油泥干化技術(shù)在煉油廠污水處理場(chǎng)中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
石油化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污泥主要包括隔油池底泥、浮選浮渣、剩余活性污泥，通常簡(jiǎn)稱為“三泥”。這些污泥是由水、油及固體物質(zhì)組成，并含有蒽、芘、酚類、苯系物、重金屬等有毒并有惡臭味的物質(zhì)，混合在一起形成穩(wěn)定的乳化體系。由于其特殊的性質(zhì)，處理成本較高而且技術(shù)難度較大，一直是國(guó)內(nèi)外煉油行業(yè)的環(huán)保難題。早在1989年 有關(guān)規(guī)定就將含油污泥列為危險(xiǎn)廢物，2016版《 危險(xiǎn)廢物名錄》明確將煉油企業(yè)污水處理場(chǎng)產(chǎn)生的油泥列為HW08類危險(xiǎn)廢物，雖然活性污泥未再被列入危險(xiǎn)廢物名錄，但是在實(shí)際處置過程中，環(huán)保部門大多要求進(jìn)行危險(xiǎn)危廢鑒定，鑒定過程耗時(shí)耗力，大多企業(yè)為確保依法合規(guī)，還是將活性污泥按危險(xiǎn)廢物處置。近年來，隨著我國(guó)環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格和企業(yè)技術(shù)進(jìn)步的強(qiáng)烈要求，相關(guān)法律如《 清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》和《固體廢物環(huán)境污染防治法》也要求必須對(duì)油泥進(jìn)行無害化處理，三泥的減量化、無害化、穩(wěn)定化、資源化處理日益成為環(huán)保工作的焦點(diǎn)。
九江石化污水處理場(chǎng)每年產(chǎn)生含水率98%的剩余活性污泥量約14000t/a，含水率98%的含油污泥量約為28000t/a，總污泥量約為42000t/a。經(jīng)過離心脫水后，產(chǎn)生含水率85%的污泥約5600t/a，按江西省污泥處置價(jià)格2800元/噸計(jì)算，每年污泥處置費(fèi)用需1568萬元，給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，且需承擔(dān)第三方污泥處置過程中的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。
為降低污泥處置的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，九江石化采用了油泥破乳脫油及干化處理技術(shù)對(duì)原有三泥處理設(shè)施進(jìn)行了改造。
1 工藝流程及原理
1.1 工藝流程
該裝置由污泥濃縮、酸化破乳、污泥干化三部分組成。污水處理場(chǎng)產(chǎn)生的含油污泥到油泥調(diào)節(jié)罐沉降濃縮脫水后，進(jìn)入油泥分離裝置，在油泥分離裝置中加入濃硫酸調(diào)節(jié)pH值在1～2.5，對(duì)油泥破乳除油。除油后的油泥進(jìn)入污泥調(diào)理器調(diào)整pH值至中性，然后進(jìn)入泥水分離器，與活性污泥一起進(jìn)行污泥濃縮處理，處理后污泥含水率98%。濃縮后的污泥通過給料泵送入離心脫水給料罐，送入離心脫水機(jī)。經(jīng)過離心脫水處理后的污泥在重力作用下排入污泥罐中暫存，然后通過干泥泵將脫水污泥送入“雙向剪切楔形扇面葉片式污泥干燥機(jī)”中進(jìn)行干化處理。
干化過程中產(chǎn)生的水蒸氣采用排濕風(fēng)機(jī)引入洗氣塔中進(jìn)行冷凝和洗氣處理。排出氣體送入粉末活性炭生化處理池。裝置產(chǎn)生的污水送污水處理場(chǎng)處置，污油送到焦化裝置回?zé)挕?/span>
1.2 工藝原理
1.2.1 污泥濃縮原理
攪拌刮泥裝置采用懸掛式中心傳動(dòng)形式，工作橋橫跨池子，工作時(shí)整機(jī)載荷都作用在工作橋中心，污水經(jīng)中心導(dǎo)流筒均勻流向池四周，隨著流速的降低，污泥沉淀于池底，通過刮臂帶動(dòng)?xùn)艞l旋轉(zhuǎn)起攪拌作用，加速活性污泥的下沉，從而達(dá)到濃縮的目的。底部刮泥系統(tǒng)將沉淀在池底的污泥刮集到中心泥坑中，靠靜水壓力將其從污泥管中排出。
1.2.2 油泥破乳原理
油泥主要由罐底油泥和浮渣組成，其中固體顆粒高度乳化，且含有較高的石油類物質(zhì)，形成了水、泥和油的穩(wěn)定混合液，從而使得這種污泥有別于剩余活性污泥和其他污水處理系統(tǒng)所產(chǎn)生的污泥。這類污泥不宜采用傳統(tǒng)的污泥脫水方法處理，且油泥中所含的主要污染物是具有回收價(jià)值的石油類物質(zhì)，至于油泥中所含的固體物質(zhì)，則主要是氫氧化鋁和其他一些無機(jī)懸浮固體顆粒。
在破乳劑的作用下，可對(duì)油泥進(jìn)行破乳分離和污油回收處理。經(jīng)過對(duì)油泥中的污油進(jìn)行破乳分離這一特殊的預(yù)處理后，油泥分離裝置底部的泥、水、混合物自動(dòng)排入后續(xù)的調(diào)理器中，向調(diào)理器中投加燒堿，利用油泥分離液中高價(jià)金屬離子反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的混凝作用，對(duì)污泥進(jìn)行混凝調(diào)理。油泥分離裝置上部的污油自流至污油罐中暫存，當(dāng)回收污油達(dá)到高液位時(shí)，用污油泵輸送至污油回收設(shè)施。
1.2.3 污泥干化原理
污泥脫水主要設(shè)備是臥螺離心機(jī)，其利用固液兩相的密度差，在離心力的作用下 ，加快固相顆粒的沉降速度來實(shí)現(xiàn)固液分離。具體分離過程為污泥和絮凝劑藥液經(jīng)入口管道被送入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)混合腔，在此進(jìn)行混合絮凝，由于轉(zhuǎn)子（螺旋和轉(zhuǎn)鼓）的高速旋轉(zhuǎn)和摩擦阻力，污泥在轉(zhuǎn)子內(nèi)部被加速并形成一個(gè)圓柱液環(huán)層（液環(huán)區(qū)），在離心力的作用下，比重較大固體顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成泥層（固環(huán)層），再利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)速度差把固相推向轉(zhuǎn)鼓錐端，推出液面之后泥渣得以脫水干燥，推向排渣口排出，上清液從轉(zhuǎn)鼓大端排出，實(shí)現(xiàn)固液分離。
污泥干化主要設(shè)備為傳熱型雙向剪切楔形扇面葉片式污泥專用干化機(jī)，其是一種間接加熱低速攪拌型干化機(jī)。設(shè)備內(nèi)部有二根或者四根空心轉(zhuǎn)動(dòng)軸，空心軸上密集并聯(lián)排列著扇面楔形中空葉片。軸體相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用角速度相同而線速度不同的原理和結(jié)構(gòu)巧妙地達(dá)到了軸體上污泥的自清理作用，極大限度地防止了污泥干化過程中的“抱軸”現(xiàn)象，以較快速度使得污泥在干化過程中迅速?zèng)_過“膠粘化相區(qū)域”。同時(shí)巧妙的結(jié)構(gòu)使得污泥在干化過程中達(dá)到了雙向剪切狀態(tài)。采用夾套式殼體結(jié)構(gòu)，使得污泥在機(jī)器內(nèi)部各個(gè)界面均勻受熱，軸體轉(zhuǎn)動(dòng)，污泥在設(shè)備內(nèi)不斷翻騰，受熱面不斷翻新，大大提高了設(shè)備的蒸發(fā)效率，既達(dá)到了污泥干化的目的，又實(shí)現(xiàn)了整套裝置的低成本運(yùn)行。
1.3 主要工藝參數(shù)
油泥分離裝置處理規(guī)模為6.53t/h，油泥含固率2%（w）、含油率2%(w），除油率大于90%。剩余污泥設(shè)計(jì)處理規(guī)模為0.53t/h，含水率88%。
污泥干燥機(jī)污泥處理能力為0.675t/h，處理能力為1t/h，污泥含水率85%，干化污泥含水率25%～40%（平均30%）。
2 裝置運(yùn)行情況
2.1 裝置運(yùn)行標(biāo)定情況
三泥處理裝置建成投運(yùn)后，經(jīng)試運(yùn)及調(diào)整，達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，為檢驗(yàn)裝置的運(yùn)行狀況、能源消耗、運(yùn)行效率等，并為進(jìn)一步優(yōu)化工藝操作，降低裝置能耗物耗，實(shí)現(xiàn)裝置效益提供依據(jù)，2020年3月9日9:00-3月12日9:00對(duì)裝置開展72h連續(xù)運(yùn)行標(biāo)定。
標(biāo)定期間主要操作參數(shù)見下表：
時(shí)間 | 油泥分離出口pH值 | 調(diào)理器出口pH值 | 蒸汽壓力/MPa | 干化機(jī)內(nèi)排氣溫度/℃ | 干化機(jī)內(nèi)氧含量1/% | 干化機(jī)內(nèi)氧含量2/% |
設(shè)計(jì)值 | 1.5～2.0 | 6.5～7.5 | 0.5～0.7 | ＜160 | ＜2 | ＜2 |
3月9日 | 1.59 | 6.95 | 0.66 | 101.15 | 0 | 0.065 |
3月10日 | 1.86 | 7.04 | 0.73 | 107.77 | 0.028 | 0.013 |
3月11日 | 1.72 | 6.47 | 0.72 | 111.32 | 0.039 | 0 |
平均值 | 1.72 | 6.82 | 0.70 | 106.75 | 0.022 | 0.026 |
物料平衡見下表：
項(xiàng)目 | 3月9日9:00 | 3月12日9:00 | 總量 | 每小時(shí)進(jìn)料量 |
離心機(jī)進(jìn)料/kg | 11090911 | 11479959 | 389048 | 5403.33 |
破乳裝置進(jìn)料/kg | 11305416 | 11507011 | 201595 | 2799.93 |
干化污泥/kg | - | - | 10500 | - |
注：離心機(jī)進(jìn)料包括破乳后油泥量及剩余污泥量
主要分析數(shù)據(jù)：
時(shí)間 | 原料油泥含油率/% | 破乳污泥含油率/% | 污油回收率/% | 離心脫水污泥含水率/% | 干化污泥含水率/% |
3月9日 | 4.73 | 0.41 | 91.33 | 66.67 | 15.34 |
3月10日 | 5.38 | 0.45 | 91.64 | 71.81 | 11.20 |
3月11日 | 6.54 | 0.52 | 92.05 | 69.34 | 13.45 |
平均值 | 5.55 | 0.46 | 91.67 | 69.27 | 13.33 |
化工輔材消耗統(tǒng)計(jì)：
項(xiàng)目 | 每小時(shí)消耗量 | 累計(jì)消耗量 |
32% NaOH/kg | 94.46 | 6801.2 |
98% 濃硫酸/kg | 56.69 | 4081.7 |
油泥脫水劑/kg | 31.25 | 2250.0 |
能源消耗統(tǒng)計(jì)：
項(xiàng)目 | 設(shè)計(jì)每小時(shí)消耗量 | 3月9日9:00 | 3月12日9:00 | 總量 | 每小時(shí)進(jìn)料量 |
回用水 | 6t | 17448586kg | 17510044kg | 61458kg | 0.85t |
循環(huán)水 | 0.3t | 3017861kg | 3070348kg | 52487kg | 0.73t |
1.0MPa蒸汽 | 0.7t | 775871.6kg | 787451.5kg | 11579.9kg | 0.16t |
低壓氮 | 10m3 | 90448.1m3 | 92667.7m3 | 2219.6m3 | 30.83m3 |
耗電量 | 83kW·h | - | 74.9kW·h |
從上面五表可以看出，標(biāo)定期間裝置工藝參數(shù)均符合設(shè)計(jì)要求。處理含水率為98%以上的油泥、污泥共389t，經(jīng)干化至含水率為15%內(nèi)的污泥降低至10.5t，實(shí)現(xiàn)了污泥減量化。
裝置運(yùn)行期間，油泥平均進(jìn)料量為2.8t/h，原料油泥平均含油率為5.55%，破乳后油泥含油率為0.46%，污油平均回收率為91.67%，油泥處理的資源化效果顯著。
2.2 運(yùn)行效益分析
油泥破乳運(yùn)行費(fèi)用見下表：
項(xiàng)目 | 實(shí)際單耗 | 單價(jià) | 噸耗/（元/t油泥） |
32% NaOH | 33.74kg/t | 600元/t | 20.24 |
98% 濃硫酸 | 20.25kg/t | 700元/t | 14.18 |
油泥脫水劑 | 5.79kg/t | 4800元/t | 27.76 |
電 | 0.97kW·h/t | 0.54元/kW·h | 0.52 |
合計(jì) | 62.71 |
污泥干化運(yùn)行費(fèi)用見下表：
項(xiàng)目 | 實(shí)際單耗 | 單價(jià) | 噸耗/（元/t油泥） |
循環(huán)水 | 0.1352t/t | 0.26元/t | 0.0352 |
1.0MPa蒸汽 | 0.02963t/t | 100元/t | 2.9630 |
低壓氮 | 5.7093m3/t | 0.7元/m3 | 3.9965 |
耗電量 | 13.8704kW·h/t | 0.54元/kW·h | 7.4900 |
合計(jì) | 14.48465 |
乳除油單元的運(yùn)行費(fèi)用為62.71元/t油泥，離心機(jī)和干燥機(jī)的運(yùn)行成本為14.48元/t污泥。
標(biāo)定期間，處理三泥389t，其中油泥201.6t，活性污泥187.4t，干化污泥產(chǎn)量10.5t，干化污泥含水率平均為13.33%，折算成含水率為85%的三泥處理費(fèi)用約為209元/t。在該裝置投運(yùn)前，三泥經(jīng)離心機(jī)脫水，脫水后含水率為85%的污泥外委處置，處置費(fèi)用約為2400元/t（2020年框架協(xié)議）。三泥處理裝置投運(yùn)后，三泥處理費(fèi)用約下降了2191元/t，實(shí)現(xiàn)了油泥減量化、低成本處理。
3 結(jié)論
對(duì)應(yīng)用“油泥破乳脫油與干化處理集成技術(shù)”建成的三泥處理裝置標(biāo)定，從標(biāo)定結(jié)果可以得出以下結(jié)論：
（1）污油平均回收率為91.67%，油泥處理的資源化效果顯著。
（2）干化后的污泥僅為原污泥量的2.70%，減量97.39%，減量效果顯著。
（3）噸污泥處理費(fèi)用下降了2191元，處置費(fèi)用大幅下降。
（4）干化污泥相比原污泥，外委處置運(yùn)輸環(huán)節(jié)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大幅降低。
綜上所述，應(yīng)用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了浮渣、油泥及剩余活性污泥的減量化、資源化處理，污泥處置費(fèi)用大幅下降，為煉化企業(yè)的油泥處理探索出一條良好途徑。
