CN111170394B - 含油污水清洁处理中挥发性有机物减排方法和装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及含油污水清洁处理中挥发性有机物减排方法和装置，提供了一种含油污水清洁处理中挥发性有机物减排方法，该方法包括以下步骤：(a)对含油污水进行旋流分离，利用旋流负压脱除挥发性有机物，以降低挥发性有机物气体在污水中的溶解度；(b)对步骤(a)中经旋流分离得到的含油污水进行形状聚结分离，使油破乳聚合，其中不需鼓入压缩气体，不产生因压缩气体鼓入排放的挥发性有机物；(c)步骤(b)中得到的出水直接进入生化系统，取消气浮单元；以及(d)对步骤(a)中旋流分离产生的挥发性有机物微负压收集并输送至低压瓦斯系统。还提供了一种含油污水清洁处理中挥发性有机物减排装置。

Description

含油污水清洁处理中挥发性有机物减排方法和装置

技术领域

本公开属于石油化工、环保领域，涉及一种含油污水清洁处理中挥发性有机物(VOCs)减排方法和装置。具体地说，本公开涉及旋流脱气和油水分离组合的含油污水处理方法。本公开还涉及一种含油污水清洁处理中VOCs减排的装置。

背景技术

石化企业从VOCs排放途径大体可以分为两大类，一类属于有排放口的有组织排放环节，包括燃烧烟气、工艺有组织中生产装置的废气排放、火炬排放等；一类属于逸散类型的无组织排放环节，主要包括设备动静密封点泄漏、储罐排放、装载环节排放以及废水收集和处理过程排放，其中废水收集和处理过程VOCs的排放量在石化企业所有排放源中占有重要地位。

石化废水的处理通常包括隔油、气浮和生化处理三部分。其中气浮单元需鼓入大量空气，以1000m³/h的含油污水处理规模，其气浮单元鼓入空气量约为8100Nm³/h，会产生大量的VOCs气体。另外，在含油废水处理过程中大部分构筑物尽管进行了加盖处理，但是在操作运行过程中，仍然存在VOCs气体的泄露问题。

目前，炼厂含油污水在处理过程中普遍存在的问题有：1、预处理设备多为构筑物，占地面积较大，且流程较长，增大了VOCs的扩散空间。2、气浮工艺需鼓入大量空气，且相关构筑物密闭性较差，运行过程中，导致大量VOCs泄漏，存在较大的环境污染和安全隐患。

针对含油污水中VOCs后续处理问题，石化行业的处理技术分为可逆回收技术和不可逆消除技术两大类：回收技术是通过物理的方法改变温度、压力或采用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来富集分离有机污染物，包括冷凝法、固体吸附法、液体吸收法及膜处理技术等；消除技术是通过化学或生化反应，用热、光、催化剂或微生物等将有机物转变为二氧化碳和水等无毒无害无机小分子化合物的方法，主要包括直接氧化法、催化燃烧法、生物法低温等离子体破坏和光催化氧化技术等。

中国专利CN103599641B提供了一种换热耦合旋流进行脱除溶解气的方法，利用压力梯度场将物理溶解气分离和依靠温度场将部分化学溶解气体分离，表明了旋流器脱除溶解性气体具有可操作性。

中国专利申请CN107469550A提供了一种集成冷凝和吸附的VOCs处理方法，采用冷凝系统和吸附系统组合的工艺对VOCs进行处理，其冷凝系统由冷箱和制冷机组组成，吸附系统由内置活性炭床层的吸附罐及冷却管组成。

中国专利CN106090948A提供了一种VOCs废气处理系统，采用催化燃烧的工艺对废气进行脱除VOCs，再经循环空气净化装置进一步处理后外排。

中国专利CN204395758U提供了一种VOCs废气的治理装置，包括净化洗涤塔、消除由洗涤塔导出的VOCs废气中有机物的低温等离子净化装置以及为VOCs废气的流通提供动力及排出通道的引风装置，还包括对VOCs废气进行干燥处理的脱水塔。

图1示出了含油污水的传统处理工艺流程图。如图1所示，含油污水首先进入调节罐1，在调节罐中实现油、泥、水的初步分离；调节罐出水进入隔油池13，进一步分离油、泥、水；隔油池出水进入浮选池11，去除分散油和悬浮颗粒物；浮选池出水进入A/O(缺氧/好氧)生化池4，利用微生物去除废水中的有机物；生化池出水进入二沉池12进一步沉积；二沉池出水进入深度处理设备5做进一步处理，得到净化水；其中，调节罐、隔油池和浮选池处理得到的油泥去焦化，VOCs去低压瓦斯系统，调节罐和隔油池处理得到的油去油回收系统，二沉池沉降的活性污泥部分返回生化池继续处理，部分去剩余污泥处理系统。该传统的处理工艺需添加药剂和鼓入压缩空气，会产生大量VOCs，并存在挥发泄露问题。

虽然现有的VOCs处理工艺针对VOCs处理方法上的广泛研究正不断深入，但是涉及VOCs的源头减排的工艺和装置较少。针对VOCs的成分复杂，污染重，难处理的问题，本领域迫切需要开发一种从VOCs的源头减排为切入点的取消气浮单元的工艺和装置，以实现不鼓空气，减少VOCs的排放量。

发明内容

本公开提供了一种新颖的含油污水清洁处理中挥发性有机物减排方法和装置，从而解决了现有技术中存在的问题。

一方面，本公开提供了一种含油污水清洁处理中挥发性有机物减排方法，该方法包括以下步骤：

(a)对含油污水进行旋流分离，利用旋流负压脱除挥发性有机物，以降低挥发性有机物气体在污水中的溶解度；

(b)对步骤(a)中经旋流分离得到的含油污水进行形状聚结分离，使油破乳聚合，其中不需鼓入压缩气体，不产生因压缩气体鼓入排放的挥发性有机物；

(c)步骤(b)中得到的出水直接进入生化系统，取消气浮单元；以及

(d)对步骤(a)中旋流分离产生的挥发性有机物微负压收集并输送至低压瓦斯系统。

在一个优选的实施方式中，该方法还包括以下步骤：对步骤(a)中经旋流分离得到的含油污水进行沸腾床分离，以去除含油污水中的分散油、泥和砂。

在另一个优选的实施方式中，含油污水来水压力不低于0.15MPa。

在另一个优选的实施方式中，当含油污水中石油类浓度不高于20000mg/L时，所述步骤(b)除油后，石油类的浓度降至20mg/L或更低。

在另一个优选的实施方式中，通过步骤(a)和(b)，避免了含油污水中至少60％的烃类在传统预处理单元中的泄漏和扩散，而是通过烃类形式被分类集中收集。

另一方面，本公开提供了一种含油污水清洁处理中挥发性有机物减排装置，该装置包括：

装有旋流器的调节罐，用于对含油污水进行旋流分离，利用旋流负压脱除挥发性有机物，以降低挥发性有机物气体在污水中的溶解度；

与调节罐连接的沸腾床分离器，用于对经旋流分离得到的含油污水进行沸腾床分离，以去除含油污水中的分散油、泥和砂；

与沸腾床分离器连接的形状聚结器，用于对经沸腾床分离得到的污水中乳化油进行破乳、聚结、分离和收集，其中不需鼓入压缩气体，不产生因压缩气体鼓入排放的挥发性有机物；以及

与形状聚结器连接的AOH(旋流强化缺氧/好氧)生化池，用于去除形状聚结器出水中的有机物，其中取消了气浮单元。

在一个优选的实施方式中，该装置还包括：与AOH生化池连接的深度处理设备，用于对经生化处理得到的出水进一步深度处理。

在另一个优选的实施方式中，所述调节罐顶部为微负压；所述调节罐入口处装有一个或多个旋流器。

在另一个优选的实施方式中，所述形状聚结器采用X、Ω型纤维编制方法的亲水疏油和亲油疏水的模块化内件。

在另一个优选的实施方式中，所述沸腾床分离器和形状聚结器替代气浮单元，从源头上实现挥发性有机物减排。

有益效果：

本发明的方法和装置的主要优点在于：

本发明利用旋流场内压力梯度场实现溶解性VOCs气体的脱除，且所用装置均为壳装式，克服了现有处理工艺中VOCs挥发泄露的问题；本发明方法能够取代气浮单元，实现不鼓入压缩空气，不产生因曝气带出的VOCs气体，从源头上实现VOCs减排。

附图说明

附图是用以提供对本公开的进一步理解的，它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本公开，并不构成对本公开的限制。

图1示出了含油污水的传统处理工艺流程图。

图2是根据本发明一个实施方式的含油污水清洁处理中挥发性有机物减排的工艺示意图。

图3是根据本发明一个实施方式的旋流脱气示意图。

具体实施方式

本申请的发明人经过广泛而深入的研究后发现，目前国内对含油污水的常用的处理方法是隔油、浮选和生化的组合工艺，但是在处理过程中存在大量的VOCs无组织泄露，其主要产生源在于罐区的“大小呼吸”排放、隔油池、气浮池以及生化单元的泄露；以1000m³/h的含油污水处理规模为例，其浮选池每小时需鼓入空气量8100Nm³，产生大量的VOCs气体，由于VOCs成分复杂，具有一定的处理难度，因此实现VOCs的源头减排具有重要意义；本发明提供了一种旋流脱气和聚结分离组合的VOCs减排工艺和装置；旋流器能够利用内部流场的压力梯度实现溶解性气体的脱除；聚结器能够利用X、Ω型纤维编制方法的亲水疏油和亲油疏水的模块化内件，实现对来水中乳化油的破乳、聚结、分离和收集；该组合工艺能够取代现有的浮选工艺，实现不鼓空气，减少VOCs的排放。基于上述发现，本发明得以完成。

在本公开的第一方面，提供了一种含油污水清洁处理中挥发性有机物减排方法，该方法包括以下步骤：

(a)在调节罐中应用旋流负压脱除VOCs，以降低VOCs气体在污水中的溶解度；

(b)应用形状聚结器，使油破乳聚合，其中不需鼓入压缩气体，不产生因压缩气体鼓入排放的VOCs；

(c)步骤(b)中得到的出水直接进入生化系统，取消了气浮单元；以及

(d)通过调节罐顶部微负压收集VOCs并输送至低压瓦斯系统。

在本公开中，含油污水来水压力不低于0.15MPa。

在本公开中，当含油污水石油类浓度不高于20000mg/L时，经步骤(b)破乳深度除油后，石油类的浓度降至20mg/L或更低。

在本公开中，通过步骤(a)和步骤(b)，避免了含油污水中60％或更高的烃类在传统预处理单元中的泄漏和扩散，而是通过烃类形式被分类集中收集。

在本公开中，通过步骤(a)、(b)和(c)取代气浮工艺，实现VOCs减排。

在本公开的第二方面，提供了一种含油污水清洁处理中挥发性有机物减排装置，该装置包括：

装有旋流器的用于对含油污水进行脱除VOCs气体和微负压收集VOCs的调节罐；

与所述调节罐连接的，用于去除含油污水中分散油、泥和砂等的沸腾床分离器；

与所述沸腾床分离器连接的，用于对来水中乳化油破乳、聚结、分离和收集的形状聚结器；以及

与形状聚结器连接的AOH生化池，用于去除形状聚结器出水中的有机物。

在本公开中，该装置还包括：与AOH生化池连接的深度处理设备，用于对经生化处理得到的出水进一步深度处理。

在本公开中，所述调节罐顶部为微负压，能够收集VOCs并输送至低压瓦斯系统。

在本公开中，所述调节罐入口处装有一个或多个旋流器，利用旋流场内部的压力梯度实现溶解性气体的脱除。

在本公开中，所述形状聚结器采用X、Ω型纤维编制方法的亲水疏油和亲油疏水的模块化内件，以实现对来水中乳化油的破乳、聚结、分离和收集。

在本公开中，所述预处理成套装置均为密闭设备，以从源头上抑制了VOCs的挥发。

在本公开中，所述沸腾床分离器和形状聚结器可替代气浮单元，实现不鼓空气，减少VOCs的排放量。

以下参看附图。

图2是根据本发明一个实施方式的含油污水清洁处理中挥发性有机物减排的工艺示意图。如图2所示，含油污水首先进入装有旋流器6的调节罐1，通过入口处的旋流器6进行旋流负压脱除VOCs，降低VOCs在污水中的溶解度，并分离含油污水及油泥中的油分，在调节罐中实现油、泥、水的初步分离；调节罐出水经离心泵10-2泵送进入沸腾床分离器2，采用沸腾床分离工艺对含油污水进一步处理，去除含油污水中的分散油、泥和砂等；所得含油污水经离心泵10-3泵送进入形状聚结器3进一步处理，实现对乳化油的破乳、聚结和分离；经过处理后的废水连同空气经离心泵10-4泵送进入AOH生化池4，以去除废水中的有机物；AOH生化池出水经离心泵10-6泵送进入深度处理设备5做进一步处理，得到净化水；经旋流负压脱除的VOCs气体通过调节罐1顶部微负压收集并输送至低压瓦斯系统；运行一段时间后，对沸腾床分离器进行反洗；其中，调节罐处理得到的油泥经离心泵10-1泵送油泥去焦化，VOCs去低压瓦斯系统，油去油回收系统；沸腾床分离器的顶部装有一个或多个旋流器7，以在沸腾床分离器的反冲洗过程中利用旋流分离器中颗粒自转与公转实现滤料再生，旋流分离器溢流返回调节罐继续处理；形状聚结器利用除油模块实现油水分离，并通过油包8集油，分离得到的油去油回收系统；AOH生化池利用活性污泥进一步处理聚结器出水，其中，内回流污泥经离心泵10-5泵送至旋流器9处理后返回生化池，二沉池沉降的活性污泥部分返回生化池循环利用，部分去剩余污泥处理系统。

图3是根据本发明一个实施方式的旋流脱气示意图。如图3所示，发明人通过实验研究发现，在旋流器圆柱段高度为柱段直径的0.5-3倍位置，旋流器内在径向存在明显的压力梯度，即径向位置从外到内压力逐渐减小；依据亨利定律，在该截面高度附近，旋流器外边壁液体压力高、中心压力低，外边壁在该分压下溶解气体可迁移到中心位置，将溢流气相出口设在该位置可将一定进口压力下液体中溶解的气体进一步进行脱除；即在本发明中，含油污水进入旋流器内时，由于旋流场内存在较大压力梯度差(径向自外到内压力逐渐降低)，物理溶解的气体(气泡)解析出，与油和水分离，解析出的气体在旋流离心力作用下向溢流口迁移，并进溢流口导出；排出的VOCs气体在调节罐微负压的作用下被收集，并输送至低压瓦斯系统。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1：

1.工艺流程

本实施例应用于某石化炼厂炼油区含油污水预处理系统中。本实施例中所用含油污水水质条件如下表1，其处理工艺流程如图2所示。

2.关键设备

该工艺流程中的关键设备为沸腾床分离器和形状聚结器，在实际应用中，可根据处理量的不同选择并联不同数量的设备，工艺关键设备均为壳装设备，便于运输安装。本实施例中采用沸腾床分离器耦合形状聚结器进行实验。

3.运行效果

含油污水水质条件见下表1：

表1：来水水质条件

采用预处理系统对含油污水进行连续实验，实验工况分为常规工况(油含量低于200mg/L)和冲击工况(油含量高于1000mg/L)，并测定其进水和出水的油含量，测定结果如下表2和表3所示。

表2：常规工况下进出水油含量

时间	进水油含量(mg/L)	出水油含量(mg/L)
			第1天	98.2	33.8
第2天	125	28.5
			第3天	76.9	29.4
第4天	47.2	21.3
			第5天	44.9	25.3

表3：冲击工况下进出水油含量

时间	进水油含量(mg/L)	出水油含量(mg/L)
			第1天	15000	41.1
第2天	10000	42.2
			第3天	5000	59.1
第5天	10000	55.3
			第6天	20000	65.2

通过进出水油含量分析结果看出，该预处理系统在冲击工况下能够密闭回收99％以上的油，有效抑制石油类的挥发，实现了含油污水VOCs的源头控制。

另外，本实施例应用在生化处理单元中，用于脱除A/O生化池进水及回流液中的溶解氧，采用多根并联的旋流器，在污水进入生化单元前，进行脱氧处理，经实验表明，经过旋流处理后，能够实验污水中溶解氧从5mg/L降低至0.2mg/L，有利于缺氧池的反硝化反应，能够强化脱氮效果。

本实施例采用该技术在溶氧富有有机物污水进入缺氧池之前，使得常温下达到液相出口污水溶氧量DO为0.2mg/L的分离效果，充分地脱除污水中的氧气及其他微小气泡。

含油污水的常规处理工艺为均质、隔油和浮选的组合工艺，其中浮选工艺中需添加大量药剂和鼓入压缩空气，以1000m³/h的含油污水处理规模，其浮选池需每小时鼓入空气8100Nm³，压缩空气的鼓入会产生大量的VOCs气体。

本实施例应用形状聚结器处理含油废水，能够满足生化进水的要求，不需要鼓入压缩空气，相比传统处理工艺，可每小时减少鼓入空气8100Nm³，减少因曝气带出的VOCs气体。

上述所列的实施例仅仅是本公开的较佳实施例，并非用来限定本公开的实施范围。即凡依据本申请专利范围的内容所作的等效变化和修饰，都应为本公开的技术范畴。

在本公开提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本公开的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本公开作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种含油污水清洁处理中挥发性有机物减排方法，该方法包括以下步骤：

（a）对含油污水进行旋流分离，利用旋流负压脱除挥发性有机物，以降低挥发性有机物气体在污水中的溶解度；

（b）对步骤（a）中经旋流分离得到的含油污水进行形状聚结分离，使油破乳聚合，其中不需鼓入压缩气体，不产生因压缩气体鼓入排放的挥发性有机物；其中，所述形状聚结分离使用形状聚结器进行，该形状聚结器利用除油模块实现油水分离，并通过油包集油；

（c）步骤（b）中得到的出水直接进入生化系统，取消气浮单元；以及

（d）对步骤（a）中旋流分离产生的挥发性有机物微负压收集并输送至低压瓦斯系统，

该方法还包括以下步骤：对步骤（a）中经旋流分离得到的含油污水进行沸腾床分离，以去除含油污水中的分散油、泥和砂。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，含油污水来水压力不低于0.15MPa。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当含油污水中石油类浓度不高于20000mg/L时，所述步骤（b）除油后，石油类的浓度降至20mg/L或更低。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过步骤（a）和（b），避免了含油污水中至少60%的烃类在传统预处理单元中的泄漏和扩散，而是通过烃类形式被分类集中收集。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形状聚结器采用X、Ω型纤维编制方法的亲水疏油和亲油疏水的模块化内件。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，沸腾床分离器和形状聚结器替代气浮单元，从源头上实现挥发性有机物减排。

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