干貨!石化廢水處理工藝的分析
石化廢水是指石油化工廠排放的廢水。廢水量大,除生產(chǎn)廢水外,還有冷卻水和其他水;廢水成分復(fù)雜,由于石化產(chǎn)品多,反應(yīng)過程和單元操作復(fù)雜,廢水性質(zhì)復(fù)雜多變。該廢水含有高含量的有機(jī)物,尤其是碳?xì)浠衔锛捌溲苌?,并含有多種重金屬。在加快石化工業(yè)發(fā)展的過程中,必須高度重視污染防治,這對石化工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
石化廢水的組成和來源
石化廢水中污染物種類繁多,導(dǎo)致污染成分豐富。根據(jù)不完全檢測,可以知道石化廢水中有油、硫、酚、氰化物、COD、多環(huán)芳烴、芳香胺和雜環(huán)化合物。
1.含油廢水
主要來源:在工藝過程中產(chǎn)生的冷凝水、中水、生成水、洗油水、油船壓載水、循環(huán)冷卻水、油氣冷凝水、焦化除焦廢水和被油污染的地表水。
2.含酚廢水
主要來源:常減壓延遲焦化、催化裂化和苯酚丙酮、間甲酚、雙酚a等生產(chǎn)裝置。
3.含硫廢水
主要來源:煉油廠二次加工裝置、分離罐排水、油氣冷凝分離聯(lián)合裝置、水和芳烴。
4.氰化物廢水
主要來源:丙烯腈裝置、腈綸裝置聚合車間、紡絲車間和回收車間、丁腈橡膠裝置的排水。
5.含醛廢水
主要來源:乙醛裝置、維尼綸拉絲裝置、醋酸乙烯裝置、甲醛裝置等。
6.含苯廢水
主要來源:苯廠、苯乙烯廠、聚苯乙烯廠、乙苯廠、烷基苯廠和乙烯廠的裂解急冷水洗滌廢水。
7.含酸和堿的廢水
主要來源:煉油廠和石油化工廠的洗滌水、成品罐的切割水、鍋爐水處理排水和酸堿汞室的排放水。
石化廢水的危害
石化廢水中含有大量有毒有害物質(zhì),特別是其中的一些成分能與土壤中的磷、氮元素緊密結(jié)合,導(dǎo)致土壤中磷、氮元素嚴(yán)重不足,從而對植物的正常生長造成嚴(yán)重的不利影響。石化廢水還含有大量的重金屬元素,如砷、鉻、鎳、鈹?shù)?。水一旦進(jìn)入人體,會大大增加癌癥的發(fā)病率,對人的健康產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響。沒有處理石化廢水排入河道,水中的含氧量會大大降低,對水中動植物的正常生長發(fā)育產(chǎn)生不利影響。而且水中的微生物在降解石化廢水中的有機(jī)物時,會大量消耗水中的溶解氧,從而破壞水中的溶解氧平衡,不利于動植物的長期發(fā)展。
石化廢水處理工藝
目前石化、煉油廢水處理工藝根據(jù)/[K31/]原理可分為物理處理、化學(xué)處理和生化處理。
一.物理方法
物理處理法是通過物理作用分離回收廢水中不溶性懸浮污染物(包括油膜和油珠)。常用的方法有油分離、氣浮和超濾。
1.油分離罐
隔油池是石化廢水中常見的處理工藝裝置。根據(jù)沸水中懸浮物相對密度與水不同的特點(diǎn),去除懸浮物。
這種方法只能去除以較大顆粒為主的水滴或油滴處理,成本低但效率一般。
臥式隔油池和斜板隔油池在我國應(yīng)用廣泛。
2.充氣浮選
氣浮:利用高度分散的微小氣泡作為載體,粘附廢水中的懸浮固體,使其在氣泡升至水面時被去除。其處理對象為乳化油和疏水性細(xì)固體懸浮物。
化學(xué)藥劑浮選法:在廢水中加入化學(xué)藥劑,選擇性地將親水性污染物轉(zhuǎn)化為疏水性污染物,然后通過氣浮去除。
在石化廢水處理中,隔油絮凝后往往設(shè)置氣浮,應(yīng)用廣泛。
3.吸附法
吸附是利用固體物質(zhì)的多孔性,使廢水中的污染物附著在其表面并將其去除的方法。常用的吸附劑是活性炭,能有效去除廢水的色度、異味和COD,但處理成本較高,容易造成二次污染。在石化廢水處理中,吸附往往與臭氧氧化或絮凝相結(jié)合。
4.剝離剝離法
通過向廢水中通入載氣,使兩相充分接觸,廢水中的溶解氣體和揮發(fā)性溶質(zhì)通過氣液傳質(zhì)進(jìn)入氣相,從而去除污染物。
石化廢水中需要汽提和汽提的兩種主要污染物是H2S和氨,主要來源于脫硫、脫氮和加氫過程中破壞的有機(jī)氮和有機(jī)硫組分處理。
這種方法也能去除苯酚,但效率低于硫和氮。
5.薄膜分離
膜分離是以功能膜為分離介質(zhì),實(shí)現(xiàn)液體或氣體的高度分離和凈化的現(xiàn)代高新技術(shù),主要包括反滲透、納濾、超濾和微濾。能有效去除廢水的色度和異味,去除多種離子、有機(jī)物和微生物。與現(xiàn)有的分離過程相比,膜分離過程在液體凈化、濃縮和分離領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢。大多數(shù)膜分離過程沒有相變,并且在室溫下操作。并且流程簡單,出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠,占地面積小,操作全自動化。號稱“21世紀(jì)水處理技術(shù)”,但需要的投資大,需要的污水處理量小。
二?;瘜W(xué)方法
在污水中加入某種化學(xué)物質(zhì),通過化學(xué)反應(yīng)將污水中的污染物分離回收。常用的方法有混凝、氧化和電解等。
1.化學(xué)凝聚法
絮凝是在廢水中加入某種絮凝劑,使難沉淀的膠體懸浮顆?;蛉榛廴疚锸シ€(wěn)定性,在相互碰撞作用下,聚集、聚合或重疊形成較大顆?;蛐躞w,使污染物更容易下沉或上浮而被去除的方法??扇コ腆w懸浮物、膠體、可溶性重金屬鹽、有機(jī)物、油和顏色等。混凝處理受廢水的pH值、堿度、污染物數(shù)量、顆粒大小、溫度和攪拌的影響。
在石化廢水處理中,絮凝通常與氣浮或沉淀相結(jié)合,用于生化處理的前置處理或深度處理。
2.電解法
基本原理是在電流的作用下,陽極表面生成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基,將難降解有機(jī)物氧化成CO2和H2O。該方法具有氧化能力強(qiáng)、操作簡單、易于控制、無二次污染等優(yōu)點(diǎn),越來越廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)廢水處理。
利用這種反應(yīng),污染成分可以生成不溶于水的沉淀物,或者生成的氣體從水中溢出,從而使廢水得到凈化。
3.氧化法
氧化法是通過廢水中的污染物與氧氣發(fā)生反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)處理石化廢水。其中光催化氧化是目前比較新的處理技術(shù)。通過使用半導(dǎo)體材料作為催化劑,污染物在光照條件下被氧氣氧化還原,然后被有效去除。
三。生物方法和組合工藝
生物法是通過微生物代謝將廢水中的有機(jī)污染物以溶液、膠體和微懸浮體的形式轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定無害的物質(zhì),可分為好氧處理法和厭氧處理法及其各種組合工藝。
1.厭氧生物處理
化工廢水COD高,可生化性差。為了提高后續(xù)處理的可生化性,通常先進(jìn)行厭氧預(yù)處理處理。厭氧處理具有污泥產(chǎn)量小、運(yùn)行費(fèi)用低、生產(chǎn)率高、操作簡單等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是啟動時間長、運(yùn)行不穩(wěn)定。
A.升流式厭氧污泥床
升流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器具有污泥濃度高、有機(jī)負(fù)荷高、水力停留時間短、運(yùn)行費(fèi)用低、操作簡單等特點(diǎn)。但反應(yīng)器啟動時間長,對顆粒污泥培養(yǎng)條件要求嚴(yán)格,常用于高濃度有機(jī)廢水處理。
B.厭氧附著膜膨脹床
厭氧附著膜膨脹床反應(yīng)器是一種新型高效厭氧消化裝置。其床層以一定的膨脹率(10% ~ 20%)運(yùn)行,改善了反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)條件。并且載體的粒徑較小,可以為微生物的附著和生長提供巨大的表面積,使反應(yīng)器內(nèi)保持較高的微生物濃度。考察了不同溫度和水力停留時間下的運(yùn)行特性。結(jié)果表明處理石化廢水具有良好的處理效果。在一定溫度范圍內(nèi),提高溫度可以提高反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷和去除效果。
C.厭氧固定膜反應(yīng)器
厭氧固定膜反應(yīng)器裝有固定填料,可以截留和附著大量厭氧微生物。在固定填料的作用下,進(jìn)水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳,可以去除。具有微生物停留時間長、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、操作管理方便等優(yōu)點(diǎn)。
2.好氧生物處理
在石化廢水處理中,好氧處理方法較多,但單獨(dú)使用好氧生物處理的很少,主要是與厭氧處理相結(jié)合。新開發(fā)的有氧處理方法主要有以下五種。
a.SBR工藝
序批式活性污泥法(SBR法)是一種不同于傳統(tǒng)活性污泥法的廢水處理工藝,按照給定的程序在反應(yīng)器中進(jìn)行充水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置。工藝系統(tǒng)中的好氧和缺氧狀態(tài)通過曝氣和停氣交替進(jìn)行。在COD降解的同時,氨氮的硝化和反硝化相繼進(jìn)行,達(dá)到同時脫碳和反硝化的目的。SBR工藝具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行方式靈活、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等一系列連續(xù)流系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
B.高效好氧生物反應(yīng)器
高效好氧生物反應(yīng)器(HCR)是第三代生物反應(yīng)器,結(jié)合了高速射流曝氣、強(qiáng)化相轉(zhuǎn)移和湍流剪切等技術(shù),具有深井曝氣和污泥流化床的特點(diǎn)。有學(xué)者將其用于處理石化廢水的中試研究。結(jié)果表明,HCR具有啟動快、氧利用率高、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、去除效果穩(wěn)定可靠、BOD去除率達(dá)75% ~ 85%等優(yōu)點(diǎn)。但由于HRT較短,氨氮去除率不高,且由于石化廢水的特殊性,反應(yīng)器中的污泥容易出現(xiàn)非絲狀菌膨脹,污泥沉降性能較差。與普通活性污泥法相比,HCR工藝的能耗較高,但在較短的HRT下,BOD去除率較高,適用于預(yù)處理工藝。
C.生物接觸氧化
接觸氧化是在生物濾池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種生物膜工藝。它兼有生物濾池和活性污泥法的特點(diǎn)。適應(yīng)負(fù)荷變化能力強(qiáng),不發(fā)生污泥膨脹,污泥產(chǎn)量少,占地面積小,模式靈活處理運(yùn)行管理方便。但負(fù)荷不宜過高,要采取防堵沖洗措施,產(chǎn)生大量原生動物(如輪蟲),容易造成生物膜瞬間脫落,影響出水水質(zhì)。
D.膜生物反應(yīng)器
膜生物反應(yīng)器是將膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的一種新型污水 處理裝置。這種處理方法的實(shí)質(zhì)是讓細(xì)菌和真菌、原生動物和后生動物等微型動物在填料或某些載體上生長繁殖。污水中的有機(jī)污染物作為營養(yǎng)物質(zhì)被生物膜上的微生物吸收,污水得到凈化,微生物自身得到增殖。
廣泛用于中水回用和工業(yè)廢水處理。用MBR裝置處理石化廢水,試驗(yàn)表明BOD、SS、濁度去除率達(dá)到98%,COD去除率達(dá)到91%,石油類、氨氮、磷的處理效果也優(yōu)于常規(guī)二級污水處理,穩(wěn)定性好。
E.懸浮填料生物反應(yīng)器
懸浮生物反應(yīng)器是一種新型的生物膜反應(yīng)器,其核心是一種能在反應(yīng)器中保持懸浮狀態(tài)的特殊填料。該反應(yīng)器操作簡單,曝氣透水性好,具有碰撞和氣泡切割功能??梢詮?qiáng)化微生物、污染物和溶解氧的傳質(zhì),提高氧的利用效率,對曝氣和布水無特殊要求。夏四清等人利用其處理石化廢水。試驗(yàn)結(jié)果表明,懸浮填料生物反應(yīng)器具有較強(qiáng)的充氧能力和抗負(fù)荷沖擊能力。當(dāng)填料投加量為50%時,在與普通曝氣池相同的條件下,反應(yīng)器的充氧能力可提高到無填料反應(yīng)器的兩倍以上,污染物去除效果好,出水水質(zhì)穩(wěn)定。當(dāng)填料投加量為50%,水力停留時間為8h時,COD、氨氮、濁度和SS的去除率分別為75.0%、85.2%、85.7%和86.2%。多級懸浮填料生物反應(yīng)器處理石化廢水可以進(jìn)一步提高污染物尤其是氨氮的去除效果。
3.組合工藝
石化廢水具有污染物種類多、生物抑制物質(zhì)多、水質(zhì)復(fù)雜的特點(diǎn)。采用單一的好氧或厭氧處理很難滿足排放要求,厭氧(或缺氧)與好氧工藝處理的組合是有效的,應(yīng)用廣泛。
A.采用A/O工藝 A/O1、O2工藝處理石化廢水新組合,系統(tǒng)由膜缺氧、污泥好氧和膜好氧組成。
B.UASB反應(yīng)器和曝氣池處理石化廢水厭氧-好氧組合工藝運(yùn)行穩(wěn)定,污染物去除率高。
C.采用HOBAF工藝處理石化廢水結(jié)合水解酸化-好氧生物處理-曝氣生物濾池,處理效率高,出水水質(zhì)好,COD和氨氮的去除率分別為92.8%和73.4%,油
D.采用缺氧-兼氧-好氧二級生物處理工藝處理石化廢水。缺氧采用水解酸化,兼氧采用投加高濃度活性污泥法,好氧采用接觸氧化法。運(yùn)行效果穩(wěn)定可靠。
總結(jié):
化工廢水成分復(fù)雜,污染物濃度高,難降解,嚴(yán)重污染環(huán)境。單處理工藝幾乎不能滿足水質(zhì)排放要求。在實(shí)際應(yīng)用中,油分離、氣浮、絮凝、厭氧、好氧、吸附和膜分離等方法被廣泛應(yīng)用,它們的組合是高效實(shí)用的。一般采用物化預(yù)處理處理和厭氧+好氧二級處理。如果要再利用,要結(jié)合吸附、膜分離等深度處理。高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能處理技術(shù)的研究和不同工藝有效組合的系統(tǒng)開發(fā)是石化廢水處理技術(shù)研究的主要內(nèi)容和發(fā)展方向。
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