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Industry news
“水专项”支撑吉林石化企业废水污染全过程控制实践
《中国石油报》 周岳溪 宋玉栋 李江利 戴景富 毛人德 / 时间:2018-08-01 08:05:06

  据中国石油资讯中心2018年7月31日讯 石化行业是用水排水大户,也是水体有毒污染物和水生态风险来源之一。由于石化企业、园区多临河或临海而建,其废水排放易造成流域性或区域性水生态风险,部分石化企业位于流域上游,影响范围更大。因此,石化行业废水治理水平对我国水环境质量改善和水生态风险防控具有重要影响。石化废水长期以来也是污水治理领域的重点和难点。
  中国环境科学研究院建立了工业废水污染全过程控制的基本理论和方法,“十一五”以来,牵头承担国家重大水专项课题,与吉林石化企业等单位联合,开展了废水污染源解析,研发了装置层面和园区(企业)层面废水污染全过程控制关键技术,开展了企业废水污染全过程控制优化技术研究,构建了水污染“三级防控体系”。
  应用课题研发的技术成果完成了吉林石化企业重点装置清洁生产、废水预处理和综合污水处理厂提标改造等工程建设和运行,实现了废水物料回收,污染物大幅减排,显著提升了吉林石化企业的水污染防控能力与水平,企业排水常规指标和特征污染物指标提前稳定达到新颁布的行业排放标准,促进了企业产业结构优化和产能提升,有效支撑了企业的可持续发展。企业水污染治理经验表明,要实现石化企业绿色发展,必须首先转变污染治理理念,即从传统末端治理转变为全过程控制。
  石化装置排水的水质水量特征与生产过程密切相关,石化废水污染物主要为未转化为产品的原料、未回收的产品以及反应副产物,因此,废水及污染物减排与生产过程优化相辅相成。通过生产过程优化,提高原料转化率和产品收率,降低副产物生成量,减少装置废水及污染物排放,实现污染源头减量(Reduction);通过将装置排水中含有的高浓度原料、产品或副产物组分进行资源回收并再回用(Reuse)到装置自身,或循环(Recycle)到其它生产装置利用,进一步提高生产效率,实现废水有用物料资源化;通过预处理实现装置高浓度有机废水能源回收(Recovery),或装置高毒性废水脱毒,达到降低处理难度和末端综合污水生物处理单元负荷的目的。因此,污染源头减量与过程资源化减排是提高石化行业水污染治理水平的有效途径。

 

 “水专项”支撑吉林石化企业废水污染全过程控制实践

石化综合污水深度处理工程全貌


  建立污染全过程控制理念
  创新行业绿色发展治水模式
  所谓废水污染全过程控制,就是在识别关键污染物和关键排放节点的基础上,综合源头减量、过程资源化减排和末端治理等措施,促进废水污染物经济高效减排,实现生产优化和达标排放,包含装置和企业两个层面的全过程控制。
  装置层面的废水污染全过程控制,以削减装置污染物排放量为主要目标,通过原料替代、工艺改进、控制优化等源头减量措施减少生产过程中的污染物产生量,通过废水有用物料回用或循环利用、高浓度有机废水能源回收、高毒性废水脱毒等废水过程资源化减排措施减少装置的污染物排放量,降低整个装置的污染减排成本。
  企业层面的废水污染全过程控制,以企业废水污染控制系统整体优化为主要目标,弄清装置产排污环节,开展污染源解析,识别企业废水污染控制关键生产装置及污染物,根据各类减排措施的技术经济性能,统筹协调并充分发挥企业装置源头减量、过程资源化减排和综合污水处理厂末端治理等各环节的减排能力,以提高减排效率,降低减排成本。
  废水污染全过程控制的本质在于针对污染产生和减排的各个环节,在满足排放标准的前提下,从成本最小化、效益最大化的角度出发,寻求整体最优方案。而传统末端治理模式着眼于末端污水处理厂本身的优化,只能寻求局部最优。
  总体而言,全过程控制模式与传统末端治理模式相比,必然具有技术和经济优越性。但要真正实施废水污染全过程控制并达到较好的治理效果,还需要突破如下关键技术瓶颈:一是废水特征污染物与毒性解析,回答控制什么和控制到什么程度的问题;二是装置废水污染源头减量与过程资源化减排,回答装置废水如何控制的问题;三是末端废水处理系统提标改造,回答如何实现末端达标保障的问题。
  解析石化废水特征污染物与毒性
  编制废水污染全过程控制技术路线图
  吉林石化企业生产链条长,产品种类多达115种,综合污水复杂度高,治理难度大。中国环境科学研究院针对石化废水的水质特点,研发了装置废水样品防干扰前处理成套技术,建立并优化了装置废水特征有机物分析方法,实现了不同类别特征有机物的分类分析,完成了企业石化装置废水特征有机物解析。
  此外,中国环境科学研究院还特别针对装置废水对末端综合污水处理厂生物处理单元的毒性冲击影响,研发了石化废水活性污泥毒性测试方法,实现了废水对水处理微生物毒性效应的快速分析。采用该方法筛选了吉林石化企业高活性污泥毒性的废水和污染物,为企业综合污水处理厂稳定运行提供了技术支撑。再结合常规污染物和特征有机物分析结果形成了该企业精细化的废水排放特征,为下一步开展装置和园区废水污染全过程控制奠定了数据基础。
  将污染物排放负荷与水平衡图、管网图结合,进行废水“物质流”分析;将废水活性污泥毒性负荷与水平衡图、管网图结合,进行废水“毒性流”分析。根据污染排放负荷高、对综合污水处理厂出水污染物贡献大、活性污泥毒性强三个判定依据,识别企业废水污染全过程控制重点装置。在此基础上,通过企业废水污染控制系统整体优化,编制了废水污染全过程控制的技术路线图和技术方案,系统回答了大型石化企业如何统筹协调废水污染源头减量、过程资源化减排和末端治理,应重点控制什么装置和污染物,如何控制和控制到什么程度等问题,引导了吉林石化企业实施精准治污。
  攻克装置废水源头减量和过程资源化技术
  巧解企业治污难点
  中国环境科学研究院和吉林石化企业等单位组成的水专项联合攻关团队攻克了多套重点生产装置的废水污染源头减量技术及过程资源化减排技术,有效支撑了废水治理工程的实施。


“水专项”支撑吉林石化企业废水污染全过程控制实践

ABS树脂废水预处理工程


  例如,针对ABS树脂装置传统乳液聚合反应釜内传质传热效果差导致釜壁挂胶严重、清釜周期短、清釜频繁产生废水冲击负荷的问题,通过流场模拟和系列试验,研究开发了新型防挂胶反应釜,并成功应用于吉林石化企业ABS树脂装置。与原反应釜相比,清釜周期延长3倍,清釜废水排放频率大幅下降,清釜废水及污染物排放量源头削减70%以上;此外,新型反应釜还具有更高的单体转化率和树脂产品收率,减少装置废水有毒有机物浓度,取得了显著的经济效益。
  再例如,针对丙烯酸丁酯废水高含盐、高有毒有机物,难于焚烧和生物处理,治理难度大等问题,通过废水组成全分析,识别出丙烯酸钠是废水中盐度、化学需氧量和活性污泥毒性的主要来源,且浓度高、资源化价值大。研究开发了以双极膜电渗析技术为核心的有机酸回收成套技术,可将废水中90%以上的丙烯酸钠转化为高浓度丙烯酸和氢氧化钠,回收的丙烯酸和氢氧化钠可分别用于丙烯酸丁酯装置酯化工段和碱洗工段。回收有机酸后废水盐度、化学需氧量和活性污泥毒性大幅下降,可进行后续生物处理。
  突破综合污水处理提标关键技术
  保障企业排水稳定达标
  综合污水处理厂是石化企业废水排入受纳水体前的最后一道防线,其排水水质稳定达标是废水污染全过程控制的基本要求。石化综合污水由各生产装置排水汇集而成,成分复杂,有毒及难降解有机物含量较高,而传统综合污水处理工艺以生化处理单元为主体,易受到有毒污染物冲击,对难降解有机物的去除效率有限,生化处理出水难于稳定达到新颁布行业排放标准。


“水专项”支撑吉林石化企业废水污染全过程控制实践

改造后的综合污水处理厂全貌


  一方面,中国环境科学研究院针对石化综合污水传统水解酸化预处理技术对芳香族有机物去除效果差、易产生硫化氢毒害降解微生物并腐蚀设备、污泥淤积严重等问题,研发了微氧水解酸化技术。该技术通过向水解酸预处理单元中微量曝气,抑制硫酸盐还原产生硫化氢,提高芳香族有机物降解效率,防止废水中易降解有机物过度降解,同时改善了混合传质效果,解决了污泥淤积问题。研发技术应用于吉林石化企业水解酸化预处理单元改造工程,工程运行后水解酸化出水毒性下降,可生化性提高。


“水专项”支撑吉林石化企业废水污染全过程控制实践

改造后的石化综合污水水解酸化单元


  另一方面,针对生化处理出水中悬浮物及胶体有机物与难降解小分子有机物共存,造成臭氧催化氧化处理负荷高、催化剂易污染、出水不稳定等问题,中国环境科学研究院研发了微絮凝砂滤-臭氧催化氧化集成技术,该技术先由微絮凝砂滤去除悬浮物及胶体有机物,再由臭氧催化氧化去除难降解小分子有机物,有效减缓了催化剂活性下降,减少了臭氧无效消耗,提高了处理效率。
  上述关键技术应用于吉林石化企业污水处理厂提标改造工程,有效提升了污水处理厂的抗冲击能力和难降解有机物去除能力,保障了出水水质稳定达标。
  持续开展水污染全过程控制优化
  促进行业降本增效
  实践证明,通过实施废水污染全过程控制措施,可提高企业的治污水平,促进流域污染减排和水质改善。吉林石化企业所在的松花江流域,冰封期长,水生态风险敏感性高。吉林石化企业装置废水源头减量、过程资源化减排和末端综合污水处理厂提标改造工程建设与“三级防控体系”构建,提升了企业污染防控能力,有效支撑企业排水提前达到2015年颁布行业排放标准对废水常规指标以及特征污染物指标要求,排水水生生物毒性指标达到发达国家标准要求。废水治理综合成本显著低于单纯依靠末端综合污水处理厂提标改造的成本,为我国石化行业绿色发展提供了污染全过程控制的新模式。


“水专项”支撑吉林石化企业废水污染全过程控制实践

石化企业废水污染全过程控制技术理念


  “水污染全过程控制的理念让企业尝到了甜头,但现有工作仍有进一步提升的空间。”课题负责人说。下一个阶段,水专项课题将按照污染全过程控制的理念,针对合成树脂等难点装置废水,进一步研发集成源头减量技术和过程资源化减排技术;同时,针对石化企业污水处理厂深度处理单元等高成本环节,攻克集成节能降耗与运行优化技术,为石化行业废水治理降本增效提供技术支撑。
  (周岳溪、宋玉栋单位为中国环境科学研究院;李江利、戴景富、毛人德单位为吉林石化企业)

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