盧　浩，楊　強，劉　森，郭宏山，張　鵬，張廣哲

（1.華東理工大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，上海200237；2.中石化撫順石油化工研究院，遼寧撫順113001）

電脫鹽污水模塊化聚結(jié)除油中試研究

盧浩1，楊強1，劉森1，郭宏山2，張鵬2，張廣哲2

（1.華東理工大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，上海200237；2.中石化撫順石油化工研究院，遼寧撫順113001）

針對電脫鹽污水含油特征，提出了分步分級模塊化聚結(jié)除油的方法，并進(jìn)行了中試試驗。結(jié)果表明，該方法對入口含油質(zhì)量濃度為150～3 550 mg/L的電脫鹽污水的除油率達(dá)90%以上，凈化水出口含油質(zhì)量濃度穩(wěn)定＜50 mg/L，表現(xiàn)出操作彈性大、快速高效及低壓降的特點。該技術(shù)在電脫鹽污水除油領(lǐng)域具有良好的適用性，為電脫鹽污水除油處理提供了新的技術(shù)思路。

電脫鹽污水；模塊化聚結(jié)；除油

電脫鹽裝置是煉油廠不可或缺的裝置之一，電脫鹽裝置的運行效果將在相當(dāng)程度上影響煉油生產(chǎn)裝置的長期、安全、穩(wěn)定運行。原油電脫鹽的作用是脫除原油中的無機(jī)鹽和水，其方法是通過加入一定量的破乳劑和水，在一定溫度下使鹽溶解于水中，并在電場作用下使油水分離，從而達(dá)到原油脫鹽、脫水的目的。衡量電脫鹽效果的主要指標(biāo)有原油脫后鹽含量、水含量和污水中的油含量。隨著國內(nèi)外原油性質(zhì)的劣化，對原油脫后鹽含量和污水中油含量指標(biāo)的控制也越來越困難。污水中的油含量高會對污水處理廠的氣浮裝置及其下游處理裝置的正常運行產(chǎn)生嚴(yán)重沖擊。近些年來，隨著環(huán)保要求的提高，各煉油廠對電脫鹽污水的處理都十分重視〔1-2〕。

電脫鹽污水乳化帶油嚴(yán)重，其油類以分散態(tài)和乳化態(tài)存在于污水中，傳統(tǒng)的儲罐、隔油池等重力分離法對乳化油幾乎無分離作用，因此分離效果差、裝置環(huán)保達(dá)標(biāo)率低〔3〕；離心分離等由于高速旋轉(zhuǎn)會造成二次乳化，也不適用于乳化油的分離〔4〕；精密過濾分離、聚結(jié)分離濾芯、膜分離等技術(shù)，由于耐沖擊性能差、易堵塞、壽命短，不適用于較臟的電脫鹽污水的除油〔5〕；絮凝、氣浮等技術(shù)則不適用于含油波動大的場合，且存在投資大、需加藥等缺點〔6-7〕。對此，筆者結(jié)合電脫鹽污水的性質(zhì)，提出對分散油、乳化油分步分級處理的模塊化聚結(jié)除油方法。

某石化公司電脫鹽裝置由于其所處理的原料性質(zhì)劣化、工藝操作條件變化、裝置波動、反沖洗等原因，造成電脫鹽污水含油濃度高、波動大，對氣浮、生化等下游污水處理裝置產(chǎn)生了嚴(yán)重的沖擊。本研究針對其電脫鹽污水處理工藝流程、污水性質(zhì)和除油要求，采用分步分級模塊化聚結(jié)除油的方法對電脫鹽污水進(jìn)行處理，設(shè)計了試驗設(shè)備并進(jìn)行了中試試驗。

1　中試試驗

1.1電脫鹽污水性質(zhì)

通過對該公司電脫鹽污水性質(zhì)的分析，發(fā)現(xiàn)其含有大量的乳化油和微小固體顆粒。由于微小油珠易被表面活性劑和疏水固體顆粒所包圍形成穩(wěn)定狀態(tài)懸浮于水中，因此這種狀態(tài)的油很難用重力分離法從污水中分離出來，這造成了其原有隔油池分離效率很低。中試進(jìn)水直接從隔油池至調(diào)節(jié)罐之間的管道上接管分出，典型的進(jìn)水水質(zhì)見表1，所含油類成分分析見圖1。

表1　典型進(jìn)水水質(zhì)

圖1　進(jìn)水含油成分分析

由測試結(jié)果可知，原料污水中油含量很高，且波動較大，時常高達(dá)2 000 mg/L以上，且所含油類以石油類為主，烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴共占總量的96%，因此主要考慮對石油類的去除效果。

1.2設(shè)備設(shè)計

根據(jù)電脫鹽出水含油質(zhì)量濃度要求小于200 mg/L的指標(biāo)，本次試驗的預(yù)期目標(biāo)是：在設(shè)備入口污水含石油類質(zhì)量濃度分別為1 000 mg/L以上和1 000 mg/L以內(nèi)時，經(jīng)過模塊化聚結(jié)除油后出水含石油類質(zhì)量濃度分別穩(wěn)定小于200mg/L和150mg/L，消除由于電脫鹽污水含油波動對后續(xù)污水處理帶來的影響。

1.2.1模塊化分離的設(shè)計

針對游離態(tài)、分散態(tài)、乳化態(tài)油分別構(gòu)建3個模塊進(jìn)行分離：分散態(tài)油先通過表面粗?；劢Y(jié)內(nèi)件進(jìn)行聚結(jié)長大變成游離態(tài)，然后再經(jīng)CPI（corrugated plate interceptor）技術(shù)快速沉降分離，乳化態(tài)油通過纖維聚結(jié)模塊進(jìn)行聚結(jié)長大至沉降分離。

粗?；劢Y(jié)模塊：該模塊類似于波紋板聚結(jié)填料，油水在上下錯流流動過程中，細(xì)小油滴可以迅速富集到粗?；K的親油性表面形成油膜，水中夾帶的小油滴可以迅速與油膜結(jié)合，脫離后形成大油滴，實現(xiàn)了分散態(tài)向游離態(tài)油滴的轉(zhuǎn)化。聚結(jié)床層所用材料應(yīng)是表面親油疏水的物質(zhì)，油、固表面接觸角應(yīng)小于70°為宜，接觸角越小，親油潤濕性能越好。圖2為部分試驗材料的潤濕性。本試驗設(shè)備該模塊采用不銹鋼材質(zhì)。

圖2　部分試驗材料的潤濕性

改性波紋強化沉降模塊（CPI）：該模塊采用表面改性的波紋折板，波紋板間距5～18 mm，正弦波式流動增加了油滴的碰撞幾率，波峰處開升浮孔，油滴匯集在波峰頂點并層層上浮，此過程可分離出粒徑30 μm以上的油滴。常使用的材料有聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）、不銹鋼等，其再經(jīng)特殊的表面處理，有著很好的親油疏水性，耐酸堿、耐高溫，并且有較好的機(jī)械強度和使用壽命。本試驗設(shè)備該模塊采用改性的聚丙烯材質(zhì)。

改性纖維深度分離模塊：該模塊可由尼龍、玻璃、PTFE或者金屬絲按一定的比例，通過Ω形式進(jìn)行編制而成〔8〕。其可以提供很大的比表面積，極大地提高了液相分離的純凈度，適用于20 μm以下油滴的分離過程。該模塊所用纖維材料可在120℃以下長期穩(wěn)定運行，其中親油性纖維占親水性纖維的5%～15%，床層孔隙率為79.8%～93.1%。該模塊在實現(xiàn)深度除油的同時，保持了低壓降，并極大地緩解了電脫鹽裝置沖洗時攜帶油泥對模塊的污染或堵塞問題。本試驗設(shè)備該模塊采用改性尼龍纖維、PTFE纖維和不銹鋼纖維編織而成，不銹鋼纖維還具有骨架支撐的作用。

通過上述分步分級的方法可完成電脫鹽污水的深度除油。

1.2.2成套設(shè)備的設(shè)計

因設(shè)備入口污水含油量較高，且波動較大，因此設(shè)計成2段分離。將分散油分離出后，首先由一級油包進(jìn)行回收；乳化油經(jīng)過改性纖維模塊進(jìn)行深度分離，然后由二級油包進(jìn)行回收；同時還設(shè)置了入口分布器和整流板以穩(wěn)定流態(tài)。成套設(shè)備結(jié)構(gòu)示意見圖3。

圖3　　成套設(shè)備結(jié)構(gòu)示意

1.3工藝流程

試驗工藝流程如圖4所示。

圖4　模塊化聚結(jié)除油工業(yè)側(cè)線試驗流程

該公司原處理流程：電脫鹽污水首先進(jìn)入集水池，通過集水池緩沖后由泵打入隔油池進(jìn)行除油，除油后的污水進(jìn)入調(diào)節(jié)罐靜置，之后送入氣浮處理。本試驗的模塊化聚結(jié)除油設(shè)備設(shè)置在隔油池之后進(jìn)入調(diào)節(jié)罐之前。

1.4試驗過程

按照現(xiàn)場中試試驗要求，采用長周期試驗以滿足設(shè)備的穩(wěn)定性測試要求。中試試驗連續(xù)進(jìn)行1個月，每天上下午各采樣1組。根據(jù)改性纖維深度聚結(jié)模塊的臨界流速，通過入口和排水口閥門調(diào)節(jié)流量為2～2.5 m3/h，平均停留時間約為180 s，除油后的凈化水連續(xù)外排，油定期從油包排放。

為避免采樣后污油掛壁對后續(xù)測試分析造成影響，采用50 mL采樣瓶采樣，然后全部萃取。測試方法為紅外分光光度法，先用四氯化碳萃取，然后經(jīng)硅酸鎂吸附后測得石油類含量〔9〕。

2　試驗結(jié)果與討論

2.1低含油量工況

圖5為設(shè)備入口污水含油質(zhì)量濃度＜650 mg/L的進(jìn)出口油含量及油分離效率。

圖5　低入口污水含油量下的測試結(jié)果

由圖5可以看出，當(dāng)設(shè)備入口污水含油質(zhì)量濃度為150～650 mg/L時，出口凈化污水含油質(zhì)量濃度為8.6～39.9 mg/L，出口凈化污水平均含油質(zhì)量濃度為19.9 mg/L，油平均分離效率為93.4%。進(jìn)出口壓差約為5 kPa。

由于粗?；劢Y(jié)模塊和改性波紋強化沉降模塊對流動的阻力很小，其造成的壓降幾乎為零，可以忽略。壓降由改性纖維深度分離模塊產(chǎn)生，試驗中所用的纖維床孔隙率為89.2%，且親水性纖維占大多數(shù)，導(dǎo)致纖維床層飽和度較低，通透性很好。因此，裝置壓降很低，僅有5 kPa，對于生產(chǎn)過程來說，能耗較低，適用于大多數(shù)的污水除油過程。

2.2高含油量工況

圖6為設(shè)備入口污水含油質(zhì)量濃度＞1 000 mg/L的進(jìn)出口油含量及油分離效率。

圖6　高入口污水含油量下的測試結(jié)果

由圖6可以看出，設(shè)備入口污水含油質(zhì)量濃度為1 100～3 550 mg/L時，出口凈化污水含油質(zhì)量濃度為18～56.4 mg/L，出口凈化污水平均含油質(zhì)量濃度為30.4 mg/L，油平均分離效率為98.2%。進(jìn)出口壓差約為5 kPa。

導(dǎo)致高入口污水含油量下分離效率更高的因素可能有2個：一是當(dāng)入口污水含油量高時，其所含分散油的比例較大，而分散油是可以完全分離的，因此效率更高；二是出口凈化污水所含油中有相當(dāng)一部分是由于出口污水中的固體顆粒攜帶而造成的，當(dāng)入口污水含油量增高時，出口凈化污水中的固體顆粒量并沒有相應(yīng)的增加，導(dǎo)致顆粒攜帶油相對減少，因此效率更高。

3　結(jié)論及展望

中試試驗結(jié)果表明，該設(shè)備在較寬的操作彈性范圍內(nèi)表現(xiàn)出高的除油能力及低壓降的特點。在試驗流速下，其進(jìn)出口壓差約為5 kPa，平均停留時間約180 s；對入口含油質(zhì)量濃度為150～3 550 mg/L的電脫鹽污水的除油效率穩(wěn)定達(dá)到90%以上，且油分離效率隨著入口污水含油量的增大而增高；出口凈化污水含油質(zhì)量濃度穩(wěn)定小于50 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于先期設(shè)計的出口凈化污水含油質(zhì)量濃度＜150 mg/L的設(shè)計指標(biāo)。證明了該模塊化除油技術(shù)在電脫鹽污水除油方面的良好適用性，同時該技術(shù)也可以拓展應(yīng)用到煉油生產(chǎn)裝置內(nèi)污水處理過程。

同時可以看出，傳統(tǒng)的隔油池分離效率低，已不能滿足目前污水處理的要求，建議在目前污水處理廠的現(xiàn)狀下，增加高效快速的污水除油設(shè)施，以保障氣浮除油的穩(wěn)定性。鑒于該試驗過程在入口污水高含油的條件下，出口凈化污水含油質(zhì)量濃度穩(wěn)定小于50 mg/L的除油效果，建議應(yīng)對該技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計及試驗，以期實現(xiàn)取代一級氣浮除油設(shè)施，進(jìn)而降低污水處理廠的操作維護(hù)成本。

［1］李長江，王振波.旋流分離技術(shù)在原油電脫鹽裝置污水處理中的應(yīng)用［J］.煉油技術(shù)與工程，2008，38（2）：43-45.

［2］Pak A，Mohammadi T.Wastewater treatment of desalting units［J］. Desalination，2008，222（1）：249-254.

［3］朱華平.電脫鹽含油污水旋流收油裝置研制［D］.上海：華東理工大學(xué)，2002.

［4］Hao M，Bai Z，Wang H，et al.Removal of oil from electric desalting wastewater using centrifugal contactors［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2013，111：37-41.

［5］Zhou J，Chang Q，Wang Y，et al.Separation of stable oil-water emulsion by the hydrophilic nano-sized ZrO2modified Al2O3microfiltration membrane［J］.Separation and Purification Technology，2010，75（3）：243-248.

［6］HJ 580—2010含油污水處理工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［7］張博，王建華，吳慶濤，等.現(xiàn)代油水分離技術(shù)與原理［J］.過濾與分離，2014，24（2）：39-46.

［8］楊強，許蕭，盧浩，等.一種適用于油水深度分離的Ω型纖維編織方法：中國，201410211201.6［P］.2014-07-30.

［9］HJ 58637—2012水質(zhì) 石油類和動植物油的測定 紅外分光光度法［S］.

Pilot scale study on the treatment of electric desalting wastewater by modularized coalescer

Lu Hao1，Yang Qiang1，Liu Sen1，Guo Hongshan2，Zhang Peng2，Zhang Guangzhe2
（1.School of Mechanical and Power Engineering，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China；2.Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals，SINOPEC，F(xiàn)ushun 113001，China）

Aiming at the characteristic that the electric desalting wastewater contains oil，a new method for removing oil by modularized coalescence based on classification step by step has been proposed，and pilot scale tests accompished.The results show that by this method，the oil removing rate of the electric desalting wastewater，whose oil mass concentration ranges from150 mg/L to 3 550 mg/L at the inlet，can be higher than 90%，and the oil mass concentraion of the purified water at the outlet keeps at less than 50 mg/L stably，showing characteristics of high operation elasticity，rapid and high efficiency and low pressure drop.Therefore，this process has very good applicability in the oil removing field of electric desalting wastewater，providing a new concept for the treatment of electric desalting wastewater.

electric desalting wastewater；modularized coalescer；oil removing

X703

A

1005-829X（2016）02-0036-04

水體污染控制與治理科技重大專項（2013ZX07210-001）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目（222201313001）

盧浩（1990—），在讀博士研究生。電話：021-64251894，E-mail：luhao9899@163.com。通訊聯(lián)系人：楊強，電話：021-64252748，E-mail：qyang@ecust.edu.cn。

2015-10-26（修改稿）