一体式气浮装置高效处理延迟焦化含油污水

周付建

(湖南岳阳长岭设备研究所有限公司，湖南 岳阳 414000)

收稿日期：2022-01-01；2022-04-22修回

作者简介：周付建(1985-)，男，湖南张家界人，硕士研究生，主要从事炼油厂污水、固废处理方面工作。 E-mail：jian5c.n@163.com

炼厂延迟焦化装置产生的废水依据其性质可分为：含油污水、含硫废水及含盐(生产)废水，其中含油污水占总污水的90%以上，主要包括冷焦过程中的大吹气冷凝水、冷焦水、切焦水及分馏系统切水等。焦化含油污水不仅含大量乳化严重的轻质污油、酚类、多环芳香族及含氮、氧、硫的杂环化合物等，而且富含多种极易挥发的恶臭气体，为一种典型的高污染、难降解的有机物工业废水[1]。

表1为部分炼厂含油污水的水质分析数据[2]。目前，国内对该类废水处理的技术不成熟，当前不少炼厂对这部分废水简单沉降后，采取：①直排方式进下游的污水处理系统，高油含量组分对系统负荷冲击非常大，直接影响总排出水中的油含量、COD等控制指标，少数炼厂采用；②化学药剂处理法，兰州炼化已应用，此工艺除油率可达到90%左右，不足之处：药剂储罐及用量大，工艺投资、药剂成本较高[3-4]；③旋流强化分离技术[5]，该项技术主要侧重延迟焦化装置密度差相差较大冷、切焦水及乳化程度低含油污水，对于高浓度的吹气冷凝水处理效果较差；④浮油自动收集排油组合装置[6]，简称“罐中罐”技术，该工艺通过离心作用将油、水、焦粉进行分离。该技术主要处理密度差较大的含油污水，对于高度乳化的含油污水处理效果一般，且需要引进成套设备，对装置改造较大。

表1 国内部分延迟焦化装置含油污水分析表

根据含油污水的性质特点，对当前市售的多种破乳剂及自行开发除油分散剂、高效助剂进行筛选试验，确定最佳的药剂及其用量，协同自主研发的“一体式气浮装置”进行微纳米(气泡)气浮试验。对试验前、后的出水进行油含量、COD、氨氮及硫化物分析；产生的浮渣进行水含量、固含量分析，灼减分析及等离子发射光谱仪常规金属元素分析，对比考察含油污水的两组试验处理效果。

1 试验部分

1.1 实验材料

1.1.1 含油污水

含油污水为某炼厂延迟焦化装置V205切水，外观呈现黄色，乳化严重，表面夹带少量黑色油污，伴有恶臭气味，主要来源为“冷焦”过程中产生的吹气冷凝水、部分冷焦水等。表2为某炼厂延迟装置V205切水的随机采样分析结果。

表2 某炼厂延迟装置含油污水分析

1.1.2 实验药剂

破乳剂Ⅰ(兰州市某公司)；破乳剂Ⅱ(岳阳市某有机合成厂)；ZBH-206油水分离剂(常州市某公司)；活性转化剂，高效分散剂，聚凝剂(甘肃某公司)；自主开发的除油分散剂(A剂，配置浓度5%)，由多种高分子有机物及高分子聚合物复配而成，除油分散剂可破坏“O/W(水包油)型”含油污水稳定乳化体系，改变污水性质；高效助剂(B剂)，提高除油、降浊效果。

1.2 实验方法

纯药剂法试验：参考ASTMD2035-1980美国试验材料学会标准，在含油污水中加入一定浓度的破乳剂/分散剂，快速搅拌1 min，最后加入适量助剂，慢速搅拌1～2 min，静置观察。取下层清水分析试后油含量、COD及硫化物。

微纳米气泡气浮实验：筛选出合适药剂，确定最佳投加浓度后，协同自主研发的“一体式气浮装置”(其中微纳米气泡发生器为核心部件，自主开发专利产品，型号规格：MNBP-7，主要用来产生大量的微纳米级别气泡)进行试验，处理量为1.3 t/h，每次试验水样体积约300 L。放大试验示意图如图1所示。具体过程如下：泵前加入A剂，通过泵体叶轮充分搅拌后进入曝气区，再加入B剂后进入沉降区分离。水样静置5 min后，取下层清水分析油含量、COD及硫化物，取上层浮渣样分析含水率、固含量、105℃及400℃灼减失重分析及常规金属元素含量分析。试验将纯药剂法、微纳米气泡气浮处理含油污水进行对比，以出水中油含量、COD及硫化物，浮渣量、浮渣含水率为考察对象。

1.3 分析检测

试前、试后的水样通过JLBG-126型红外分光测油仪进行油含量检测分析；COD通过SYC-100标准COD消解器检测；硫化物采用碘量法滴定分析；表面张力在室温25℃采用JYB-200B型自动界面张力仪进行分析。

实验产生的浮渣快速过滤后，滤液通过JSH3202型原油水含量测定器(深圳市湘津石仪器有限公司)进行水含量分析；浮渣试样进行105℃、400℃灼减失重分析及固含量分析；采用美国瓦里安公司AX型VISTA等离子发射光谱仪对浮渣中金属元素含量进行分析。

2 试验结果

2.1 实验室药剂筛选试验

2.1.1 药剂筛选试验

试验方法参照1.2纯药剂法试验。含油污水pH为7.5，油含量为1.3×104mg/L，COD为4.9×103mg/L，硫化物为870 mg/L。将污水水样分成5等份，分别投加一定浓度的市售药剂及自行开发的除油分散剂/高效助剂，试验分析结果如表3所示。

图1 一体式含油污水处理装置示意图

表3 药剂筛选试验结果

从表3中可以得出：(1)投加破乳剂Ⅰ、破乳剂Ⅱ及油水分离剂Ⅰ对含油污水处理效果均较差。试验观察处理后水样颜色仍呈淡黄色。可能原因：含油污水为典型的“O/W”强稳定体系，加入三种药剂后未打破污水中胶体之间的平衡状态，从而改变废水中油相与水相间的界面张力，使之成为细小均衡的分散体系，油、水分离不彻底。(2)加入“活性转化剂—高效分散剂—聚凝剂”后，含油污水下层变成无色透明状，处理效果较好，但药剂种类多且投加量大，工业上不仅会造成药剂储罐占地面积大，而且操作繁琐。(3)加入自行开发的除油分散剂—高效助剂后，含油污水样迅速分为水、渣两层。油、COD及硫化物的去除率均在99%、90%和96%以上。

2.1.2 除油分散剂、高效助剂适应性试验

通常炼油厂焦化含油污水水质波动较大，为考察自行开发的除油分散剂及高效助剂对含油污水的适应性，随机采样进行试验，结果如表4所示。从表4可以看出：对于波动较大的焦化含油污水，投加一定浓度的除油分散剂、高效助剂，其去除率分别在96%、87%及83%以上，由于污水中油等有机物去除，出水水样的表面张力最高可达70.71 mN/m。可见自行开发的除油分散剂、高效助剂处理某炼厂含油污水具有高效、快速的特点。

2.2 放大试验结果及分析

2.2.1 两种实验方法对比

试验方法见1.2。针对3种不同浓度的含油污水，将纯药剂法、微纳米气泡气浮法进行了对比，试验结果如表5所示。

从表5可以看出：(1)6轮含油污水试验均达到较好的处理效果，经处理后分为明显的无色透明状水层和黄色夹带黑色污油渣层，其油含量、COD及硫化物去除率分别可达87%、91%及86%；(2)3组“微纳米气泡气浮”与“纯药剂法”处理同种浓度含油污水试验对比，前者试验出水为无色透明状，无絮体矾花，油含量、COD及硫化物去除率分别可达94%、93%及89%以上，水质远优于现场的冷焦水、切焦水；2#、4#、6#三种浮渣中含水率均小于63%，远低于该炼厂延迟焦化装置回炼浮渣含水率80%的指标；而仅通过化学药剂处理含油污水，出水水中夹带少量絮体，水质相对较差，产生浮渣量大大增加，含水率在85%以上。浮渣量及含水率增加的可能原因：气浮工艺产生大量微纳米级别的气泡，微气泡迅速包裹水中絮体矾花，形成“共聚体”(比重远小于水的密度)快速上浮形成浮渣，加快了油、水分离速度；底部的微气泡、絮体不断上升，对上层浮渣及微气泡形成挤压，表面气泡不断破裂，产生的浮渣更密实、含水率更低。

表4 除油分散剂、高效助剂对含油污水适应性试验结果

表5 两组放大试验对比结果

2.2.2 浮渣分析结果

浮渣分析以3种试样(均为黄褐色，夹杂着少量黑色污油)为研究对象，主要考察浮渣中油含量、固含量、105℃及400℃灼减失重百分比，分析结果如表6所示。

表6 含油浮渣分析结果

从表6可得出：(1)3种浮渣试样固含量均在65%以下，浮渣中含有大量的油分，其中3#试样油组分质量百分数高达18%，在试验时也可发现大量黑色污油掺杂在黄色浮渣中。(2)3种浮渣样在105℃灼减(水、轻组分、酚类等有机物挥发)与400℃的灼减失重百分比例之和>99.5%，表明在400℃下，浮渣基本挥发完全。因此，采用该方法处理含油污水所产生的浮渣送往焦化回炼，无灰渣残留，对焦炭品质没有影响。

采用VISTA等离子发射光谱仪对浮渣试样进行常规金属元素半定量检测分析，结果如表7所示。从表7中可以看出，浮渣试样中常规金属元素含量均在3 mg/g以下，进一步验证将此类浮渣回炼不会对装置设备产生影响。目前，含油浮渣回炼技术已非常成熟，目前齐鲁石化[7]、济南炼油厂[8]、福建炼油厂[9]、荆门石化、长岭石化等均采用浮渣回炼处理工艺。采用微纳米气泡气浮法处理焦化含油污水，不仅可解决当前炼厂普遍存在的含油污水难以处理的难题，而且可回收污水中绝大部分轻质油组分，减少资源浪费，为炼厂提供可观的经济及环境效益。

表7 浮渣常规金属元素分析结果

3 结论

(1)自行开发的除油分散剂-高效助剂复配使用对焦化含油污水具有高效、快速处理效果。纯药剂法试验油含量、COD及硫化物去除率分别可达96%、87%及83%以上。

(2)微纳米气泡气浮法可进一步提高焦化含油污水处理效果，处理后的水质优于现场的冷、切焦水；产生的浮渣密实，含水率在63%以下，在400℃时浮渣可完全挥发。

(3)炼厂延迟焦化装置含油污水属于高含油量且乳化严重的废水，达标处理后回用，减少了污染物外排，有助于提高环境质量。该套技术的应用推广具有极大的环保意义和社会效益。