含油污泥干化處理與綜合利用技術(shù)及其工程應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
油田和石化公司的廢水處理系統(tǒng)以及原油生產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量污泥，包括隔油池和浮選池底泥、浮選池浮渣及剩余活性污泥等，統(tǒng)稱“三泥”，目前我國(guó)每年產(chǎn)生的三泥總量總量達(dá)500余萬(wàn)t。筆者針對(duì)某石化公司污泥處理廠的工程實(shí)踐，介紹了一套成熟可靠的污泥處理技術(shù)；污泥經(jīng)過(guò)重力濃縮、離心脫水、超熱蒸汽干化處理，含水率從97%～99%降至20%以下，可用于摻煤焚燒等綜合利用，變廢為寶。
1 工程概述
1.1 項(xiàng)目背景及現(xiàn)狀
某石化公司現(xiàn)有污水處理站流程為隔油→浮選→AO生化處理，設(shè)計(jì)處理能力為600m3/h，三泥產(chǎn)量約為6.5萬(wàn)m3/a，約180m3/d，含水率為97%～99%。現(xiàn)有污泥處理工藝流程為污泥干化池→濃縮罐→壓濾機(jī)，現(xiàn)有主要污泥處理設(shè)施為1座1800m3污泥干化池（12格），2座80m3污泥濃縮罐，1臺(tái)污泥壓濾機(jī)。
由于目前污水處理站長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，污泥池已積累大量油泥。存在的主要問(wèn)題是污水站污油收集不當(dāng)，污泥處理工藝設(shè)備老舊、處理能力不足，并缺少最終的無(wú)害化處理措施等。目前濃縮罐和壓濾機(jī)基本處于停運(yùn)狀態(tài)，主要靠污泥池自然蒸發(fā)作用實(shí)現(xiàn)污泥減量化，效果較差，污泥排放壓力越來(lái)越大。
1.2 工程概況
為解決以上污泥處理問(wèn)題，需對(duì)現(xiàn)有污泥處理站進(jìn)行改擴(kuò)建，立項(xiàng)為某石化公司污泥綜合處理及利用工程。該工程于2008年8月完成初步設(shè)計(jì)，于同年10月中旬完成施工圖設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)明年6月投產(chǎn)。
1.3 處理流程
采用如下流程:污水處理站來(lái)三泥→重力濃縮罐→污泥提升泵→離心脫水機(jī)→螺旋輸送機(jī)→蒸汽噴射超溫干化裝置→外運(yùn)摻煤進(jìn)燃煤鍋爐焚燒。
1.4 設(shè)計(jì)規(guī)模
污泥濃縮罐的設(shè)計(jì)處理能力200m3/d，離心脫水機(jī)的設(shè)計(jì)處理能力為20m3/h，干化裝置的設(shè)計(jì)規(guī)模為600kg/h。
1.5 自然地理及氣象資料
該地區(qū)的極端最低和最高氣溫為-37.8℃和36.3℃，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，冬季為西北風(fēng)，年平均風(fēng)速3.5m/s，最大風(fēng)速18.7m/s。年平均相對(duì)濕度63%。年平均氣壓99.8kPa，年平均降水量441.4mm，年平均無(wú)霜期134～142天，年平均蒸發(fā)量1683.7mm。該地區(qū)土質(zhì)為細(xì)砂、粉砂和中砂，標(biāo)準(zhǔn)地基強(qiáng)度為100kpa，最大凍土深度1.8m。
1.6 項(xiàng)目建設(shè)的意義
（1）國(guó)家和地方環(huán)保法律、法規(guī)要求必須要對(duì)含油污泥實(shí)行無(wú)害化處理。
（2）實(shí)現(xiàn)污泥無(wú)害化處理是中國(guó)石油集團(tuán)公司建設(shè)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型企業(yè)的需要，符合國(guó)家清潔生產(chǎn)及循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策的要求。
（3）污泥綜合利用工程建設(shè)是為了保證污水處理站的正常運(yùn)行。
（4）實(shí)現(xiàn)含油污泥無(wú)害化、清潔化、資源化處理及綜合利用具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。按照國(guó)家發(fā)改委、環(huán)?？偩值人牟课l(fā)布2003年7月1日起施行的《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》，危險(xiǎn)廢物排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)為每次每噸1000元。該石化公司目前污泥實(shí)際產(chǎn)生量6.5萬(wàn)t/a，每年需支付的排污費(fèi)就高達(dá)650多萬(wàn)元，改擴(kuò)建項(xiàng)目建設(shè)后，僅節(jié)約排污費(fèi)一項(xiàng)，4年就可以收回全部工程投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備
2.1 污泥濃縮罐
2座，鋼制錐底，尺寸Φ7.0×8.1m，有效容積200m3，設(shè)計(jì)停留時(shí)間為2d，污泥固體負(fù)荷為50kg/m2·d，設(shè)計(jì)進(jìn)泥含水率97～99%，設(shè)計(jì)出泥含水率96～98%，體積可減少50%。為確保污泥濃縮罐正常運(yùn)行，罐內(nèi)設(shè)加熱盤管，罐外保溫。進(jìn)泥口設(shè)在罐上部，罐內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒，出泥管線設(shè)在罐底。
2.2 離心脫水機(jī)
2臺(tái)，處理規(guī)模20m3/h，污泥經(jīng)自然沉降濃縮后，經(jīng)污泥提升泵提升，進(jìn)入離心脫水機(jī)進(jìn)行脫水，脫水后泥餅含水率為75～80%。在進(jìn)離心機(jī)前投加絮凝劑，在污泥提升泵吸泥口設(shè)置粉碎切割機(jī)。
2.3 超熱蒸汽噴射干化裝置
污泥的干化常采用焚燒技術(shù)、焦化處理、微波法、熱解吸、熱脫附法、調(diào)質(zhì)脫水、高溫處理、作為輔助燃料燒磚等。脫水后污泥焚燒技術(shù)的主要缺點(diǎn)是由于含水率在60%以上，含有輕質(zhì)烴類，能耗和處理成本高、容易造成廢氣污染等，必須建造合適的尾氣凈化裝置及熱回收裝置；由于運(yùn)行成本過(guò)高，國(guó)內(nèi)石化企業(yè)的焚燒裝置多處于停產(chǎn)狀態(tài)。焦化處理要求污泥的含油量必須達(dá)到50%以上，才能和焦化原料油按一定比例處理，該方法無(wú)法大規(guī)模推廣，需進(jìn)一步研究。微波法、熱解吸、熱脫附法等方法也僅限于研究階段，沒(méi)有工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐。而脫水后污泥用作磚瓦廠燒磚也存在一定的安全隱患和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
本工程離心脫水后的泥餅加入進(jìn)料斗后，在螺旋送料器作用下進(jìn)入處理室，600℃的超高溫蒸汽經(jīng)特制的噴嘴高速噴出粉碎污泥，油分和水分同時(shí)被蒸發(fā)出來(lái)，被粉碎的細(xì)小顆粒連同蒸汽一起進(jìn)入氣旋室，在旋流作用下實(shí)現(xiàn)蒸汽與固體顆粒的分離，固體顆粒粉末狀直接進(jìn)入回收槽，可直接摻入熱電廠煤粉中一起灼燒處理。蒸汽進(jìn)入油水分離槽，經(jīng)冷卻后實(shí)現(xiàn)油水分離，原油可直接回收。
2007年5月該技術(shù)已經(jīng)在新疆某石化公司應(yīng)用并投產(chǎn)，目前運(yùn)行正常。
2.4 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)
為實(shí)現(xiàn)高溫含油污水的分離回收，需設(shè)計(jì)1套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。設(shè)置了1臺(tái)密閉式逆流玻璃鋼冷卻塔，Q=100m3/h，配套2臺(tái)循環(huán)水泵，Q=100m3/h，H=20m，N=11kW，1用1備。為確保冷卻塔在冬季的正常運(yùn)行，要求冷卻塔設(shè)有化冰管，并設(shè)有放空管?？紤]防止滋生細(xì)菌和減緩腐蝕，冷卻塔選擇密閉式，并設(shè)有緩蝕、殺菌加藥系統(tǒng)。
2.5 加藥調(diào)質(zhì)裝置
1套，包括1套投加和儲(chǔ)配藥劑箱，2臺(tái)加藥泵（Q=2m3/h，H=60m，N=1.5kW）。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和新疆某石化公司的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，投加有機(jī)絮凝劑CPAM3，投加量為100～150mg/L；藥劑投加點(diǎn)設(shè)在離心脫水機(jī)或濃縮罐進(jìn)泥口。最佳反應(yīng)溫度選在40℃，最佳pH為7。工業(yè)應(yīng)用中使用與離心機(jī)配套的加藥裝置就可以達(dá)到藥劑與污泥混合的要求，無(wú)需再增加攪拌裝置。
2.6 污泥池和干粉堆放場(chǎng)
污泥池1座，半地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸6m×6m×2.5m，地上高0.5m，有效容積80m3，進(jìn)泥端頂部設(shè)有玻璃鋼格柵板，用于攔截污泥中的較大污物；在出泥端設(shè)有集泥坑，池底設(shè)有0.01的坡度，坑內(nèi)設(shè)有2臺(tái)潛污泵。
干粉堆放場(chǎng)1座，地上式，有效容積40m3，用于堆放不能及時(shí)外運(yùn)的干粉，堆放場(chǎng)設(shè)有防雨棚。
2.7 干粉摻煤進(jìn)燃煤鍋爐焚燒的綜合利用
經(jīng)超熱蒸汽噴射處理后干粉中含油＜1%，已不屬于含油固體廢物，不存在安全隱患，可直接摻入型煤進(jìn)鍋爐焚燒。進(jìn)行焚燒的干化油泥必須滿足以下條件:
①殘?jiān)泻畱?yīng)＜20%；
②殘?jiān)泻筒粦?yīng)超過(guò)5%，并且經(jīng)碾壓、撞擊不結(jié)成餅狀；
③脫除易揮發(fā)烴類；
④低含硫量。
蒸汽噴射處理后的干泥粉含水＜20%，含油可控制在＜1%，最低可降到0.08%，并且均為不易揮發(fā)的重組分，干泥呈細(xì)粉末狀，可以滿足上述要求。根據(jù)新疆某石化運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)生的干粉熱值在3600kcal/kg（1cal=4.1868J），相當(dāng)于劣質(zhì)煤，所以摻入干泥粉對(duì)煤的熱值不會(huì)有太大的影響。
2.8 污泥惡臭治理技術(shù)
三泥處理系統(tǒng)惡臭源是濃泥池和污泥干化間，造成惡臭的主要組分為有機(jī)及無(wú)機(jī)硫化物、揮發(fā)性酚類等。濃泥池通氣管接至脫臭塔，呼出氣體經(jīng)過(guò)脫臭塔床層催化劑吸附脫臭后放空。
干化處理間在干化裝置進(jìn)料斗設(shè)置密封蓋，蓋頂開孔，用軟管將氣體引至室外脫臭塔，脫臭后放空。脫臭塔考慮冷凝水的排除。
3 技術(shù)特點(diǎn)
（1）成熟技術(shù)與新技術(shù)相結(jié)合。離心脫水工藝技術(shù)成熟，改擴(kuò)建后，采用高效的離心脫水機(jī)，并投加合適的脫水藥劑，離心脫水后濃泥的含水率可降至75%左右。干化處理部分采用國(guó)際先進(jìn)的含油污泥超熱蒸汽處理技術(shù)，該技術(shù)為美國(guó)專利技術(shù)，已成功應(yīng)用于殼牌石油公司和馬來(lái)西亞石油公司的油泥處理，國(guó)內(nèi)已成功應(yīng)用于新疆某石化公司污泥處理工程，并積累了一些經(jīng)驗(yàn)。該設(shè)備具有處理效果好、設(shè)備小巧、能耗低、回收油質(zhì)純凈等優(yōu)點(diǎn)。
（2）各工藝相對(duì)獨(dú)立，方便運(yùn)行管理。各處理工藝既連續(xù)，又可相對(duì)獨(dú)立，各工藝及構(gòu)筑物間設(shè)有跨越管線或進(jìn)、出料口，保證污泥既可以全流程處理，由含水97%～99%左右的液態(tài)直接變?yōu)榉勰罟虘B(tài)，又可只進(jìn)行濃縮或離心脫水處理。同時(shí)，干化工藝段即可以承接經(jīng)離心脫水后的濃泥，也可以承接外運(yùn)來(lái)的含水95～97%的罐底泥。可以方便調(diào)整流程，便于運(yùn)行管理。
（3）充分利用現(xiàn)有設(shè)施和有利條件，實(shí)現(xiàn)固體和液體廢棄物的零排放。污泥綜合處理工程建在原污泥站內(nèi)，干化裝置與離心脫水設(shè)施緊鄰，便于濃縮污泥的運(yùn)輸。污泥站內(nèi)現(xiàn)有電力、供水、消防及蒸汽管道等設(shè)施均可利用，濃泥脫水、干化處理過(guò)程中排出的含油污水排入現(xiàn)有回收水系統(tǒng)，輸回廢水處理站循環(huán)處理。
4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
本工程按含水率為98%的污泥計(jì)算，污泥設(shè)計(jì)規(guī)模為200m3/d，工程投資約為2600萬(wàn)元。
運(yùn)行費(fèi)用包括動(dòng)力費(fèi)、藥劑費(fèi)、水電費(fèi)、蒸汽費(fèi)、燃油費(fèi)、工資福利費(fèi)、折舊費(fèi)、大修費(fèi)、其它費(fèi)用等。每噸濕泥動(dòng)力消耗1（kW·h）/噸，電價(jià)按0.5元/kW·h計(jì)，則電費(fèi)為0.5元/噸，按運(yùn)行335d/a計(jì)，則動(dòng)力費(fèi)為3.5萬(wàn)元/a；處理單位污泥的藥劑費(fèi)5元/m3（藥劑費(fèi)1000元/d），藥劑費(fèi)為36.5萬(wàn)元/a；蒸汽耗量15t/d，蒸汽單價(jià)60元/t，蒸汽費(fèi)33萬(wàn)元/a；清水消耗20m3/d，水價(jià)按2.17元m計(jì)，則水費(fèi)為1.6萬(wàn)元/a；干化后污泥（含水率＜20%）單位燃油消耗12L/t，干化后污泥量14.4t/d，燃油消耗為172.8L/d，單價(jià)5.3元/L，燃油費(fèi)為33.5萬(wàn)元/a；設(shè)計(jì)定員10人，人均工資福利費(fèi)30000元/a，則工資福利費(fèi)30萬(wàn)元/a；直接工程費(fèi)為2100萬(wàn)元，折舊費(fèi)按其2.1%計(jì)為44萬(wàn)元/a；大修費(fèi)按其1.5%計(jì)為31.5萬(wàn)元/a；其他費(fèi)用按以上各費(fèi)用之和的10%計(jì)為21.5萬(wàn)元/a。綜上所述，運(yùn)行費(fèi)用為234.5萬(wàn)元/a，制水成本32.1元/噸濕泥。
5 結(jié)論
環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格和完善，含油污泥無(wú)害化、清潔化、資源化處理技術(shù)將成為污泥處理技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)外廣泛研究的污泥無(wú)害化處理技術(shù)，主要有干燥焚燒、冷凍/解凍、生物降解、溶劑萃取、焦化處理、微波法、熱解吸、熱脫附法、調(diào)質(zhì)脫水、高溫處理技術(shù)等，但根據(jù)運(yùn)行現(xiàn)狀，采用離心脫水后進(jìn)行超熱蒸汽干化的高溫處理技術(shù)，取得了較好的效果，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)和環(huán)境效益顯著。
