点与系统设计要素的同时，期望能够为煤化工企业遇到的废水除油难题提供可参考的解决方案。

关键词：煤制油;废水除油;GEM气浮系统;系统设计

中图分类号：X784          文献标志码：A

1 工程概况

该项目为某煤制油企业合成废水除油的GEM气浮系统设计项目。从企业生产角度来看，在该企业满产前合成废水中石油类的含量正常时处于合理范围内，不影响已有污水处理、中水回用和零排放工艺的正常运行，但是近年来，企业增加产量，受已有回收油装置运行的波动性影响，排出的合成废水中石油类含量经常会超出现有污水处理系统可承受的极限，这使得原有生化处理系统无法稳定运行。原设计的2级普通气浮系统对合成废水处理无效果。因此，为了管控现有合成废水石油类的含量，该项目将基于原有污水处理工艺的基础上融入GEM气浮系统，使废水中的石油类含量控制在20 mg/L以内，满足该企业废水进生化处理系统的要求，生化系统运行越稳定，生化系统出水的COD、石油类等指标含量越低，对废水回用和零排放工艺段膜系统的污染就越轻，才能保证废水处理系统和废水回用及零排放工艺的稳定运行。

2 合成废水水质特点和处理要求

该项目合成废水的水量与水质受生产影响较大，合成废水的整体水质具有一定的波动性。而根据多组数据检测可知，合成废水pH值普遍处于4～4.5，平均水量为200 m3/h，已有废水需不调节pH直接进耐酸性废水的厌氧系统，所以pH值无法进行调节。其次，合成废水温度处于35℃～45℃波动，偶尔会出现间接性高温的状况。合成废水中石油类产物的含量普遍处于100 mg/L～2 000 mg/L内，见表1。

合成废水处理工艺应尽量避免影响废水pH值，并以此为前提降低废水内的石油类含量，同时要控制合适的药剂加入量，以便不能影响厌氧系统的正常运行。其次，结合已有工艺，GEM气浮系统还需具备耐冲击性与保证废水厌氧系统的稳定性，需要将废水中石油类含量控制在50 mg/L以内。再次，合成废水处理系统的除油装置需要结合原有企业废水处理装置，将GEM气浮系统安装在企业污水站合成废水调节池的西侧位置，场地的占地面积不能过大，使系统与原有设备功能相协调[1]，见表2。

3 废水除油技术

含油废水处理工艺多样，一般分为粗粒细法、膜过滤法、气浮法以及生物氧化法。1）粗粒细法。使含油废水通过一种填有粗粒化材料的装置，使污水中的微细油珠聚结成大颗粒，达到油水分离的目的，通常也叫聚结法。2）膜过滤法。利用微孔膜拦截油粒，它主要用于去除乳化油和溶解油。滤膜又可分为超滤膜、反渗透膜和混合滤膜。超滤膜的孔径一般为0.005 μm～0.01 μm，比乳化油粒要小得多。反渗透膜的孔径比超滤膜的还要小。3）生物氧化法，利用微生物将其分解氧化成为二氧化碳和水。4）气浮法是使大量微细气泡吸附在欲去除的颗粒上，利用气体本身的浮力将污染物带出水面，从而达到分离目的的方法。这是因为空气微泡由非极性分子组成，能与疏水性的油结合在一起，带着油滴一起上升，上浮速度可提高近千倍，所以油水分离效率很高。气浮法按气泡产生方式的不同，可分为鼓气气浮、加压气浮和电解气浮等[2]。

4 GEM气浮系统工作原理

选用GEM系统作为除油设施，可以节省更多的占地，提供更高的除油效率。GEM的关键原理是涡流三相混合技术。

4.1 药剂使用效率和药剂混合

传统气浮采用非入侵方式的药剂混合，例如絮凝管道或者搅拌桨叶这些传统混合方式。每种方式都试图在废水中打开絮凝剂，不让它抱团。但是2种方式都不是非常有效，因为很难将絮凝剂单体的骨架完全伸展开。

在GEM系统，药剂在LSGM里进行混合，特殊研发的三相混合器（如图1所示）。

GEM系统采用离心力把絮凝剂拉伸开来，并没有切断他们。一套GEM系统有5个LSGM，每个的混合能量可以有所不同。根据进水水质，应用工况以及物理化学要求，调节每个LSGM的混合能量。

由于药剂与污染物100%的接触，不但降低了藥剂消耗，还大大提高了絮体密度，降低了污泥含水率。

4.2 曝气方面差异

由于GEM系统将废水100%进行加压溶气，在絮体形成之前加入溶解气。气泡长在絮体里。气泡的持续释放使污泥自身可以持续不断的脱水，浮渣的含固率非常高。从而降低污泥处置费用，如图2所示。

这个系统不需要循环回流管路以及浮选池里的溶气释放头，这2部分都容易堵塞，需要大量维护工作。

由于气泡长在絮体里，气泡的持续释放使污泥自行上浮，不需要往浮选池里引入空气。所以浮选池的占地非常小。这同样减少了出水中夹带不良絮体以及出水的总油、悬浮物、BOD、COD浓度。

鉴于溶气效率和超高的化学品利用率，GEM系统可以做到稳定出水悬浮物浓度在1 ppm～25 ppm。

4.3 100%溶气

与大多数传统溶气气浮技术不同，GEM系统将废水100%加压溶气。这个技术使得GEM系统有能力在化学药剂添加之前在废水中快速溶解气体，使得气泡植入絮体结构内成为可能。

另外，部分溶气的传统溶气气浮中经常出现的维护问题例如堵塞，将被大大减少。

溶进废水的气体量使得GEM系统比其他技术更有效，源于长在絮体里的大量气泡持续释放，使污泥自身可以持续不断的脱水，浮渣的含固率也非常高。

4.4 流量可调且稳定

由于在LSGM里完成高压空气溶解、药剂分子拉伸提效、混凝絮凝搅拌（污染物捕集）、絮体形成、气泡晶核生成和超轻中空化絮体形成的所有步骤。浮选池的尺寸将不太会影响处理流量和污染物负荷。LSGM里的孔眼数量可以根据水量大小和污染物浓度高低决定，将孔眼开放或者堵上。

涡流三相混合器（LSGM）独特的涡流能量调节功能可以保证GEM适应不同进水状况，在污水性质、温度和流量发生突变是能迅速适应并可及时调整工况，不增加投资，不增加水池大小，保证稳定出水。该技术特性突破了传统化学处理工艺在水质大幅变化时无法适应的缺点，确保整个污水处理工艺的稳定性。完善的加药系统的设计，可以根据来水水质进行精准的药剂投加，使系统始终维持最佳的处理效果。

5 GEM气浮除油系统设计

5.1 工艺流程设计

为了满足企业合成废水除油的要求，GEM气浮除油系统流程如下。首先，将已有输送至废水站合成废水调节池的管路改至进GEM气浮的缓冲罐，将水量控制在200 m3/h左右，控制来水的流量和温度32 ℃～40 ℃，缓冲罐内废水经GEM气浮除油系统后排入合成废水调节池内。GEM气浮系统内需定量投加PFS与PAM 2种药剂，系统定量注入压缩空气，以便GEM能达到运行效果。上浮的污泥由污泥泵输送至已有污泥处理系统的预处理池内，并通过生化污泥除油系统与配套污泥脱水系统进行二次处理。在GEM气浮系统处理结束后，出水进附近的缓冲池，短暂储存GEM出水并用泵将废水输送至已有合成废水调节池内[3]。

5.2 GEM系统配套

根据小试测试的加药量进行放大设计系统配套，需要投加聚合氯化铁和阴离子聚丙烯酰胺2种药剂。聚合氯化铁可以使用业主已有的药剂储罐内的药剂，单独配套合适的加药箱和加药量即可。阴离子聚丙烯酰胺使用干粉，现场配套自动溶药机和合适的加药泵。1）根据污泥输送的距离和高差，设计配套污泥输送泵。2）系统自带空压机。3）缓冲罐使用业主已有的不锈钢罐改造使用。4）GEM气浮安装位置就近设计缓冲池，储存GEM出水，配套潜水泵及时将GEM出水输送至合成废水调节池。

6 系统调试与系统改进

GEM系统运行需要根据合成废水来水的水质情况，人工调节合适的加药浓度和加药泵开度/运行频率，保证GEM运行的稳定和出水水质达标。系统来水含石油类变化趋势是有规律的，变化的周期较长，人工每班定期巡检一次，调节运行参数即可满足系统稳定运行要求。经过半年多的连续运行记录分析和调整，系统对以下4点进行了改进。1）缓冲罐停留时间较短，运行一段时间后内部会储存大量浮油，导致定期GEM气浮经常性出水带大量浮油。调试过程中找到规律，定期提前将浮油排出，避免影响出水水质。2）间歇性的温度过高废水进入设备，导致设备密封圈老化过快。更换耐高温耐腐蚀的密封圈。3）来水经常会有较大块的老化腐蚀的阀门橡胶块，容易造成堵塞GEM的高压泵、混合器。在管路前增加篮式过滤器，定期人工清理，避免影响设备的稳定运行。4）溶药的供水系统存在水压不稳的问题，极易使药剂浓度不好把控，对此在系统中增加了储罐与恒压泵，确保了药剂浓度的可控性。

7 性能验收

针对该项目GEM气浮系统的性能进行验收，现场验收监测时间持续72 h。主要性能验收内容为出水石油类含量测试，经多次现场取样测试，确定GEM气浮出水可以稳定做到石油类含量小于20 mg/L，大大优于设计值。

8 结论

该项目已连续运行了半年多，系統运行一直非常稳定，GEM气浮系统处理煤制油的合成废水除石油类污染物的可靠性已经得到充分验证，只要按照来水水质的变化情况及时调整合适的加药量，即可保证GEM出水水质的稳定。所以调研废水的水质变化范围（该项目是石油类含量）是重点，根据水质的变化范围测试合适的加药种类和加药量，选择合适的配套加药系统。另外，根据污泥量和污泥上浮的速度选择合适的GEM的桶槽型号也是设备选型的关键。

参考文献

[1]赵玉良，吕江，谢凡，等.煤热解废水的气浮除油技术[J].煤炭加工与综合利用，2019，236（3）：76-80.

[2]王孝，李长波，赵纪豪，等.混凝-气浮法在采油废水处理中的应用研究[J].应用化工，2018，47（2）：234-237.

[3]郑帅，杨萍萍，于文文.接触氧化法在油田含聚采出水中的应用实例[J].油气田环境保护，2018，28（6）：29-32.