（农业工程专业论文）二段生化法用于含油污水处理的应用研究.pdf

摘要 石油化工污水具有排水量大，污水中油类成分和有机污染物含量高的特点，是比较特殊的较 难处理和危害较大的工业性污水，是水环境污染治理的重点和难点之一。 本文结合石化污水处理“老三套”的运行经验和国内外对污水处理技术的研究，对含油污水 的处理作了一些探讨。并结合污水处理厂现有处理构筑物和污水的水量、水质情况，提出了浮选、 曝气和氧化沟的一些操作指标，使排水水质达标，运行平稳，方便操作且运行成本低。 除油上艺采用平流和斜板隔油池串联的方法，浮选工艺采用部分加压和部分同流的流程，从 基本原理和效果分析入手。提出了合理的丁艺参数与操作规程，有效去除了油分和生物抑制物质， 使二级浮选出水含油低丁6 m g l ，保证了生化处理单元的运行。结合目前的研究理论和实际运行 效果分析，对曝气池和氧化沟串联运行的二段生化工艺的操作参数进行了讨论，用逐个因素分析 的方法做了论述，并提出了适合本项目的t 艺参数和工人操作规程，保证了堤置的平稳运行，并 提出了一些应急处理措施。 通过对污水处理的所有构筑物作为一个整体进行系统调整，明确了各单元的作用，提出了该 工厂食油污水处理的一些参数，如混合比、悬浮固体( m l s s ) 浓度、污泥沉降比( s v ) 等，使出 水水质优丁国家排放标准。同时指出了存在的问题和建议。 关键词：隔油浮选，推流式曝气池，三沟式氧化沟，运行参数 a b s t r a c t p e t r o l e u m c h e m i c a lp o l l u t e dw a t e rf e a t u r e sl a r g ed r a i n a g ev o l u m e ，h i g hd e n s i t i e so f p e t r o l e u ma n d o r g a n i cc o m p o n e n t s ，w h i c hm a k e si t8 1 1i n d u s t r i a lp o l l u t e dw a t e rw i t hg r e a th a r ma n dh u g ed i f f i c u l t i e s t op r o c e s s a sw e l la st h ek e yp o i n ta n dd i f f i c u l t yf o r t h ea q u a - e n v i r o n m e n tp o l l u t i o nm a n a g e m e n t t h i st h e s i sd i s c u s s e st h ep r o c e s s i n go fo i l - p o l l u t e dw a t e r , b a s e do nt h ec o n v e n t i o n a lt h r e e m e t h o d o p e r a t i o ne x p e r i e n c e o fp e t r o l e u m - c h e m i c a l p o l l u t e d w a t e r p r o c e s s i n g a n dt h en a t i o n a la n d i n t e r n a t i o n a ls t u d i e so nt h ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e so fp o l l u t e dw a t e r a l s o ，c o m b i n e dw i t ht h e p r o c e s s i n gc o m p o n e n t sa n dt h ev o l u m ea n dq u a l i t yo ft h ep o l l u t e dw a t e rp r o c e s s e di np o l l u t e dw a t e r p r o c e s s i n gf a c t o r i e sn o w a d a y s ，s o m eo p e r a t i o ni n d i c e sa r ea d v a n c e ds u c ha sf o rf l o a t a t i o nt a n k , f o r a e r a t i o nt a n ka n df o ro x i d a t i o nd i t c h t h i sh e l p st o b f f n gg o o dd r a i nw a t e rq u a l i t y , s t e a d yw o r k i n g ， e a s yo p e r a t i o na n dl o w e rc o s t c a s c a d i n gh o r i z o n t a l f l o wa n d s l o p eo i ls e p a r a t o ri st a k e ni n o i lr e m o v a lt e c h n i q u e ；p a r t i a l p r e s s u r i z a t i o na n dr e c u r r e n tf l o wi s t a k e ni nf l o a t a t i o nt e c h n i q u e b yf u n d a m e n t a lp r i n c i p l e sa n d e f f e c t i v ea n a l y s i s ，p r o p e rt e c h n i q u ep a r a m e t e r sa n do p e r a t i o nr e g u l a t i o n sa r ep r e s e n t e dw h i c hr e m o v e o i la n db i o l o g i c a ld e p r e s s o r se f f i c i e n t l y , l i m i tt h eo i lp r o p o r t i o nb e n e a t h6 m g li nt h es e c o n d - s t a g e f l o a t e dw a t e r , a n dg u a r a n t e et h en o r m a lo p e r a t i o no ft h eb i o l o g i c a lt r e a t m e n te l e m e n t b a s e do n c o n t e m p o r a r yt h e o r i e sa n dp r a c t i c a le f f e c t s ，p a r a m e t e r si nt h et w o - s t a g eb i o l o g i c a lt e c h n i q u e ，s e r i a l i z i n g t h ea e r a t i o np o o la n dt h eo x i d a t i o nd i t c h ，a r ed i s c u s s e d ，a sw e l la sd i s c o u r s e dw i t ha n a l y s i sa p p r o a c h f a c t o rb yf a c t o r i na d d i t i o n ，t e c h n i q u ep a r a m e t e r sa n do p e r a t i o nr e g u l a t i o n ss u i t a b l ef o rt h i sp r o j e c t a r ep r e s e n t e d ，w h i c ha s s u r e st h es t e a d yo p e r a t i o no ft h ei n s t r u m e n t a n ds t o n ee m e r g e n c ym e a s u r e s a r ep r e s e n t e d b yt h es y s t e m a t i c a lt u n i n go fa l lt h ec o m p o n e n t si nt h ep o l i c e dw a t e rt r e a t m e n ta s aw h o l e ， f u n c t i o n so f e l e m e n t sa r ec l a r i f i e da l o n gw i t hs o m ep a r a m e t e r si no i l - p o l l u t e dw a t e rt r e a t m e n tp r e s e n t e d f o rt h i sf a c t o r y , s u c ha sm i x t u r er a t i o ，c o n s i s t e n c eo f m i x e dl i q u i ds u s p e n ds o l i d ( m l s s ) ，s l u d g ev o l u m e s e d i m e n t a t i o nr a t i o ( s v ) ，e t e ，w h i c hm a k e st h ew a t e rl e to u tb e t t e rt h a np r e s c r i b e db yt h en a t i o n a l s t a n d a r d a n dp r o b l e m se x i s t e da n ds u g g e s t i o n sp o s s i b l ea r ep o i n t e do u t k e y w o r d s ：o i ls e p a r a t o r , f l o a t a t i o nt a n k ，p l u gf l o wa e r a t i o nt a n k ，t h r e e c h a n n e lo x i d a t i o nd i t c h ， o p e r a t i o np a r a m e t e r 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名疑躲尉 时间：) 期，年百月名筘 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 导师签名： 粢很树 时间：) 钟厂年歹月j 子同 时间：夕一，年，月秀阳 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 概述 第一章绪论 水是自然界中最宝贵的资源之一，是人类赖以生存的必要条件。随着全球经济、人口的高速 增长，水资源短缺已成为人类生活中的显著问题。半个世纪以来，人类急剧增加的大量生产活动， 导致水资源消费迅速增加，水资源短缺日趋明显，同时大量废弃的生活污水和生产污废水未经适 当的处理而任意排放，也造成了严重的环境污染。统计资料表明，2 0 0 3 年我国废水排放总量为 4 6 0 0 亿吨，其中工业废水排放量2 1 2 4 亿吨，占废水排放总量的4 6 2 ；废水中化学需氧量排 放量1 3 3 3 6 万吨，其中工业废水中化学需氧量排放量5 1 1 9 万吨，占化学需氧最排放总最的 3 8 4 ：废水中氨氮排放量1 2 9 7 万吨，其中工业氨氮排放量4 0 4 万吨，占氨氮排放基的3 1 1 。 我国水资源供求芙系依然紧张，年人均水资源为2 0 7 6 m 3 ，全国有7 9 个城市缺水，有2 3 4 0 万人口、 1 3 0 0 万头大牲畜发生临时性饮水困难。 “环境保护”是我国的基本国策，为缓解水资源短缺，增加水的利用率，减轻、消除水污染 所造成的环境污染，生活和生产污废水的治理已经成为刻不容缓、急待解决的大问题。而且工业 污水因其排放最大，水质成分复杂，处理难度大，成为水环境污染治理的重点和难点之一。 石油加t 是我国国民经济的重点基础产业之一，在以石油为原料的加工过程中，生产产品基 本是有机化工原料、合成塑料、合成纤维等，生产t 艺过程中产生的石油化工污水对环境的污染， 更是早已引起人们的重视和关注。这种生产污水的水质随着炼油厂生产加工装置的不同而变化， 其污水处理工艺也随之不同。但从总体看，因所排放污水中含有石油类污染物质而被称作含油污 水，其主要污染物包括油、硫化物、酚等“。 我国石油加工生产过程的污水排放量大，污水中有机物含量高，是较难处理和危害较大的有 机性工业污水。某炼油厂酮苯脱蜡脱油装置排水水质及水量如表卜1 。 表1 1某炼油广酮苯脱蜡脱油装置污染物排放情况 近年来，石油加工生产工艺不断的改进 技术不断出现，污水处理程度也在不断加深 技术的科技含量不断提高，石化工业污水处理的新 同时对污水处理厂的设计、运行和管理都提出了更 中国农业人学硕l 学位论文第章绪论 新更高的要求。 为控制水体污染，= 业发达国家普遍采用二级生物处理技术，尤以活性污泥法麻用最广，且 效果良好。但活性污泥法投资高，运行费用大，在工业污水处理中受到很大的限制。冈此，在活 性污泥法的基础上，研究高效、节能的水处理新技术已成为世界上水处理领域新的研究课题，也 是我国科技t 作者的迫切任务。目前，国内外的有关研究工作已取得了一定成就，针对含油污水 的处理技术利工艺也有了新的进展，污水处理的效果令人满意，工程投资和运行费用已大大减少， 为石油化工业的可持续发展打下了良好的基础。 1 2 国内外对污水处理技术的研究 自1 8 6 0 年法国莫拉斯( m o u r a s ) 将简易沉淀池加以改进用于污水处理至今人类对水环境的 认识经历了曲折的道路。随着经济的发展，工业化程度的提高，排放水质越来越复杂并难于控制， 水体盼污染加剧了水资源的紧缺，影响着人们的健康及城市化进程。因此，熟悉和了解国内外j 二 艺，辩证地分析其利弊，选择适用的新技术对我国的污水治理有着重要的意义。 污水处理技术的多元化发展使其分类越来越不明显，含油污水处理技术，按其作用原理和去 除对象可分为物理法、化学法、物理化学法和生化法。而挣化方法的选择取决于含油污水的性质、 环境和经济要求，通常是几种方法工艺设备的合理组合”1 。 1 2 1 物理法 l 、重力法：利用油、水密度差和油、水不相溶性进行油水分离。包括自然除油法、斜板除 油法、机械分离法、离心分离法、水力旋流法。 2 、粗粒化法：粗粒化即含油污水通过装有粗粒化材料的装置，在润湿聚结、碰撞聚结、截 流、附着作用f 油珠由小变大的过程。 1 2 2 物理化学法 1 、气浮法：气浮技术是国内外含油废水处理中广泛使用的一种水处理技术，其原理就是在 水中通入空气或其它气体产生微细气泡，使水中的一些细小悬浮油珠及固体颗粒附着在高度分散 的微气泡上，随气泡一起上浮到水面形成浮渣，从而完成固液分离的一种净水法。按气泡产生方 式可分为：电解气浮法、分散空气气浮法、溶气气浮法。气浮理论认为，在气泡外有层透明的 弹性水膜，外层在上浮过程中受浮力和阻力的影响产生流动，内层与空气一起构成稳定的微气泡 而上浮，在絮凝颗粒的网捕包卷和架桥作用及与气泡的碰撞、共聚条件下粘附污染物并去除。随 着气浮理论的深入、设备的不断更新及工艺技术的提高，气浮法在废水中的处理效果得到了加强， 在某些方面可以作为沉淀法的替代工艺。与沉淀法相比，气浮法占地少，可去除沉淀法难以去除 的藻类及浮游生物，所需药剂量少，可以回收有用物质，其研究重点是开发高效、稳定的适合丁 细粒浮选的气浮设备。 2 、膜分离法：是s s o u r i r a j a n 所开拓并在近2 0 多年迅速发展起来的分离技术，传统的含乳化 2 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 油废水的处理方法常辅以电解、絮凝等先行破乳过程，能耗和物耗较人。而膜分离法处理含水量 乳化油废水，一般可不经过破乳过程，不产生含油污泥，浓缩液可焚烧处理；透过流量和水质较 稳定，不随进水中油浓度波动而变化；一般只需乐力循环水泵，设备费用和运转费用低，特别适 合高浓度乳化油废水的处理“1 。 3 、吸附法：最常用的吸附荆是活性炭，它不仅对油有很好的吸附性能，而且能同时有效地 吸附废水中的其它有机物，对油的吸附容量一般为3 0m g g 8 0 m g g 。但活性炭作为吸附剂成本 高，且再生困难，故一般只用r 含油废水的深度处理。 1 2 3 化学法 1 、化学絮凝法：又称混凝法。该法在水处理领域应用较早，是含油污水处理中常见的一种 方法，并常与气浮法联合使用。石油化工污水处理中常采用化学絮凝法与加压溶气气浮法结合的 工艺方法处理含油污水，用于去除污水中的乳化油等物质，效果良好，人们习惯称之为“浮选”。 借助混凝剂对胶体粒子的静电中和、吸附、架桥等作用使胶体粒子脱稳，发生絮凝沉降等作用除 去水中的悬浮物和可溶性污染物质”。 常用的絮凝剂分无机、有机絮凝剂两大类。絮凝法处理效果好，使用方便，絮凝剂的种类、 成分和质量直接影响处理效果，开发低成本、无毒害、高效率的絮凝剂是当前研究的重要方向， 并向着天然、复合和非金属的方向发展，随着絮凝理论深入和技术的提高，絮凝法将在水处理领 域扮演重要的角色。 2 、化学氧化法：化学氧化技术常用于生物处理的前处理。一般是在催化剂作用下，用化学 氧化剂如臭氧、f e n t o n 试剂等处理有机废水以提高其可生化性。或直接氧化降解废水中有机物使 之稳定化。 3 、电化学法；以金属铝或铁作阳极电解处理含油废水的方法，主要适用于机加下t 业中冷 却润滑液在化学絮凝后的二级处理。目前该方法己得到广泛应用。电絮凝法具有处理效果好、占 地面积小、操作简单、浮渣量相对较少等优点，但是它存在阳极金属消耗量大、需要大量盐类作 辅助药剂、电耗量高、运行费用较高等缺点。 1 2 4 生化法 生化法可分为好氧处理法和厌氧处理法两大类，根据微生物在污水中的存在状态，义可分为 活性污泥法和生物膜法。 1 、活性污泥法( a c t i v a t e d s l u d g e p r o c e s s ) ：是当前污水处理最为基础的方法，应用相当广泛， 白1 9 1 4 年a r d e n 和l a c k e t t 提出活性污泥的概念已有9 0 年的历史，在理论研究不断深入的同时，它 在技术上得到了不断的改进和完善，使得其工程设计更加合理。 活性污泥法是水体自净的人t 化，是依靠微生物氧化分解有机物的污水处理方法。尤其是传 统活性污泥法，自1 9 1 4 年在英国曼彻斯特建成实验厂以来，在污水处理技术中占据极其重要的位 置。但使用传统活性污泥法进水浓度不能高，不适应冲击负荷，需氧最前大后小，容易造成前、f 段无足够的溶解氧，后半段溶解氧的供应量大大超过需求，浪费动力费用“1 。在此基础上，人们 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 已经开创了许多污水生物处理的新技术和工艺，使活性污泥法得到了很大的发展。 传统的活性污泥处理技术问世至今不论是供氧、进料方式，还是处理工艺以及在节能、高 效等方面都得到了改进。近年来，国内外科技界针对传统的活性污泥法对水质变化和冲击负荷的 承受能力较弱，易发生污泥膨胀、中毒等特点开展了大量的工作，旨在对传统的活性污泥法进行 革新。 目前，经过改良的活性污泥污法主要包括a o 法、a 2 o 法、a b 法、s b r 法、氧化沟等，使活 性污泥法的应用范围更广泛，处理效果更好，运行成本有所降低”1 。 a o 法实际上可分为两类，一类是厌氧段与好氧段串联的流程( a i 0 ) ，一类是缺氧段与好氧 段串联的流程( a 2 o ) 。a , o 一般由初沉池、厌氧池、好氧池、二沉池组成，可比传统活性污泥 法取得更好的出水水质，能耗比较小，可改善污泥沉降性能，克服活性污泥膨胀。a 2 o 法主要 功能是去除废水中的氨。由硝化细菌将氨氮氧化为硝酸盐，然后由反硝化细菌将硝酸盐还原为氮 气从水中逸出。该流程可在去除有机物的同时取得良好的脱氮效果。a o i 艺的特点是处理的水 质好，氮、磷的含量低。且不需要再增加脱氮除磷的三级处理工艺，剩余污泥量较一般生物处理 系统少，沉降性能也好，易于脱水。 a 2 o 法是将a j o 流程与a j o 流程结合起来，形成了同时脱氮除磷并处理有机物的流程，由 厌氧池、缺氧池、好氧池串联而成，最后沉淀池的部分污泥回流至厌氧池，含硝酸盐的好氧池混 合液仍需回流至缺氧池，同流比取决于工艺要求，其工艺流程见图1 1 。a 2 o 工艺处理效率较高， 适用丁要求脱氮除磷的大中型城市污水厂，但基建费和运行费均高于普通活性污泥污，运行管理 要求高。 ii 进和f i 压趔_ l - 酽赢 l 一一一塑塑 图1 _ 1a v 0 工艺流程围 剩余污泥 s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 工艺由一个或多个曝气反应池组成，污水分批进入池中， 经活性污泥净化后，上清液排出池外即完成一个运行周期。每个周期顺序完成进水、反应、沉淀、 排放4 个工艺过程。s b r 以其独特的优点，在世界各地得到广泛的应用。通过时间上的循环控制， 实现均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一体，其工艺布置紧凑、节省占地且运行稳定。s b r 的理想推流沉淀可抑制丝状菌的生长，污泥指数( s v i ) 较低，剩余污泥性质稳定，在蚶氧厌氧 交替运行过程中实现脱氮除磷。其缺点是设备闲置率高，操作复杂，对自动化要求较高等”1 。 2 、氧化沟技术( 又名连续循环曝气池c o n t i n u o u sl o o pr e a c t o r ) ：作为活性污泥法的发 展，是1 9 5 0 年由荷兰公共卫生研究所研究成功的。自6 0 年代中期在美国、加拿大等国逐步发展 了这项技术。据报道，从1 9 6 2 年至1 9 7 5 年，美国建成了约5 5 8 座氧化沟污水处理厂，英国兴建 了约3 0 0 多座氧化沟污水处理厂，不仅数量上增长，处理规模和形式也在不断扩大和改进。，我 4 中国农业大学硕匕学位论文第一章绪论 国自8 0 年代也开始采用这项技术。而三沟式氧化沟是丹麦克鲁格公司开发的一种新犁氧化沟， 国外采用较多，是新一代氧化沟技术的典型代表，它是计算机技术与污水处理上艺的结合，通过 控制系统，使整个装置实现了自动化管理，这种氧化沟技术结合了许多新的污水处理操作方式， 如a o 法、s b r 等”。它与传统活性污泥法的主要区别在于：污水进入曝气池后立即与混合液在 池内充分混合循环流动，使进入曝气池的污水能得到充分稀释，使波动的进水水质得到均化，因 此进水水质的变化对活性污泥的影响将降低到最低程度，能较好的承受冲击负荷。 三沟式氧化沟技术9 0 年代传入我国，邯郸东污水处理厂是国内建成最早的采用三沟交替运 行式氧化沟工艺处理城市污水的处理厂，建成后经过几年的运行，处理效果很好，达到国家相关 污水处理的排放标准。综合国内外应用情况证明，三沟式氧化沟技术是一种工艺简单、处理构筑 物少( 不需设初沉池、调节池、污泥回流泵等) 、造价低、工艺稳定性高( 耐冲击负荷、耐p h 变 化能力强) 、建设工期短、适合各种地形、投资省、易丁操作管理、运行费用低、出水水质好的 污水处理工艺”1 1 “1 。更为重要的是，当采用较低的运行负荷，氧化沟在处理有机物的同时将污水 中的n 、p 去除，使出水水质能满足更高的要求( 如很多地方在执行国家污水排放标准的同时强 调n 、p 的排放标准) ，防止受纳水体富营养化“。三沟交替式氧化沟布置见图卜2 。 图1 _ 2 三沟交替式氧化沟布置图 3 、生物膜法：污水流经附着在某种物体上的生物膜来处理污水的方法。这种处理方法是使 细菌和原生动物、后生动物一类的微型动物在某些载体上生长繁育，形成膜状生物性污泥一生物 膜。是目前麻用于污水处理领域较为活跃的研究课题，在实际工程中应用较广，生物膜具有较大 的表面积，能够大量吸附废水中的有机物，而且具有很强的氧化能力利用污水中的有机物作为 营养物质，在自身生长、繁殖的同时降解有机物。根据生物膜理论，膜表面常附着很薄的水层， 由于有机物被生物膜氧化，其浓度要比滤池进水中的有机物浓度低，因此当废水从膜表面流过时， 有机物就会转移到膜表面的水层中，进一步被生物吸附降解：同时空气中的氧与废水同时进入生 物膜，促进微生物的新陈代谢和有机物的分解，达到污水净化的目的。主要包括生物滤池、生物 转盘、接触氧化法等。 生物接触氧化法1 9 7 1 年在日本首创，是一种介于活性污泥法和生物滤池两者之间的生物处理 技术。是通过在池中设置填料，使填料上长满生物膜，当废水通过填料时与生物膜接触，在生 物膜的作用下，分解有机物，达到废水净化的工艺。该工艺由于填料比表面积犬，池内充氧条件 好，单位容积的生物固体量高于活性污泥法曝气池，因此具有较高的容积负荷。生物接触氧化法 处理_ 艺流程通常分为一段法、二段法和多段法等，目前一般采用两段法。 生物滤池是在接触氧化工艺基础上发展起来的处理方法，滤池中装满填料并形成生物膜，废 5 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 水经布水器均匀地分布_ 丁池面，并向下渗透，在此过程中有机物、悬浮物、重金属等污染物被截 留并去除。 生物膜法为高负荷t 艺，与传统活性污泥法相比，上程造价低，占地面积省，运行费用相对 较低。生物膜法的主要缺点有：处理后的出水较浑浊，有机物去除率较低：需要较多的填料和填 料支承结构在某种情况下，基建投资会超过活性污泥法1 。 污水处理的首要任务在于保证出水水质达到排放标准且装置运行平稳，这是环境保护上作者 的责任和义务，我国实行的“控双达标”、“总排水口在线连续采样”及“7 2 小时随机采样，连 续监控”都是为了保证实现这一目标的有力措施。而在此基础上减少基建投资额和占地面积、降 低运行成本、改善工人操作环境、便于设备维修与保养、提高山水水质、减少c o d 排放量则是 环境保护工作者的具体任务。 k 期以来，我国炼油厂含油污水处理积累了一定的成功经验，在处理工艺上俗称“老三套” 的隔油、浮选和生化工艺是最常见的工艺方法。 “隔油”指的是隔( 除) 油池和( 石油) 油分存贮t 艺，主要用于去除和存贮污水中石油类 污染物质； “浮选”指的是气浮池和废渣处理丁艺，近年来主要是采用部分回流加压溶气浮选工艺并投 加气浮药剂( 絮凝剂) ，主要用于去除污水中石油类污染物质和处理浮选池废渣； “生化”指的是污水的生物处理单元活性污泥法t 艺，主要用于去除污水中的有机物。 当然还有格栅、均质、污水提升等其它不可或缺的处理单元。 当前炼油厂含油污水治理工艺在流程搭配上可以概括为三句话：加强预处理：提高二级处理： 配套后处理“。“老三套”工艺技术，其本质上即是采用物理、化学、物理化学法除去废水中的 粗分散物质( 包括悬浮状态和部分乳化状态的物质) ，如油分。采用生化法除去溶解性及一些胶 体状态的有机物( 一般以c o d 表示) 。也就是说，凡是不能用或是不能很好地用二级处理除去的 污染物，就必须设法安排预处理或后处理，当然，二级处理也得继续提高。近年来，由于石油化 t 的迅速发展，全行业废水中的有机污染物排放总量( 以c o d 计) 略有增加的趋势，因此生物 处理单元必须采用新的工艺以解决当前及长远的环境污染问题。 针对炼油厂污水这一特殊水质，在总结现有“老三套”经验基础之上采用新技术、新工艺、 开发新流程，并进一步推广应用于工程实践，在实践中加以完善和改进并推动技术革新与发展， 以提高我国污水处理工作技术与管理水平，达到高效、节能、低消耗的处理污水之目的。由于我 国目前经济实力较弱，正处于经济高速发展时间，更迫切地需要学习、研究、掌握污水处理新工 艺的原理和关键技术，保护环境，造福子孙，走可持续发展之路。 1 3 本课题的研究内容 1 炼油厂水污染源头治理与排水系统； 2 加压溶气浮选工艺去除污水中油类污染物： 3 二段生化法污水处理工艺去除含油废水中的有机物。 包括曝气池、三沟式氧化沟污泥的参数与有机物降解速率的关系研究，污水处理厂运行等。 6 第二章炼油厂水污染治理与排水系统 石油化工行业是用水量大，污染严重的行业之一。石油化t 污水处理是一项综合性的技术项 目，主要分为四个组成系统：( 1 ) 污染源头( 生产装置) 治理：( 2 ) 污染物排放量与构成分析： ( 3 ) 污( 废) 水排水系统；( 4 ) 污水处理与排放系统。其中第一条主要是减少污染物质的排放， 该系统的主要工作结合石油加工新工艺。把减少污水的产生量和污染物成分与浓度在生产加工过 程中完成，力争实现含有污水的减量化处理：第二条则决定了污水处理的t 艺流程利所需构筑物 的形式，不同的排放量和不同的污染物成分与浓度需要不同的排水系统和不同的处理流程。 本文针对炼油厂生产过程中所产生的含油污水的处理系统，以及有关含油污水的工程设计、 施： 和运行、验收中的问题，做一些分析研究。 2 1 炼油厂生产污水的特征 在炼油厂的污水中，石油是主要的污染物。目前，对该废水中油的分析只是测定含油量，而 对它的组成和特性的分析未能给予足够的重视。通过用色质联机对大庆石油化工总厂炼油厂废水 中的主要有机污染物进行定性测定，发现污油的主要组成与污水中的主要有机物相同。污油的存 在使废水中有机物浓度巨增，超过活性污泥的处理能力。由此可见，废水中的污染物来源丁油 废水中油含量低，有机污染物含量自然也低。为了提高处理效果，首先就应该提高除油率，而油 的去院率和油本身的组成特性有很大关系，所以应该对污水中油的组成进行分析。 按照族组成，石油可分为饱和份、芳香份、胶质和沥青四个组份。由于碳氢化合物种类不同， 微生物对它降解的速度也不同。烷烃较易降解，芳香烃降解较慢，胶质、沥青质降解则非常困难。 所以不同炼油厂的含油污水，由于其所含烃类物质的组成不同，它们被生物降解的速度有很大差 别，影响生物处理的效果。此外还会影响到絮凝剂的处理效果。因此测定含油污水中饱和份、 芳香份、胶质、沥青质的含量是非常必要的，能够为污水治理提供有用信息。表2 - 1 是三个油田 炼油厂污水中油的四组份组成“。 表2 1不同油田炼油厂污水中油的四组份组成 以前我国炼油厂主要以加工大庆原油为主，大庆原油烃组份较多，废水中主要污染物是烷烃 和芳烃，芳烃所占比例也较小，因此，“老三套”工艺处理效果很好。近年来我国一些炼油厂由 于从加工大庆原油改为加工其它较重的原油或由于重油催化裂化装置的投入使用，使“老三套” 7 中国农业大学硕i 学位论文第二章炼油厂水污染治理与排水系统 工艺处理污水合格率大幅下降，排放的污染物超标，有的甚至使污水处理设施不能止常运行。这 主要是由于生产装置所加工的原料变重，使所排污水中油的组成也发生相应的变化，易处理部分 减少，难处理部分增加，即污水中油的饱和份含量降低，芳香份、胶质、沥青质含_ 最增加。胶质、 沥青是乳化的稳定剂，它们在污水中的含量增加，使污水中的油严重乳化而且1 f 常稳定。另外， 含硫、氮化合物也分布在较重的组份中，它们在污水中的浓度也会随芳香份、胶质、沥青质含量 的增加而增加。正是由于污水中油的组成已发生了变化，原来用于污水处理的曲剂和丁艺设备已 不能满足变化了的水质的要求，造成处理效果下降。因此需要在总结“老三套”经验的基础上， 借鉴国内外的一些先进1 二艺、经验和设备，选择合适的处理方法，优化含油污水处理流程，从而 达到节省基建投资，降低处理费用，保证排水的综合合格率的目的。 含油污水就其量而言为各类工业废水之首，污水中的油类污染物质包括石油及其产品、焦油 及其分馏物。含油量一般在1 0 0m g l 2 0 0 m g l ，p h 在7 5 8 0 之间。含油污水中的油分一般认 为以浮油、分散油、乳化油、溶解油等四种形态存在“7 ”1 。 浮油：它铺展在污水表面形成油膜或油层，这种油的油滴粒径较大，一般火于1 0 01 1m ，占 总含油量的7 0 8 0 以上。 分散油：它以油粒形状分散在污水中，不稳定，经静止一段时间后往往变成浮油，这种油的 粒径在1 0 1 0 0 u m 之间。 乳化油：它在污水中呈乳浊状，细小的油珠外边包着一层水化膜且具有一定量的负电荷，水 中又含有一定量的表面活化剂，使乳化油呈稳定状态，油粒径一般在o 1 l o i lm 之间，占含油 量的1 0 1 5 。 溶解油：它以化学方式溶解于水中，油粒直径在o 1um 以下，占含油量的o 2 o 5 ，比 例很少，极难分离。 由此可见，炼油厂的生产污水成分不同于一般的工业污水和生活污水，其污水特点和污染情 况决定了含油污水的处理工艺和技术要求，也正是本文的研究所在。 2 2 排水系统与排水量 该炼油厂新厂区是国家重点技术改造项目，其供水包括生产用水、消防水与生活用水三个系 统，总用水量3 3 6 m 3 h ，其中生产用水3 1 6m 3 t l ，生活用水2 0m 3 h 。其中生产用水经使用后变为 以含油为特征的工业生产污水排出。 新厂区整个排水系统设置有含油废水、生产废水、生活污水( h w ) 、雨水与假定净水( 如锅 炉排污水等) 四个排水系统( 雨水与假定挣水不进入污水处理厂) ，进入污水处理厂总排水量2 9 6 m 3 1 1 。其中：含油废水2 2 3m 3 h ，指各生产装景排污点生产过程中排出的废水、罐区切水、循环 水排污、初期雨水等；生产废水5 1m 3 h ，指冷却水等较洁净下水：生活污水2 2m 3 1 1 ，指食堂、 浴池、厕所等公共系统排水。按2 0 年重现期及当地暴雨强度，厂区l o m i n 初期雨水量为1 2 x 1 0 4 m 3 。在生产装置区设围堰将该区域初期雨水引入污水处理厂。 本着清、污分流的原则，将生活污水、生产废水与假定净水分成两个系统，假定净水( 如锅 炉排污水，经降温室后只是某些离子浓度有变化：无阀滤池反冲洗水，只是浊度大) 可不经处理， 直接排到厂区外，而生活污水与生产废水均引入污水处理场进行处理。另外，生产装置中设置了 8 中国农业大学硕上学位论文第二章炼油厂水污染治理与排水系统 含硫、含氨废水系统，该废水经过预处理后，再虻入含油废水管道。初期雨水在冲刷地面后含有 污染物，在生产装置区设置闱堰，将该部分雨水引入含油废水管道。 因此，污水处理厂设置了4 个排水系统：含硫含氨废水、含油废水、生产废水、生活污水( h w ) 系统其中前三个统称含油污水( u w ) 系统。 2 3 污水处理工艺流程 该炼油厂的技术改造项目按照“环境影响报告书”及国家环保局对其的批复文件( 以r 简称 “环评人纲”) 要求，其新厂区建成后，新、老厂区总的污染物排放量不能增加，且新厂区排水 水质在满足国家污水排放标准的同时，还要适当考虑污水中n h 3 - n 和c o d 等的深度处理。为了 实现这一目标，达到高效、节能、低消耗的处理污水之目的，在污水管网的布设、隔油、浮选、 均质、生化等方面均采用了许多新技术、新工艺，其生化处理流程采用了二段生化法这一新举措， 即传统的活性污泥法和三沟交替运行式氧化沟串联j 二艺，以达到平稳运行和脱氮的目的。其污水 处理工艺流程见图2 - 1 。 图2 1 污水处理工艺流程 污水处理流程：含油污水( u w ) 由系统管网汇集，进入格栅井，由自动格栅除污机拦截大块 污物和沉砂后，靠重力进入隔油池，采用自然上浮分离，去除含油污水中浮油。再经一、二级浮 选池通过混凝气浮法去除乳化油，浮选池采用部分污水回流( 回流比5 0 ) 加压溶气t 艺。 生活污水( h w ) 由系统管网汇集，进入格栅井，由自动格栅除污机拦截大块污物和沉砂后， 与二级浮选池的山水混合；再顺序经过污水提升、均质后进入推流式曝气池和氧化沟通过生化单 9 中国农业入学硕上学位论文 第二章炼油厂水污染治理与排水系统 元进一步去除污水中有机物，合格斤排放。 2 3 1 污水处理厂 该污水处理厂与主体装置“三同时”建成，是在总结现有“老三套”经验基础之上，按新厂 区实际情况结合国内外新技术、新工艺而开发的新流程在工程实践中的推广应用。占地4 3 公顷 ( h a ，6 4 5 亩) ，投资4 4 0 0 万元，设计处理能力3 2 0 m 5 h ，其中工业废水3 0 0m 3 h ，生活污水2 0 m h ，平均每处理lm h 污水，占地1 3 4 4 m 2 ( 0 2 0 亩) ，投资约1 3 7 5 万元。处理后出水排入 周边河流( 该河流为国家地面水i i 类水域) ，出水水质执行中华人民共和国污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 - 9 6 ) 一级标准”。污染物最高允许排放浓度如表2 - 2 所示。 表2 - 2 污染物最高允许排放浓度( m g l ) 污水处理厂根据所需处理的含油污水的原水成分和浓度，以及要达到的污水综合排放标准 设计修筑了各类不同的构筑物，其规格见表2 - 3 。 表2 - 3 污水处理厂构筑物规格表 1 0 主量查兰尘：罂_ 上：竺兰兰兰三三箜鎏 銮互銎鎏：之：銮主釜 表2 - 3 污水处理厂构筑物规格表( 续) 污水处理厂构筑物布置的相对位置见高程布置图2 2 所示。 2 3 2 设计特点及主要参数 污水处理流程的组合，遵循先易后难、先简后繁的规律，即首先去除大块垃圾和漂浮物质， 然后再依次去除悬浮固体、胶体物质及溶解物质。亦即，首先使用物理法，再用化学法，最终使 用生物处理法。 首先用格栅去除大块垃圾和漂浮物质，采用德国琥珀公司r o 系列l 型细格栅，该格栅运行 平稳，自动清除漂浮物。 其次用隔油池去除油类物质，传统的平流式隔( 除) 油池，在我国使用广泛，构造简单”1 ， 除油效果稳定，便于运行管理，但池体大占地面积多。斜板( 管) 隔油池的设计依据是浅池沉 淀理论，是七十年代发展起来的一种重力分离式含油污水除油装置，运行费用低、油类回收率高。 主要构件为多层波纹形板所构成的斜置波纹板组。含油污水在板与板间的平行流道中流过，由于 浮力作用，油滴上浮，碰到板面，即在板f 聚集并沿斜板向上移动，聚成大油滴而浮升至水面。 斜板隔油池中流道当量直径较小，可在较高处理量f 仍保持层流状态，并具有很大的油滴浮升面 积，因而除油效率较高。当斜板的间距为3 0 m m 时，能够将上浮速度大丁0 1 8 m m s ( 或粒径在 6 0 9 i n 以上) 的油粒全部去除。由于斜板隔油池回收的油质量很好，在提高隔油池除油率的同时， 增加了隔油池对油的回收量，进而也提高了经济效益”“。隔油池水力参数见表2 4 。 表2 - 4 隔油池水力参数 参数 数值 有效容积疗 长度m 宽度m 有效水深m 超高m k 宽比 表面积m 2 水平流速m h 水力停留时间h 垴5 5 o 0 l 5 3 7 跪屯卫l p 们& 邑 ：雪坚些銮誊筌圭：竺鲨兰兰三：鉴翌：蛮鎏蓥鎏耋：釜銮至苎 j t 司 嚣 层 群 鞭 妞 一 潮 l 舞 1 蚓 l 齄 i 搿 搀 “二 圈 驰 框 副 嗣 * 蜒 “ 刊 匝 ，瓢籍叫陌悼 中国农业大学硕士学位论文第二章炼油厂水污染治理与排水系统 隔油池采用平流斜板式，前段为平流式( a p l ) ，有效长度为2 2 5 米。后段为斜板式( c p i ) ， 有效长度为2 5 米。考虑到隔油池内可能出现的偏流、紊流、异重流等因素影响，在隔油池的平 流段与斜板段前均加了配水花墙和配水板。在水量稳定时，证明这些设旅都是1 f 常有效的。但是 出现水量的波动，即水量冲击负荷的改变，往往会对浮选池造成很严重的冲击。 采用浮选工艺是为去除水中悬浮物、乳化油等物质。污水经提升后是均质工艺，均质是石化 污水处理中不可缺少的一步，可有效地缓解冲击负荷，对污水二级处理的核心构筑物生物单 元处理的稳定运行具有很重要的意义。正因为如此，近年来，石化工业污水处理的调节时间逐步 提高到1 2 h 一2 4 h 。一座3 0 0 m 水量的污水处理场，一般调节容量达5 0 0 0 m 3 或更大。考虑到占 地面积，大多采用大型钢罐。济南厂首先采用该工艺，对国内许多厂有示范作用。 本项目因为生活污水直接与浮出水混合进入均质罐( 类似a b 工艺，直接利用排水系统的微 生物) ，还具有左除生活污水中泥沙的作用。利用均质罐还可调节水温，使之在满足活性污泥法 的同时，又降低能耗。 最后是生化处理单元，设计中考虑了实际运行中可能水量极不均衡因素，尤其是生活污水， 时变化系数很大。污水处理厂所有构筑物的水力参数见表2 5 。 表2 5 污水处理构筑物状况 时自单问有效部分 二段生化法技术实现了传统推流式鼓风曝气工艺与当今先进的三沟式氧化沟t 艺的有机结 合，具有广泛的应用前景，该污水处理厂经过运行调试，通过了国家环保局组织的验收，并且各 项指标均处于国内先进水平( 本装置为国内运用三沟式氧化沟工艺处理含重质油污水的第一家， 处理炼油厂污水的第二家) 。本文将以实际运行数据为基础，用理论联系实际的方法，对每一个 处理单元分别进行分析对比，总结一些经验教训，以使污水处理工艺设计与运行管理的数据迸一 步科学化，相信该处理流程对炼油厂污水处理的工艺设计与运行管理具有一定的指导意义。 污水处理厂总平面图见图2 3 。 在满足“环评大纲”要求的同时考虑将来污水深度处理，回用于循环水补充水的可能性，在 设计时预留发展空间；同时要求考虑将来厂区生产装置扩大生产规模，污水处理厂增加