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      石化企業污泥干化處理技術方案探究

      時間:2020-03-17 來源:南昌大學 作者:徐斌 本文字數:5270字
        摘 要
        
        石化企業污水處理廠排放的油泥、浮渣具有含水率高、乳化充分、難處理、危害大等特點,如不加以處理而直接排放,將會造成嚴重的環境污染。污泥的處置是污水處理廠不可缺少的一部分,用于實現污泥的減量化、無害化和資源化,防止對環境造成二次污染。
        
        某煉化企業的含油污泥處理系統運行多年,未配有污泥干化系統,導致后續處置費用過高,為此需新建一套污泥干化系統。本文通過對國內外污泥干化工藝技術的現狀分析,具體對雙向剪切楔形扇面葉片式污泥干燥系統、帶式污泥干化系統、渦輪薄層干化系統及低溫真空脫水干化系統的技術經濟指標及工程應用效果進行了對比,最終確定選用投資省、運行費用低的雙向剪切楔形扇面葉片式污泥干燥系統處理該煉化企業的含油污泥。

      石化企業污泥干化處理技術方案探究
       
        
        本文結合該煉化企業污水處理廠的具體情況,設計出一套污泥干化處理技術方案,將污泥干化系統與已有的污泥預處理設施串聯,形成“濃縮脫水-破乳除油-離心脫水-污泥干化”的技術流程。設計方案在該煉化企業實施后,經不斷優化和調整達到穩定運行狀態,控制干燥機出口載氣溫度 95~120℃、洗氣塔入口負壓-0.15~-0.1kPa 及排濕尾氣氧含量≤2%時,干化后污泥含水率可降至 15%以內,顯著地實現了污泥減量化。
        
        對干化后的污泥進行化驗分析,除碳、氧外,干化污泥中主要有鋁、硫、鐵和硅,其熱值范圍為 11.9 MJ/kg~15.6 MJ/kg,與干木材的熱值相當,具有一定的資源化價值。對干化后污泥的粒度分析表明,其 D50為 163 μm,粒徑較細,具有良好的燃燒性能;對干化后污泥的微觀特性分析表明,干化后污泥具有較多的孔隙,有利于污泥的燃燒。此外,熱重實驗表明干化污泥的著火溫度約為260 °C,其劇烈燃燒溫度為 312.98℃。
        
        經標定核算,該干化系統將平均含水率為 69.27%的污泥干化至含水率為13.33%所需運行費用為 99.83 元/噸,相比老的處理系統,每年可節省約 823 萬元污泥處置費用,實現了污泥處理的減量化及低成本處理,并具有顯著的環境效益。
        
        關鍵詞:  石化企業;含油污泥;污水處理;干化。
        
        ABSTRACT
        
        The oily sludge and scum discharged by sewage treatment plant in petroleum and chemical factory are of the characteristics of highly-moisture content,fully-emulsified, hard to degrade and harmful. Environmental pollution may beinduced by untreated oily sludge and scum. Therefore, in order to reduce pollutants amount, to get clean and harmless waste, and to avoid further environmental pollution,the treatment of above pollutants is very important in any sewage treatment plant.
        
        A petroleum and chemical company faced to the problem that the treatment charge for oily sludge was too high, which was due to the lack of sludge drying part in oily treatment system. Therefore, a new oily drying system was needed to solve this problem. According to the technical-economic indexes and application efficiencies, bidirectional shear wedge fan blade sludge drying system, belt sludge drying system, turbine thin layer drying system, and low temperature vacuum drying system were compared with each other and the last one was chosen for its’ low cost and operation fees.
        
        Considering the specific circumstances of this sewage treatment plant, a process of thickening and dehydration – demulsification – centrifugal dewatering – sludge drying was designed to fit to the existing sludge pretreatment system. After continuous technical optimization, the new process ran well and stable at the drier outlet carrier gas temperature of 95~120℃, gas scrubber entrance pressure of -0.15~-0.1kPa and exhaust oxygen percentage of lower than 2%. Under the above conditions, the moisture content of oily sludge was less than 15%, which reduced the sludge volume remarkable.
        
        Analysis indicated that the main chemical elements in dried sludge were aluminum, sulfur, iron and silicon, while the heat value of it was 11.9 MJ/kg~15.6 MJ/kg, which was close to the wood and made it of recycling value. The gradinganalysis indicated that its D 50 was 163 μm, which made the dried sludge easy to burn.
        
        SEM scanning result suggested that more holes appeared in sludge after drying. Moreover, thermogravimetric experiment investigated that the ignition temperature was about 260 °C, and violent combustion temperature was 312.98 °C.The calibration of accounting indicated that the operation cost for sludge in moisture content of 69.27% decreasing to 13.33% was 99.83 yuan/t, which could save 8,230,000 yuan a year, reducing sludge amount effectively and costing low,which also benefitted environment.
        
        Key words:  petroleum and chemical factory; oily sludge; sewage treatment; drying。
        
        第 1 章 緒論
       
        
        1.1 概述。

        
        石油是我國重要的能源來源,在整個國民經濟體系中舉足輕重[1]。中國原油消費位列全球第二,與美國之間差距快速收縮,需求增長舉世矚目,截至 2016年消費端累計增長 770 萬桶/天,約占原油供應端增量的 40%。
        
        具體數據顯示,截至 2017 年末,我國石油和化工行業規模以上企業 29307家,累計主營業務收入 13.78 萬億元,比上年增長 15.7%;利潤總額 8462.0 億元,同比增長 51.9%,分別占全國規模工業主營收入和利潤總額的 11.8%和 11.3%。
        
        全年完成固定資產投資 2.06 萬億元,下降 2.8%,占全國工業投資總額的 8.8%;資產總計 13.03 萬億元,增加 5.4%,占全國規模工業總資產的 11.6%。2017 年,全國原油加工量 5.68 億噸,同比增長 5.0%;進入 2018 年后,中國油品的需求仍舊以適當幅度增長[2],國內煉化產能繼續擴大[3],原油加工量增速穩中有升,日均加工量基本維持在 150 萬噸以上,增速則在 3%以上。
        
        石油工業在為人民生活和經濟社會發展做出巨大貢獻的同時,也不可避免地帶來了一系列環境問題,如國際上相當關切的碳排放問題[4,5,6]、大氣污染[7,8]、水污染[9,10]
        
        及固體廢棄物污染[11,12]等問題,其中大氣污染來源包括二氧化硫、煙氣、氮氧化物和總顆粒物,許多工廠廢氣的無組織排放加劇了大氣污染程度;水污染來源于含硫廢物、含堿廢水、含油污水和冷卻水等;固廢污染包含有硫化物、高分子脂肪酸等成分的堿渣和廢催化劑等[13],上述污染物產生量和排放量隨著原油加工量的上升而相應增加,加大了管理和治理難度[14],對全局生態文明建設形成了一定阻礙[15。十八大報告指出,要完全扭轉中國的資源和環境的嚴峻形勢,能源企業必須擔起重任[16-18]。根據中共中央、國務院《關于深化石油天然氣體制改革的若干意見》提出的改革方向和任務,2018 年在石油煉化去產能方面需提高項目安全、環保、能耗等指標要求[2],在這種情況下,石油企業如何完成“生態文明建設”的使命,合理妥善地處理好生產運行中出現的“廢水、廢氣和廢渣”,實現污染防治與清潔生產[19],同時將處理成本控制在合理范圍[20],在當今就顯得尤為重要。
        
        1.2 研究的目的和意義。
        
        石油煉化企業在生產過程中所形成的“三廢”中,固體廢棄物是最終處置目標。據統計,2015 年石油和化工行業的固廢產生量為 3.7 億噸,其中危險固體廢棄物產生量為 1164 萬噸[21]。此類企業的固體廢棄物包括各類廢棄催化劑、廢潤滑油、在線監測廢液和罐底殘渣等,其中企業配套的污水處理廠所產生的污泥在固廢總量中貢獻較大。
        
        煉化企業運行過程中產生的污泥主要包括隔油單元沉積的油泥、浮選單元產生的浮渣、生化單元排放的剩余活性污泥,通常簡稱為“三泥”[22]。這些污泥是由不同含量的水、油及固體物質組成,其中含油污泥含有蒽、芘、苯系物、酚類、重金屬等有毒性、惡臭味的物質[23,24],因其乳化充分,黏度較大,屬于較穩定的多相體系,處理難度非常大[25~28]。由于其特殊的性質,含油污泥的處理成本高且處理難度大,一直是困擾國內外石油煉化企業的環保難題。近年來,我國環保法規越來越嚴格,對企業的要求也越來越高,含油污泥的減量化、無害化和資源化處理日益成為環保工作的焦點。
        
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        1.3 國內外研究現狀及分析
        1.3.1 含油污泥的性質
        1.3.2 含油污泥的危害
        1.3.3 含油污泥的處理處置方法
        1.3.4 含油污泥干化現狀分析
        1.4 主要研究內容及創新點
        1.4.1 研究內容
        1.4.2 創新點
        1.4.3 技術路線
        
        第 2 章 石化企業污泥干化工藝方案比選及確定
        
        2.1 項目概況
        2.1.1 項目背景
        2.1.2 煉油污水處理裝置工藝流程及說明
        2.1.3 原污泥處理流程簡介
        2.1.4 設計規模
        2.2 方案比選
        2.2.1 雙向剪切楔形扇面葉片式污泥干燥系統
        2.2.2 帶式污泥干化系統
        2.2.3 渦輪薄層干化系統
        2.2.4 低溫真空脫水干化系統
        2.2.5 技術經濟比較
        2.3 方案確定
        2.3.1 設計工藝流程
        2.3.2 設計物料關系圖
        2.3.3 主要建構筑物一覽表
        2.3.4 主要設備一覽表
        2.3.5 關鍵設備簡介
        2.3.6 自動控制方案
        2.3.7 平面布置
        
        第 3 章 工程應用效果及優化研究
        
        3.1 運行工況
        3.1.1 調試期間出現的問題及解決措施
        3.1.2 運行工藝參數調試
        3.2 干化污泥分析
        3.2.1 干化污泥含水率、含油率分析
        3.2.2 干化污泥組成分析
        3.2.3 干化污泥熱值分析
        3.2.4 干化污泥粒度及熱重分析
        3.2.5 污泥的微觀特性分析
        3.3 系統優化方案
        
        第 4 章 工程效益
        
        4.1 工程建設成本
        4.2 工程運行成本
        4.2.1 污泥干化運行成本
        4.2.2 污泥全流程處理運行分析
        4.3 環境效益

        第 5 章 結論

        我國污水處理廠產生的污泥具有產量多、體積大、難處理等特點,工業污泥加上生活污泥每年的產生量已超過一億噸(含水率 80%),但是我們的污泥處理程度仍然處于非常低的水平,根據官方的數據,我國真正得到處理的污泥大約只有 20%,80%的污泥仍然處于無序地臨時堆放或簡單填埋狀態,不僅占用大量的土地資源,還對生態環境產生了嚴重的影響。

        “十三五”生態環境保護規劃中已明確提出要提升污泥處置水平,大力推進污泥“穩定化、減量化、無害化、資源化”處置,要求到 2020 年地級及以上城市污泥的無害化處置率達到 90%,京津冀區域達到 95%。隨著環保形勢越來越嚴峻,國家針對生產過程產生的環境問題制定了一系列的法律法規,因此,對污泥無害化、減量化處理與資源化利用已勢在必行、刻不容緩。

        本文圍繞某石化企業油品質量升級改造工程配套污泥干化處理項目進行了研究,詳細介紹了含油污泥的來源、性質及其產生的危害,對當前國內外含油污泥處置方法進行了分析,通過深入調察、對比,確定了污泥干化處理技術方案,并對實際運行過程中出現的問題進行研究、優化,對該系統運行情況進行了分析,得到具體結論如下:

        (1)該石化企業煉油污水處理裝置產生污泥有三種情況:一種是油泥,主要來源于污水調節除油罐及斜板除油器;一種是浮渣,主要來源于渦凹氣浮器及溶氣氣浮器;另一種則是剩余活性污泥,主要來源于污水 PACT 生化池。

        (2)本文從系統工藝流程、項目投資及污泥處理成本等多方面對雙向剪切楔形扇面葉片式污泥干燥系統、帶式污泥干化系統、渦輪薄層干化系統及低溫真空脫水干化系統進行對比,雙向剪切楔形扇面葉片式污泥干燥系統較其它三種污泥干化系統投資約低 400 萬元、噸污泥處理成本低 32~149 元,故該系統具有流程簡單、投資省、運行費用低等特點,相對優勢較大。

        (3)將污泥干化系統與污泥預處理設施串聯,形成“濃縮脫水-破乳除油-離心脫水-污泥干化”技術流程,通過不斷調試與優化,解決了污泥干化系統排濕尾氣風量波動大、低壓蒸汽系統帶液量大、洗氣塔入口尾氣管線堵塞等問題,控制干燥機出口載氣溫度 95~120 ℃、洗氣塔入口負壓-0.15~-0.1 kPa 及排濕尾氣氧含量≤2%時,污泥干化處理系統可實現安全、穩定運行,干化后污泥含水率在 30%以內,達到設計要求,在工程實踐應用中取得較好效果,可為石化企業污泥處理提供工程借鑒。

        (4)對干化后的污泥進行化驗分析,除碳、氧外,干化污泥中主要有鋁、硫、鐵和硅等元素。對污泥干燥機內不同階段污泥進行實驗分析,發現干化污泥的熱值總體隨污泥含水率降低而增大,干化污泥含水率為 13.31%~25.87%時,其熱值范圍為 11.9 MJ/kg~15.6 MJ/kg,具有一定的熱利用價值。對干化后污泥的粒度分析表明,其 D50為 163 μm,粒徑較細,具有良好的燃燒性能;對干化后污泥的微觀特性分析表明,干化后污泥具有較多的孔隙,有利于污泥的燃燒。此外,熱重實驗表明干化污泥的著火溫度約為 260 °C,其劇烈燃燒溫度為312.98 °C。綜合以上實驗分析結果,干化后的污泥可作為燃料進一步實現資源化利用。

        (5)通過對該污泥干化系統全流程 72 h 連續運行標定,核算出平均含水率為 69.27%的污泥經干化至含水率為 13.33%所需運行費用為 99.83 元/噸污泥(不含設備折舊及人工費),該污泥干化系統投運后,每年可節省約 823 萬元污泥處置費用,實現了污泥處理的減量化及低成本處理,并具有顯著的環境效益。

        參考文獻

        徐斌. 石化企業污泥干化工藝探討及工程應用研究[D].南昌大學,2019.
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