石化废水回用工程方案设计初探

作者简介：张峰，男，1981年生，工学硕士，毕业于华东理工大学环境工程系，现为上海化工设计院有限公司环保安全中心工程师，在各类期刊上已发表学术论文数10篇。石化废水回用工程方案设计初探张峰1唐海华2刘晓云1万水龙2（1.上海化工设计院有限公司，上海2000322.上海市奉贤区排水运行管理中心,上海200400）摘要：石化废水经处理后回用于循环冷却水补充水不仅能降低污染物的排放量，而且还能节省大量工业用水，具有较大的经济效益和环境效益。工程设计时针对进水水质特点及出水要求，对废水常规处理工艺及后续的深度处理工艺方案进行了比较选择，确定了一条合理的处理工艺路线。废水经合适的一级预处理、二级生化处理及三级深度处理后，大部分污染物质可以被去除，出水能够回用于循环冷却水的补充水。关键词：石化废水；污水回用；循环冷却水；方案设计EngineeringdesigndiscussionforpetrochemicalwastewaterreuseprojectZhangFeng1TangHaihua2LiuXiaoyun1WanShuilong2(1.ShanghaichemicalindustrydesigninstituteCo.,Ltd.,Shanghai2000322.ShanghaiFengxianirrigationmanagementcenter,Shanghai,200040)Abstract:Thepollutantsdischargecanbereducedandmassindustrialwatercanbesavedifthepetrochemicalwastewaterisreusedasmakeupwaterofrecirculatingcoolingwater,whichhasgreateconomicalbenefitandenvironmentalbenefit.Inengineeringdesign,thecommonwastewatertreatmentprocessesandadvancedtreatmentprocessesarecomparedaccordingtotheinfluentcharacterandeffluentrequirement,andonereasonableprocesslineischosen.Afterappropriatefirstpreliminarytreatment,secondarybiologicaltreatmentandadvancedtreatment,mostofthepollutantsinwastewatercanberemovedandtheeffluentcanbereusedasthemakeupwaterofrecirculatingcoolingwater.Keywords:petrochemicalwastewater;wastewaterreuse;recirculatingcoolingwater;schemedesign石化企业的冷却塔规模普遍较大，其循环冷却水系统在运行过程中需要有大量的新鲜水作为补充水输入。在水资源日益紧张的今天，将石化废水处理后回用作循环冷却水补充水，不但能提高水的重复利用率，降低用水量，而且还能大大减少水污染物的排放，降低对环境的影响，具有较大的经济效益和环境效益。1工程概况1.1废水水质水量情况某石化企业产生的综合石化废水连续水量为200m3/h，考虑到最大排水量及未预见水量等因素，设计废水处理量为250m3/h，进水基本水质情况如表1所示。1.2出水水质要求处理出水要求能回用于循环冷却水补充水，回用水质执行GB/T50335-2002《污水再生利用工程设计规范》中的循环冷却水系统补充水水质控制标准，主要水质指标如表2所示。表1废水进水水质情况项目单位水质pH值-6～9悬浮物mg/L200CODCrmg/L800BOD5mg/L320石油类mg/L500氨氮mg/L40挥发酚mg/L30硫化物mg/L15表2回用水水质控制指标项目单位水质控制标准pH6.0-9.0浊度NTU5BOD5mg/L10CODCrmg/L60氨氮mg/L10游离余氯mg/L末端0.1-0.2粪大肠菌群n/mL20001.3基本处理流程根据本工程废水的水质特点及出水水质要求，经广泛调查研究，选择了一级预处理＋二级生化处理＋三级深度处理的废水处理流程。2工艺方案设计2.1预处理系统方案设计预处理系统主要用来调节水量、匀化水质，去除废水中大部分的石油类物质及SS，降低污水对后续生化处理系统的冲击负荷并保证生化处理的稳定、有效运行，根据进水水质特点及水量情况，在设计中选择的处理流程如图1。集水井石化废水调节除油罐平流隔油池CAFDAF中间池后续处理图1废水预处理流程石化废水自流进入集水井，井内设格栅槽并配有机械格栅，利用物理原理来拦截污水中的较大块的悬浮物或漂浮物，防止后续设备的堵塞或损坏。接着进入调节除油罐，调节除油罐内设浮动收油器，兼具调节水量、均匀水质、去除部分游离态油和机械分散态油以及部分油泥的综合作用，不仅能取代石油化工类废水处理时通常采用的调节池和匀化池，而且在很大程度上能起到一级隔油池的作用。调节除油罐设计调节匀化总时间按26h考虑。调节出水进入平流隔油池，上设刮油刮渣机，利用重力分离原理来进一步去除剩余的油泥、游离态油及部分机械分散态油。平流式隔油池具有构造简单、投资运行成本低、运行稳定、管理方便、油水分离效果稳定的特点，在石化行业污水处理系统中广泛使用。隔油池设计水力停留时间为1.8h。隔油池出水进入一级气浮装置，一级气浮装置采用成套的涡凹气浮设备（CAF），利用涡凹曝气机散气叶轮的高速转动在水中形成一个真空区，液面上的空气通过曝气机输入水中，填补真空，微气泡随之产生并进入污水中，从而形成了水、气及分散态油的三相混合体。在界面张力、气泡上升浮力及静水压力差等多种力的共同作用下，促使微细气泡粘附在小颗粒的分散态油上后，因粘合体密度小于水而上浮到水面，从而使水中的大部分机械分散态油被去除[1]。CAF产生的微气泡粒径相对溶气气浮系统（DAF）来讲偏大，但是投资成本低，设备占地小，能耗低，作为一级气浮使用从经济技术角度讲具有较大的优势[2]。涡凹气浮系统设计水力停留时间为20min。一级气浮出水再进入二级气浮装置，二级气浮采用成套的射流溶气气浮设备（DAF），它能通过射流作用向污水中释放更为微小的气泡，因此具有更高的除油效果。射流气浮系统设计水力停留时间为30min。二级气浮出水进入中间水池，进行pH值调节并投加营养盐Na2HPO4，然后再进入生化处理系统作进一步处理。2.2生化处理系统方案设计2.2.1兼氧处理本工程废水中含有一部分较难生化降解物质，如部分苯环类物质等，如果直接进行好氧生化处理效果相对较差，因此设计时选择对废水首先进行投资省、占地面积小、运行稳定的兼氧生物处理。废水由中间水池首先进入兼氧池，利用池中兼氧菌的水解作用和产酸作用，将废水中部分不溶性的有机物转化为溶解性的有机物，部分难降解的大分子有机物转化为小分子的易降解有机物，从而去除部分CODCr并提高废水的可生化性。兼氧池采用生物膜法，内置填料层，设计水力停留时间为8h。2.2.2好氧处理前以述及本工程废水CODCr及氨氮含量较高，生化处理系统不仅要求能去除大部分CODCr还有较高的脱氮要求，SH3095-2000《石油化工污水处理设计规范》中推荐的具有脱氮功能生化处理法有A/O法、SBR法、氧化沟法等。根据具体水质水量情况，在确定设计方案时首先对上述三种处理方法进行了工艺比较，具体如表3所示。其中CAST为循环活性污泥法，是一种改进型的SBR工艺，奥贝尔氧化沟为氧化沟中的一种。表3生化处理工艺比较比较项目处理工艺A/OCAST奥贝尔氧化沟去除COD功能好好好脱氮功能好较好较好除磷功能较差好中等防止污泥膨胀功能较好较好较好投资费用较低较高中等运行费用较低较低较高容积利用率较高较低中等设备复杂程度简单复杂简单曝气设备寿命较长较短较长设备闲置率较低较高较低自动化水平中等很高中等维修工作量中等大中等操作弹性较大较小大在石化污水上的应用很广泛一般较广泛从表3不难看出，CAST虽然具有很好的CODCr去除及脱氮除磷功能，但是设备投资大、自动化程度要求高，一旦仪表或设备发生故障，在较大规模的污水处理系统靠人工操作则比较困难，而且容积利用率及设备利用率都较低，设备寿命较短，维修量大。奥贝尔氧化沟也具有较好的CODCr去除及脱氮除磷功能，而且运行稳定、管理方便，但是运行费用高、能耗大。A/O系统同样具有较好的CODCr去除及脱氮功能，而且投资运行费用较低，设备利用率高，使用寿命长，控制管理简单、运行稳定、操作弹性大、污染物去除效率高，缺点是除磷功能较差。本工程污水磷含量很低，处理时不仅没有除磷要求反而要另外投加磷酸盐作为营养源，因此在设计中有针对性的选择了具有较好CODCr去除能力及脱氮能力并且在石化污水处理上有着极为广泛应用的A/O系统作为主要的生化处理工艺，而放弃了还具有除磷功能的CAST及奥贝尔氧化沟工艺。经A/O系统处理后，为保证回用水质量，降低深度处理系统的负荷，设计时选择了曝气生物滤池（BAF）对废水进行二级生化处理。整个生化系统处理流程如图2。兼氧池中间池来水A池O池二沉池BAF后续处理硝化液内回流污泥回流图2废水生化处理流程兼氧池出水首先进入A/O生化池的A池。在A池中的反硝化细菌利用从O池回流过来的生化水中的大量NO3-N作为电子受体，利用污水中存在的CODCr作为碳源进行反硝化反应，氧化有机物，并将NO3-N还原为N2排入大气，并同时去除一部分的CODCr。A池出水进入O池，在O池中，能生物降解的有机物在异养菌的作用下利用曝气系统带入的O2作为电子受体进行生化反应，将CODCr转化为CO2和H2O，起到了去除CODCr的目的；NH3-N在硝化菌的作用下利用O2作为电子受体氧化成为NO3-N，出水部分回流进入A池进行反硝化脱氮，回流比为200%-300%，其余进入二沉池进行泥水分离。生化池设计NH3-N污泥负荷为0.015kgNH3-N/kgVSS·d，BOD5污泥负荷为0.1kgBOD5/kgVSS·d，BOD5容积负荷为0.2kgBOD5/m3·d。A/O生化池总水力停留时间为46h，A池容积以O池容积的1/4设计。二沉池采用中心进水、周边出水的辐流式二沉池，表面负荷取0.8m3/m2h，水力停留时间为4h。二沉池中污泥一部分回流进入A/O生化池的A池，回流比为50%，剩余部分进入污泥浓缩罐进行浓缩处理；上清液进入曝气生物滤池（BAF）继续进行生化处理。曝气生物滤池是在一级强化的基础上，以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主要处理介质，充分发挥生物代谢作用、物理过滤作用、生物膜和填料的物理吸附作用以及反应器内食物链的分级捕食作用，将污染物的生物氧化过程与固液分离集于一体，使CODCr去除、固体过滤及硝化过程等在同一单元反应器中完成[3]。曝气生物滤池借鉴了生物接触氧化反应器和深层过滤器的设计原理，省却了二次沉淀等设备，具有处理效率高、占地面积小、基建及运行费用低、管理方便和抗冲击负荷能力强等特点[4]，在石化系统污水的生化处理特别是二级生化处理上具有较大的优势。在BAF的作用下，污水中SS、CODCr和NH3-N等污染物质被进一步的去除，BAF设计水利停留时间4h，出水再进入深度处理系统作进一步处理。2.3深度处理系统方案设计深度处理系统用来进一步去除废水中的SS、CODCr等污染物质，确保出水能达到回用标准。本工程设计时选择的废水深度处理流程如图3。砂滤罐BAF来水活性炭塔回用加氯消毒图3废水深度处理流程BAF出水进入砂滤罐进行过滤，以进一步去除污水中SS。砂滤出水进活性炭塔进行吸附处理把关后进行加氯消毒处理，最终出水水质符合《污水再生利用工程设计规范》中的循环冷却水系统补充水水质控制标准，进入回用水池等待回用。加氯方式为投加现场发生