劉 輝，馮 霄

(1.中國(guó)石油蘭州石化分公司，蘭州 730060；2.西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院)

石化企業(yè)煉油污水處理回用水系統(tǒng)改造

劉 輝1，馮 霄2

(1.中國(guó)石油蘭州石化分公司，蘭州 730060；2.西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院)

西北某石化公司利用水系統(tǒng)集成與優(yōu)化技術(shù)對(duì)煉油污水處理回用水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。通過(guò)水質(zhì)分析，提出初步的優(yōu)化改造思路。進(jìn)而提取水源水阱的流率和雜質(zhì)濃度數(shù)據(jù)，利用夾點(diǎn)法并結(jié)合水系統(tǒng)的現(xiàn)狀，提出優(yōu)化改造方案，最后對(duì)改造方案進(jìn)行簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估。所提出的優(yōu)化改造方案，考慮增加超濾裝置的處理能力，實(shí)現(xiàn)了不同濃度再生水源的“梯級(jí)利用”，加強(qiáng)了污水循環(huán)再利用的水平，提高了企業(yè)的廢水重復(fù)利用率。在滿(mǎn)足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)污水系統(tǒng)達(dá)標(biāo)排放的條件下，使企業(yè)新鮮水用量減少158 th，排污減至259 th，減排率達(dá)到37.7%，節(jié)水所得經(jīng)濟(jì)效益達(dá)151.7萬(wàn)元a。提出的優(yōu)化改造方案可為其它石化企業(yè)煉油污水處理回用水系統(tǒng)的優(yōu)化改造提供思路和策略。

節(jié)水減排 污水處理 再生水利用 夾點(diǎn)法

我國(guó)水資源形勢(shì)嚴(yán)峻，人均水資源量只有2 100 m3，僅為世界人均水平的28%，年平均缺水量超過(guò)5×1010m3，全國(guó)669座城市中有400多座供水不足，110座嚴(yán)重缺水[1]。石化行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)和支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是高耗水和容易產(chǎn)生污染的產(chǎn)業(yè)[2]，其取水量約占全國(guó)工業(yè)取水量的5%[3]，國(guó)家對(duì)石化企業(yè)的節(jié)水要求也一再提高。開(kāi)發(fā)污水回用技術(shù)，提高廢水的重復(fù)利用率，是有效的節(jié)水措施，已成為石化企業(yè)重點(diǎn)節(jié)水改造項(xiàng)目[4-6]。受自然條件制約，西北中心城市整體水資源不充足，水利基礎(chǔ)設(shè)施條件薄弱。因此，西北某石化公司開(kāi)展水系統(tǒng)的集成優(yōu)化，加大對(duì)廢水的循環(huán)再利用，提高企業(yè)節(jié)水率。本課題通過(guò)對(duì)水質(zhì)的分析和計(jì)算，提出優(yōu)化的改造方案。

1 某石化公司煉油污水處理裝置簡(jiǎn)介

某石化公司煉油污水系統(tǒng)收集煉油廠常減壓蒸餾、催化裂化、延遲焦化、加氫精制、酮苯脫蠟等裝置以及動(dòng)力廠循環(huán)水、動(dòng)力車(chē)間、油品儲(chǔ)運(yùn)廠、添加劑公司等十多個(gè)單位的污水及煉油廠區(qū)生活污水，總來(lái)水量939 th，進(jìn)入污水池的污水COD平均值為420 mgL。經(jīng)調(diào)節(jié)池-氣浮-AO-砂濾等預(yù)處理后，出水COD平均值為20 mgL。砂濾出水中的746 th進(jìn)入污水深度處理裝置，出水COD平均值為2 mgL，送至動(dòng)力廠除鹽水裝置，用作除鹽水原水；另有193 th砂濾出水混入超濾及反滲透濃水，混合后物流的COD值為45 mgL，排入市政污水管網(wǎng)。動(dòng)力廠有循環(huán)水場(chǎng)4處，現(xiàn)使用新鮮水作為補(bǔ)水。煉油污水處理工藝流程簡(jiǎn)圖及污水處理循環(huán)利用水系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示，圖中流率單位為th，括號(hào)中數(shù)值表示COD值，單位mgL。

目前，煉油污水深度處理裝置由5臺(tái)超濾裝置(UF)與反滲透裝置(RO)組成，屬于典型的雙出口再生處理單元[7]。超濾、反滲透濃水與絮凝沉淀池出水混合后外排至市政管網(wǎng)，應(yīng)符合GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，COD不超過(guò)100 mgL(1997年12月31日之前建設(shè)的單位)，或者不超過(guò)60 mgL(1998年1月1日之后建設(shè)的單位)。為了體現(xiàn)企業(yè)控制COD排放的水平，以排放水COD值60 mgL為限制條件，考慮到企業(yè)改造深度處理裝置的技術(shù)方案，本課題旨在利用水系統(tǒng)集成與優(yōu)化技術(shù)，分析煉油污水處理回用水系統(tǒng)改造的節(jié)水潛力。

圖1 某石化企業(yè)煉油污水處理回用水系統(tǒng)

2 某石化企業(yè)煉油污水處理裝置改造

膜分離技術(shù)具有節(jié)能、高效等優(yōu)點(diǎn)，超濾-反滲透組合的雙膜工藝可用來(lái)產(chǎn)生回用水，并已在多家石化企業(yè)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用[8-9]。而循環(huán)冷卻水補(bǔ)水、濕空冷補(bǔ)水、除鹽水站補(bǔ)水等是重要的回用途徑[10-11]。

2.1 水質(zhì)分析

煉油污水深度處理超濾裝置的產(chǎn)水率[7]為90%，反滲透裝置的產(chǎn)水率為78%。超濾裝置出水如能作為循環(huán)水補(bǔ)水，則只需將剩余水送至反滲透裝置。如此不僅能提高再生水量，同時(shí)能減小反滲透裝置負(fù)荷。超濾裝置出水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示，反滲透裝置出水水質(zhì)指標(biāo)如表2所示。

該石化企業(yè)的循環(huán)水系統(tǒng)執(zhí)行《中國(guó)石油天然氣股份有限公司煉化企業(yè)循環(huán)水場(chǎng)達(dá)標(biāo)管理考核辦法》，具體的控制指標(biāo)如表3所示。循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水要求濁度不大于5 mg/L，工業(yè)水余氯濃度0.01～0.1 mg/L，由表1可見(jiàn)，超濾裝置出水水質(zhì)低于循環(huán)水場(chǎng)用水標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)符合循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn)，表明將超濾出水作為循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水是可行的。

表1 超濾裝置出水水質(zhì)指標(biāo)

表2 反滲透裝置出水水質(zhì)指標(biāo)

2.2 確定改造方案

表3 循環(huán)水系統(tǒng)用水指標(biāo)

1) 按每月30天計(jì)。

2) 回水總管取樣。

作為污水處理再生回用系統(tǒng)的關(guān)鍵性質(zhì)。提取裝置排放污水的COD平均值作為其極限出口濃度。進(jìn)口COD最大允許值作為極限進(jìn)口濃度。另外，新鮮水、超濾、反滲透出口COD值也被提取作為極限濃度。提取的水源水阱的極限數(shù)據(jù)如表4所示，水處理單元參數(shù)如表5所示。

超濾出水不僅要滿(mǎn)足循環(huán)水補(bǔ)水需求，并且需保證外排污水與絮凝沉淀池出水混合后符合環(huán)境排放濃度，超濾出水余量則送至反滲透裝置，進(jìn)一步處理后送至脫鹽水站用于原水補(bǔ)水，如不能滿(mǎn)足脫鹽水站補(bǔ)水要求，需用新鮮水供應(yīng)。利用物料平衡和系統(tǒng)負(fù)荷的關(guān)系，確定各股水源流率。

表4 水源水阱的極限數(shù)據(jù)

表5 水處理單元的參數(shù)

一般預(yù)處理裝置(PT)進(jìn)出口水量變化不大，故其制水率可設(shè)定為100%，所以煉油污水處理系統(tǒng)的流量平衡如式(1)所示。

(1)

(2)

(3)

由式(1)～式(3)解得：

除鹽水站補(bǔ)水總量為522 t/h，反滲透出水符合其補(bǔ)水水質(zhì)要求，但反滲透出水量為336 t/h，需補(bǔ)充新鮮水186 t/h。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果構(gòu)建夾點(diǎn)圖，如圖2所示。供水線(xiàn)的第一段構(gòu)造于濃度區(qū)間0～2 mg/L(區(qū)域1)，其斜率對(duì)應(yīng)補(bǔ)充新鮮水量(FFW)為186 th。區(qū)域1的用水需求全部由新鮮水源滿(mǎn)足。供水線(xiàn)的第二段構(gòu)造于濃度區(qū)間2～8 mgL (區(qū)域2)，其斜率對(duì)應(yīng)522 th，其中FFW(186 th)和(336 th)共同滿(mǎn)足區(qū)域2的用水需求。最后，供水線(xiàn)的第三段構(gòu)造于濃度區(qū)間8～300 mgL (區(qū)域3)，其斜率對(duì)應(yīng)866 th，其中FFW(186 t(336 th)共同滿(mǎn)足區(qū)域3的用水需求。

圖2 污水處理回收系統(tǒng)夾點(diǎn)圖

根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，超濾出水總量為

(4)

(5)

2.3 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

根據(jù)該石化企業(yè)所在地區(qū)相關(guān)水處理價(jià)格，對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)效益估算。

圖3 某石化企業(yè)煉油污水處理回用水系統(tǒng)改造方案

水系統(tǒng)優(yōu)化項(xiàng)目收益與節(jié)約的水量、水價(jià)格有關(guān)。計(jì)算式如下：

CT=Pr×Sr×8 000

(6)

式中：CT為優(yōu)化項(xiàng)目總收益，元；Pr為優(yōu)化項(xiàng)目涉及的水價(jià)格或水處理價(jià)格，元t；Sr為優(yōu)化項(xiàng)目節(jié)約的水量，th。對(duì)比現(xiàn)行工藝，優(yōu)化方案可使新鮮水用量減至186 th，節(jié)約新鮮水量158 th；排污減至259 th，減排率達(dá)到37.7%。以新鮮水價(jià)格1.2 元t、全年運(yùn)行8 000 h計(jì)，節(jié)水所得到的經(jīng)濟(jì)效益為151.7萬(wàn)元a。

3 結(jié) 論

西北某石化企業(yè)通過(guò)對(duì)煉油污水處理裝置改造，加大污水循環(huán)再利用，增加超濾-反滲透再生裝置的處理能力，在保證外排水滿(mǎn)足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)市政排污濃度達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，利用水系統(tǒng)集成與優(yōu)化技術(shù)對(duì)煉油污水處理回用水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，使新鮮水用量減至186 th，節(jié)約新鮮水量158 th；排污減少至259 th，減排率達(dá)到37.7%。以新鮮水價(jià)格1.2 元t、全年運(yùn)行8 000 h計(jì)，節(jié)水所得到的經(jīng)濟(jì)效益為151.7萬(wàn)元a。

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OPTIMIZATION OF REUSE-WATER SYSTEM OF REFINERY WASTEWATER TREATMENT

Liu Hui1， Feng Xiao2

(1.PetroChinaLanzhouPetrochemicalCompany，Lanzhou730060；2.SchoolofChemicalEngineeringandTechnology，Xi’anJiaotongUniversity)

The reuse-water system of the refinery wastewater treatment in a petrochemical company in northwest China was improved using pinch technology. Based on the data of the flow rates and impurity concentrations of the water to be treated each stage， the optimal retrofit solution was proposed， and then the benefit of the retrofit was evaluated. The measure which increased the processing capacity of the ultrafiltration device leads to the ‘cascade utilization’ for the reclaimed water with different processing depth， and consequently increases the utilization extent of reuse-water. Under the preconditions of the discharge standards of municipal sewage system， the consumption of fresh water is reduced by 158 t/h， the amount of discharged wastewater is reduced to 259 t/h， and the discharge reduction rate reaches 37.7%.The economic benefit of water conservation is up to 1.517 million RMB per year.

water conservation and wastewater reduction； wastewater treatment； reclaimed water reuse； pinch technology

2015-06-26； 修改稿收到日期： 2015-09-19。

劉輝，碩士，高級(jí)工程師，主要從事節(jié)能減排技術(shù)、管理工作。

馮霄，E-mail：xfeng@mail.xjtu.edu.cn。

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)項(xiàng)目(2012CB720500)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21276204)。