CN112678975B - 去除含油污水中硝化抑制物的方法与装置 - Google Patents

去除含油污水中硝化抑制物的方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于污水中硝化抑制物的去除技术领域，具体的涉及一种去除含油污水中硝化抑制物的方法与装置。向污水中混入精制轻质油，搅拌使油水均匀混合；将油水混合液送至油膜吸附过滤装置进行处理，通过将亲水疏油纤维制作成膜结构，卷成桶状即形成膜组件；油水混合液通过膜组件进行过滤分离；将油膜吸附过滤后收集的油送至精馏塔，精馏去除杂质后的油循环用于油水混合工序，精馏塔底部废液送往焚烧炉进行无害化处置。本发明所述的去除含油污水中硝化抑制物的方法，可有效降低含油污水中的油类、硝化抑制物的含量，使出水具有良好的可生化性，为进一步采用生化处理工艺提高污水水质，实现外排污水总氮、氨氮等指标的全面达标，创造了良好的基础。

Description

去除含油污水中硝化抑制物的方法与装置
技术领域
本发明属于污水中硝化抑制物的去除技术领域，具体的涉及一种去除含油污水中硝化抑制物的方法与装置。
背景技术
随着我国现代化进程深入，对石油与石油衍生产品的使用越来越多，促进了炼油行业的飞速发展。然而，由于炼油企业加工原油品种多样化，劣质化程度的增高和加工深度的不断延伸，炼油废水的污染物成分日趋复杂，浓度变化较大，处理难度增大。目前，国内炼油企业所采用的含油污水处理工艺流程主要设计为隔油+气浮+生化+高级氧化四部分，从实际的运行状况来看，污水处理厂的外排污水常受来水水质波动，工艺流程设计存在缺陷及人员操作等因素的影响无法满足既降解有机污染物又脱除水中氨氮、总氮的环保要求，难以实现自主稳定的达标排放。
在众多影响炼油污水处理效能的指标中，硝化和反硝化抑制物对生物脱氮反应有显著的影响。通过中国知识网络服务平台检索发现，有92种物质对硝化具有抑制或毒性作用。有机类硝化抑制物大多是含氮含硫的杂环、多环、非对称结构有机物，无机类硝化抑制物主要是重金属离子。另有50种生物脱氮抑制物，主要包括酚类，吡啶酮类、哌啶酮类、油类、难降解COD等。
有关炼油污水组成的专题报道表明，大多数含硫污水原水含酚类物质占有机物含量的80％以上，高浓度的苯酚对硝化反应就有显著的抑制作用。哌啶酮类有毒，具有显著但不是很强的碱性，在环境中不易被生物降解，大于7mg/L时，对硝化反应就有50％的抑制作用。从有关试验和污水处理厂的运行经验来看，污水经过常规的“隔油+气浮+匀质”这些措施进行预处理后，其中所含有的酚类、吡啶酮、哌啶酮等物质不能有效的去除，直接进入后续的生化系统，抑制微生物的“硝化-反硝化”作用，导致总氮、氨氮超标排放。因此，对污水进行预处理，减少硝化抑制的含量，是确保污水处理场平稳运行的有效措施。
目前，溶剂萃取法是常见的工业高浓度含酚废水预处理方法之一，张洪林在《催化裂化废水萃取脱酚预处理研究》一文中指出，选用焦化粗柴油为萃取剂，对催化裂化含酚废水进行脱酚预处理，最佳萃取条件为pH为7.0～8.5，温度为15～40℃，油水体积比为1.7～2.1，理论萃取级数为4～7级，出水酚质量浓度为50mg/L，萃取后的粗柴油用于炼油厂的加氢精制装置。
李凤文在《生物柴油萃取高浓度吡啶废水》一文中指出以生物柴油为萃取剂，采用溶剂萃取法处理吡啶水溶液，萃取时间为30min，pH为6，温度为30℃，相比为1:1，15wt％的吡啶溶液经一级萃取后，水相浓度降至9.49％。经六级萃取后，吡啶去除率达94.40％。
由此可见，油类对水中酚类物质有一定的萃取作用，但所需的油水体积比至少为1:1，甚至高达4:1，且均需经过多级萃取，油消耗量大，存在处理效率低，运行成本高的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：对含油污水中硝化抑制物去除效率低，易导致污水处理场生化系统脱氮受抑制的问题，提供一种去除含油污水中硝化抑制物的方法与装置。该方法与装置能有效除水中硝化抑制物，确保污水处理场氨氮、总氮等达标排放。
本发明所述的去除含油污水中硝化抑制物的方法，包括以下步骤：
(1)油水混合
向经过隔油、气浮、匀质处理后的污水中混入精制轻质油，搅拌使油水均匀混合；
(2)油膜吸附过滤
将步骤(1)的油水混合液送至油膜吸附过滤装置进行处理，通过将亲水疏油纤维制作成膜结构，卷成桶状即形成膜组件，油水混合液通过膜组件进行过滤分离；
(3)精馏处理
将油膜吸附过滤后收集的油送至精馏塔，精馏去除杂质后的油循环用于步骤(1)油水混合工序，精馏塔底部废液送往焚烧炉进行无害化处置。
其中：
步骤(1)中所述的隔油、气浮、匀质处理均为常规处理。
步骤(1)中所述的精制轻质油是成品汽油或柴油中的一种，优选成品柴油；加入的精制轻质油的量为100～1500mg/L，优选加入100～1000mg/L。
步骤(1)中所述的油水混合温度小于35℃，pH控制为5.5～7.5，优选6～7，油水的混合强度为50～150r/min，优选80～120r/min，搅拌时间10～30min，优选15～20min，避免因pH过高或搅拌强度过大导致油水发生乳化现象。
步骤(2)中所述的亲水疏油纤维为市售产品。
步骤(2)所述的过滤分离是水必须与膜组件结构中的缔合水分子发生置换透过，而憎水性分散质则不能与膜内缔合水发生置换而被拦截在膜外侧，在工作过程中被阻截下来的油游移在膜组件外表面，形成油膜，水中硝化抑制物在穿过油膜层时被油吸附拦截，并随油粒上浮至装置顶部，从而实现油水分离。
步骤(2)中所述的油膜吸附过滤装置内，有效流速15～25m/h，优选16～24m/h，运行压力0.4～1.0Mpa，优选0.5～0.8Mpa，回流率10％～20％，出水油含量≤20mg/L，硝化抑制物去除率≥85％。
步骤(2)中所述的油膜吸附过滤实现过程如下：
①将亲水疏油纤维制作成膜结构，卷成桶状即形成膜组件；
②首先将膜组件进行水合活化，占据膜结构中的水，与亲水疏油纤维存在缔合关系；当油水混合液透过水合活化的膜组件时，来自一侧的水分子必须与膜组件结构中的缔合水分子发生置换透过，而憎水性分散质则不能与膜内缔合水发生置换而被拦截在膜外侧，从而实现油水分离；
③在工作过程中被阻截下来的油游移在膜组件外表面，形成一层油膜，随着被阻截的油粒不断增加，油粒间相互发生碰撞凝聚而形成油粒，在设定的水力条件作用下，上浮至装置顶部；水中硝化抑制物在穿过油膜层时被油吸附拦截，并随油粒上浮至装置顶部。
步骤(3)中所述的精馏塔底部得到的含有酚类、吡啶酮、哌啶酮的废液送往焚烧炉进行无害化处置。
炼油企业含油污水经隔油-气浮处理后其中的油含量较少，通常为20～30mg/L，受冲击时可达到50mg/L左右，残留的油很难在阻截除油膜外表面形成一层均匀的油膜，难以有效吸附拦截水中的硝化抑制物。
向水中补充100～1500mg/L的轻质油，目的在于增加了水中油的含量，使其可以在膜组件表面形成均匀的油膜或增加油膜的厚度，在污水透油膜和疏水纤维膜时，吸附拦截大部分硝化抑制物，过滤后的污水由膜组件的底部排出，进入后续生化处理系统。
轻质油与污水中残留的部分油在膜组件外侧凝聚，同时携带过滤下来的硝化抑制物，在水力作用的影响下上浮至装置顶部，从而实现去除污水中硝化抑制物的目标，为后续的生化脱氮处理创造良好的条件。
由于精制轻质油中杂质少，不容易对膜组件产生污染，造成堵塞，影响使用寿命；而且轻质油易凝聚成的油滴与水快速分离，因此，首选成品柴油。
本发明所使用的油膜吸附过滤工艺与使用萃取剂(如粗柴油、生物柴油等)对污水进行萃取不同的是：萃取过程所需的油水体积比至少为1:1，甚至更高达4:1。本发明中所添加的油量很少，根据硝化抑制物含量的不同，每吨水中轻质油的投加量为0.15～1.5L。可操作性强，投资运行费用低。
本发明所述的去除含油污水中硝化抑制物的装置，包括储油罐、油水混合罐、油膜吸附过滤装置和精馏塔；储油罐出口管路与污水管路汇合后通过管路与油水混合罐入口相连，油水混合罐通过管路与油膜吸附过滤装置相连，油膜吸附过滤装置通过管路与精馏塔相连，精馏塔上部通过管路与油水混合罐入口管路相连。
油膜吸附过滤装置底部出口管路与生化系统连接。
精馏塔底部出口通过管路与焚烧炉入口相连。
油膜吸附过滤装置顶部设置集油器。
本发明所述的去除含油污水中硝化抑制物的装置的实现过程如下：
经过隔油-气浮-匀质后的含油污水首先进入油水混合罐，此阶段水温小于35℃，pH控制为5.5～7.5，优选6～7，投加100～1000mg/L轻质油，优选成品柴油，油水的混合强度为50～150r/min，优选80～120r/min，停留时间10～30min，优选15～20min，避免因pH过高或搅拌强度过大导致油水发生乳化现象。
随后污水进入油膜吸附过滤装置进行油水分离，有效流速15～25m/h，优选16～24m/h，运行压力0.4～1.0Mpa，优选0.5～0.8Mpa，回流率10％～20％，出水油含量≤20mg/L，硝化抑制物去除率≥85％。
油膜吸附过滤装置回收的油类物质经泵送往精制塔，经过精馏处理后返回油水混合罐，进行循环利用。
作为一个优选的技术方案，本发明所述的去除含油污水中硝化抑制物的方法，包括以下步骤：
(1)油水混合
经过精细加工的成品汽油柴油等轻质油对水中的硝化抑制物如苯酚、吡啶酮、哌啶酮类等有较好的去除效果，因此，本发明向经过隔油+气浮+匀质处理后的污水中混入一定量精制轻质油，适当搅拌使油水均匀混合后进入油膜吸附过滤装置。
(2)油膜吸附过滤
油膜吸附过滤装置的核心是一个将亲水疏油纤维制作成膜结构，卷成桶状形成的膜组件，当膜组件完成水合活化后，占据膜结构中的水，与其相近的亲水疏油纤维存在缔合关系，当含油的水要透过水合活化的膜组件时，来自一侧的水分子必须与膜组件结构中的缔合水分子发生置换透过，而油等憎水性分散质因浸润角比水大，则不能与膜组件内缔合水发生置换而被拦截在膜组件外侧，从而实现油水分离。
在工作过程中被阻截下来的油游移在膜组件外表面，形成一层薄的油膜，随着被阻截的油粒不断增加，油粒间相互发生碰撞凝聚而逐渐形成较大的油粒，在设定的水力条件作用下，上浮至装置顶部，水中硝化抑制物在穿过油膜层时被油吸附拦截，并随油粒上浮至装置顶部。
(3)精馏处理
将油膜吸附过滤后收集的油送至精馏塔，精馏去除杂质后的油可在预处理单元循环使用。含有酚类、吡啶酮、哌啶酮的废液送往焚烧炉进行无害化处置。
废水通过以上预处理后，基本完成除油和降低硝化抑制污的任务，同时水中的部分有机污染物也得到去除，随后进入生化处理阶段。
将亲水疏油材料应用于含油污水处理过程中发现，经过特种材料过滤后，随着污水中含油量的减少，水中硝化抑制物也有一定程度的降低。因此本发明使用亲水疏油材料结合汽油、柴油等轻质油对硝化抑制物的吸附作用，开发了一种去除含油污水中硝化抑制物的方法与装置。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明所述的去除含油污水中硝化抑制物的方法，可有效降低含油污水中的油类、硝化抑制物(包括酚类、吡啶酮、哌啶酮等主要抑制物)的含量，使出水具有良好的可生化性，为进一步采用生化处理工艺提高污水水质，实现外排污水总氮、氨氮等指标的全面达标，创造了良好的基础。
(2)本发明所述的去除含油污水中硝化抑制物的方法与装置，具有工艺流程简单，污染物去除效率高，处理效果好，对水质适用范围宽，运行稳定，可操作性强，投资运行费用低等优点。
(3)本发明所述的去除含油污水中硝化抑制物的方法，可回收更多污水中的油类，并且有效减轻污水处理场的负荷，避免硝化抑制物和油类对生化系统造成冲击，有利于污水场长期稳定运行，减少污染事件的发生。
附图说明
图1是去除含油污水中硝化抑制物的方法的工艺流程图；
图2是去除含油污水中硝化抑制物的装置结构示意图。
图中：1、储油罐；2、油水混合罐；3、油膜吸附过滤装置；4、集油器；5、精馏塔。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
某炼油企业含油污水经隔油+气浮+匀质处理后水中油含量30mg/L，酚类物质含量152mg/L，吡啶酮类含量26.9mg/L，哌啶酮类含量10.6mg/L。
向其中投加(体积比)200mg/L的柴油，混合温度＜35℃，pH控制为5.5～6.0，在油水混合罐中搅拌15min，搅拌强度90r/min。油水混合完成后，进入油膜吸附过滤装置。水温35℃，有效流速20m/h，运行压力0.6Mpa，出水油含量7.36mg/L，酚类物质含量15.2mg/L，去除率90％；吡啶酮类含量2.95mg/L，去除率89％；哌啶酮类含量1.3mg/L，去除率88％。
油膜吸附过滤装置回收的油类物质经泵送往精制单元，经过精馏处理后返回油水混合罐，进行循环利用，含有酚类、吡啶酮、哌啶酮的废液送往焚烧炉进行无害化处置。
本发明所述的去除含油污水中硝化抑制物的装置，包括储油罐、油水混合罐、油膜吸附过滤装置和精馏塔；储油罐出口管路与污水管路汇合后通过管路与油水混合罐入口相连，油水混合罐通过管路与油膜吸附过滤装置相连，油膜吸附过滤装置通过管路与精馏塔相连，精馏塔上部通过管路与油水混合罐入口管路相连。
油膜吸附过滤装置底部出口管路与生化系统连接。
精馏塔底部出口通过管路与焚烧炉入口相连。
油膜吸附过滤装置顶部设置集油器。
实施例2
某炼油企业含油污水经隔油+气浮+匀质处理后水中油含量46mg/L，酚类物质含量235.3mg/L，吡啶酮类含量21.5mg/L，哌啶酮类含量8.3mg/L，
向其中投加(体积比)500mg/L的柴油，混合温度＜35℃，pH控制为6.0～6.5，在油水混合罐中搅拌20min，搅拌强度110r/min。油水混合完成后，进入油膜吸附过滤装置。水温30℃，有效流速20m/h，运行压力0.8Mpa，出水油含量8.1mg/L，酚类物质含量32mg/L，去除率86％；吡啶酮类含量1.5mg/L，去除率93％；哌啶酮类含量0.8mg/L，去除率90％。
油膜吸附过滤装置回收的油类物质经泵送往精制单元，经过精馏处理后返回油水混合罐，进行循环利用，含有酚类、吡啶酮、哌啶酮的废液送往焚烧炉进行无害化处置。
实施例2采用的去除含油污水中硝化抑制物的装置与实施例1相同。
实施例3
某炼油企业含油污水经隔油+气浮+匀质处理后水中油含量53mg/L，酚类物质含量1547.2mg/L，吡啶酮类含量8.4mg/L，哌啶酮类含量7.9mg/L。
向其中投加(体积比)1000mg/L的柴油，混合温度＜35℃，pH控制为6.5～7.0，在油水混合罐中搅拌20min，搅拌强度100r/min。油水混合完成后，进入油膜吸附过滤装置。水温25℃，有效流速16m/h，运行压力0.8Mpa，出水油含量20mg/L，酚类物质含量73mg/L，去除率95％；吡啶酮类含量0.8mg/L，去除率90％；哌啶酮类含量0.7mg/L，去除率91％。
油膜吸附过滤装置回收的油类物质经泵送往精制单元，经过精馏处理后返回油水混合罐，进行循环利用，含有酚类、吡啶酮、哌啶酮的废液送往焚烧炉进行无害化处置。
实施例3采用的去除含油污水中硝化抑制物的装置与实施例1相同。
对比例1
某炼油企业含油污水经隔油+气浮+匀质处理后水中油含量30mg/L，酚类物质含量152mg/L，吡啶酮类含量26.9mg/L，哌啶酮类含量10.6mg/L，
污水直接进入膜过滤单元实验条件与实施例1相同，水温35℃，有效流速20m/h，运行压力0.6Mpa。出水油含量7.36mg/L，酚类物质含量79.5mg/L，去除率47.6％；吡啶酮类含量21.8mg/L，去除率18.9％；哌啶酮类含量7.9mg/L，去除率25.4％。
有以上实施例和对比例的出水结果可以看出，轻质油的加入使过滤除油工艺对于含油污水中的油类和硝化抑制物的去除效果显著提升。

Claims (8)

1.一种去除含油污水中硝化抑制物的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)油水混合
向经过隔油、气浮、匀质处理后的污水中混入精制轻质油，搅拌使油水均匀混合；
(2)油膜吸附过滤
将步骤(1)的油水混合液送至油膜吸附过滤装置进行处理，通过将亲水疏油纤维制作成膜结构，卷成桶状即形成膜组件，油水混合液通过膜组件进行过滤分离；
(3)精馏处理
将油膜吸附过滤后收集的油送至精馏塔，精馏去除杂质后的油循环用于步骤(1)油水混合工序，精馏塔底部废液送往焚烧炉进行无害化处置。
2.根据权利要求1所述的去除含油污水中硝化抑制物的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的精制轻质油是成品汽油或柴油中的一种；加入的精制轻质油的量为100～1500mg/L。
3.根据权利要求1所述的去除含油污水中硝化抑制物的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的油水混合温度小于35℃，pH控制为5.5～7.5，油水的混合强度为50～150r/min，搅拌时间10～30min。
4.根据权利要求1所述的去除含油污水中硝化抑制物的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的油膜吸附过滤装置内，有效流速15～25m/h，运行压力0.4～1.0Mpa，回流率10％～20％，出水油含量≤20mg/L，硝化抑制物去除率≥85％。
5.根据权利要求1所述的去除含油污水中硝化抑制物的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的油膜吸附过滤实现过程如下：
①将亲水疏油纤维制作成膜结构，卷成桶状即形成膜组件；
②首先将膜组件进行水合活化，占据膜结构中的水，与亲水疏油纤维存在缔合关系；当油水混合液透过水合活化的膜组件时，来自一侧的水分子必须与膜组件结构中的缔合水分子发生置换透过，而憎水性分散质则不能与膜内缔合水发生置换而被拦截在膜外侧，从而实现油水分离；
③在工作过程中被阻截下来的油游移在膜组件外表面，形成一层油膜，随着被阻截的油粒不断增加，油粒间相互发生碰撞凝聚而形成油粒，在设定的水力条件作用下，上浮至装置顶部；水中硝化抑制物在穿过油膜层时被油吸附拦截，并随油粒上浮至装置顶部。
6.一种权利要求1所述的去除含油污水中硝化抑制物的装置，其特征在于：包括储油罐、油水混合罐、油膜吸附过滤装置和精馏塔；储油罐出口管路与污水管路汇合后通过管路与油水混合罐入口相连，油水混合罐通过管路与油膜吸附过滤装置相连，油膜吸附过滤装置通过管路与精馏塔相连，精馏塔上部通过管路与油水混合罐入口管路相连。
7.根据权利要求6所述的去除含油污水中硝化抑制物的装置，其特征在于：油膜吸附过滤装置顶部设置集油器。
8.根据权利要求6所述的去除含油污水中硝化抑制物的装置，其特征在于：油膜吸附过滤装置底部出口管路与生化系统连接；精馏塔底部出口通过管路与焚烧炉入口相连。
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姚明修等.阻截除油-陶瓷膜组合工艺处理低渗油田采出水试验.《油气田地面工程》.2016,第35卷(第11期),46-50. *
张杰等.HK阻截膜除油技术在高温凝结水回收系统中的应用.《化工科技》.2010,第18卷(第05期),38-40. *

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