近年來,原油重質化、劣質化的問題日益嚴重,為提高采輸率,注水和注劑的加注量均在不斷增加,這使電脫鹽污水的水質更加復雜;同時,為提高原油利用率,回收的重污油經初步處理后被摻回到原油中混煉,進一步加劇原油乳化,也使電脫鹽污水的水質劣化。電脫鹽污水治理面臨的形勢愈加嚴峻。為了減小下游工業污水處理單元的壓力,滿足相關排放要求,電脫鹽污水處理技術得到了不斷發展和進步。
電脫鹽污水處理技術
石化企業通常針對電脫鹽污水單獨設立預處理設施,經有效預處理后的污水排入石油煉制綜合污水處理廠進行處理,也有少數企業將電脫鹽污水同其他種類的煉油污水一并進行預處理。這體現了分流分質處理的原則,不僅具有經濟性,也能減輕下游綜合污水處理廠的壓力,促進石化污水的最終達標排放及回用。
1.電脫鹽污水預處理技術
石化企業關注的電脫鹽污水的排污指標主要為石油類物質濃度和COD,各廠設置了排放到下游處理單元的內部水質指標,一般要求石油類物質質量濃度不高于200mg/L,COD不高于1500mg/L。目前,在各石化企業中成熟應用的電脫鹽污水預處理技術包括重力分離、化學破乳、油水旋流分離器分離、超聲波破乳等工藝及其組合工藝。
2.重力分離技術
重力分離技術基于油-水密度差,依靠重力作用實現污水中油類物質的去除,是電脫鹽污水油水分離處理中最簡單和最常用的技術。根據stokes公式,水的沉降速度取決于油中水粒子的大小、油與水的密度差和油的黏度。增加油-水兩相間的密度差和油滴粒徑、減小污水黏度都有助于提高該方法的除油效率。此外,停留時間也是重要的影響因素。重力分離技術主要用于去除粒徑大于60μm的懸浮油滴,而不能去除呈均勻穩定態的溶解油和呈乳液狀態的乳化油。主要設備是儲罐和隔油池,常用的為平流式隔油池(API)、斜板式隔油池(PPI)和波紋斜板隔油池(CPI)。該方法需要較長分離時間,所需罐體的體積很大,增加了處理成本,尤其是在原油劣質化較嚴重時,重力分離技術對電脫鹽污水的預處理達不到理想效果。
3.化學破乳技術
化學破乳技術是指向電脫鹽污水中加入破乳劑(清油劑),破乳劑通過與油水界面膜發生相互作用,改變界面膜性質,降低油水的界面張力,實現破乳,隨后通過沉降或氣浮的方法來實現油水分離。目前含油污水破乳除油的機理主要歸為以下幾類:頂替或置換機理;潤濕增溶機理;褶皺變形機理;高分子吸附碰撞機理;中和界面電荷機理和反相變形機理等。該方法可用于去除依靠重力沉降不能分離的乳化狀油滴。選擇合適的破乳劑具有關鍵作用,要兼具高效性和經濟性。目前,高效破乳劑的開發及其破乳機理是熱點研究問題。
4.旋流分離技術
旋流分離器在油水分離方面的工業應用始于20世紀80年代,應用較多的為切向旋流分離器。油水混合液在旋流分離器內高速旋轉,產生幾千倍于重力場的離心力場。在離心力的作用下,密度大的水被甩向四周,順著壁面向下運動,作為底流排出;密度小的油被帶到中間并向上運動,最后作為溢流排出,從而達到油水分離的目的。旋流分離器能夠用于分散油和輕度(或不穩定)乳化油的分離,但當分散油滴直徑小于15μm時,水力旋流器會存在分離效率低的問題。
5.超聲波破乳技術
超聲波破乳主要依靠超聲波的機械振動作用、空化作用和熱作用,破壞油水界面,促使油滴凝結,加速油滴上浮,從而實現油水分離。由于超聲波在油和水中均具有較好的傳導性,故這種方法適用于各種類型的乳狀液。作為一種簡單和高效的技術,近年來超聲輻照常被用于強化原油破乳和脫鹽。聲強、超聲波頻率、輻射時間和溫度等都會影響超聲波破乳的效果。
在石化企業中,電脫鹽污水的預處理中通常分兩步來完成,首先單獨預處理(少數情形下與水質相似的污水共同進行預處理),之后與其他的石化污水一起進行二級處理及深度處理。這不僅具有經濟性,也能滿足達標排放的要求。
電脫鹽污水預處理技術以物理化學方法為主,主要包括重力分離、旋流分離器分離、化學破乳和超聲波破乳等技術及其組合技術。這些技術在石化企業取得了較好的應用成果,預處理出水的石油類物質質量濃度小于等于200mg/L,COD小于等于1500mg/L,有效減輕了下游污水處理單元的污染負荷及所受沖擊。電脫鹽污水的水質受原油性質、電脫鹽工藝及其操作條件和管理水平等因素的影響。改進原油開采技術、提高電脫鹽裝置的運行和管理水平可從源頭上改善電脫鹽污水的水質,而進一步開發和應用先進處理技術對有效控制電脫鹽污水的污染具有積極意義。
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