HCR工艺处理炼油含酚废水的特性研究

第21卷第1期石油化工高等学校学报Vol.21No.12008年3月JOURNALOFPETROCHEMICALUNIVERSITIESMar.2008􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉􀪉文章编号:1006-396X(2008)01-0008-04HCR工艺处理炼油含酚废水的特性研究周如金,程丽华,李德豪,钟华文,林培喜(茂名学院化学与生命科学学院,广东茂名525000)摘要:建立了一套HCR工艺处理炼油含酚废水的实验装置,考察了停留时间、酚负荷、温度、冲击负荷等因素对酚及COD降解效果的影响,并与普通活性污泥法进行了比较。结果表明,HCR工艺处理炼油含酚废水具有停留时间短、适应温度能力强、进水酚负荷高及耐水力负荷冲击的特点。在停留时间为2h,平均进水酚质量浓度为105mg/L,平均进水COD为381mg/L时,酚和COD平均降解率分别达85%和75%以上,且装置能稳定运行,说明HCR工艺宜用于炼油含酚废水的预处理。关键词:高效紧凑反应器;炼油含酚废水;特性中图分类号:X703.1文献标识码:ACharacteristicsofTreatmentofPhenolicWastewaterFromOilRefinerybyHCRProcessZHOURu-jin,CHENGLi-hua,LIDe-hao,ZHONGHua-wen,LINPei-xi(CollegeofChemistryandLifeScience,MaomingCollege,MaomingGuangdong525000,P.R.China)Received5Feburary2007;revised20September2007;accepted3December2007Abstract:AnexperimentalfacilitytobeusedtotreatphenolicwastewaterfromoilrefinerybyHCR(highperformancereactor)processwassetupandsomefactorsondegradationofphenolandCODinoperation,includingresidencetimeofwastewater,concentrationofphenol,temperatureandimpactloadwereinvestigated.Comparedwithactivatedsludgeprocess,theresultsobtainedbyHCRprocessshowsomecharacteristicssuchasshorterresidencetimeofwastewater,widerrangeoftemperatureinoperation,higherconcentrationofphenolinwastewatertobetreatedandstrongerresistancetodynamicimpactofwaterload.ThepercentsofphenolandCODdegradationwereover85%and75%respectivelyunderthe2hofresidencetime,105mg/Lconcentrationofphenoland381mg/LofCODinwastewater.TheoperationinHCRprocesscouldkeepstable.HighperformanceofdegradationandstableoperationmadeHCRprocesssuitabletopretreatmentphenolicwastewaterfromoilrefinery.Keywords:Highperformancecompactreactor(HCR);Phenolicwastewaterfromoilrefinery;CharacteristicCorrespondingauthor.Tel.:[phone];fax:[phone];e-mail:[e-mail]目前,国内炼油企业对来自深度加工装置的加氢裂化、加氢精制、铂重整等车间的高浓度酚、硫化氢、氨等污染物的废水,均采用汽提工艺进行氨和硫化氢回收,但挥发酚则未作进一步处理,即排入污水处理车间,这一工艺过程中产生难闻的挥发酚臭味不仅严重损害炼厂操作人员的身体健康,而且,酚未作处理,对下游的污水处理带来极大的压力,对生化收稿日期:2007-02-05作者简介:周如金(1965-),男,江苏涟水县,副教授,博士。基金项目:广东省科技计划资助项目(2003C32905);2002年茂名市科技计划资助项目。处理工段产生冲击。同时,由于酚易对硝化菌产生抑制或杀灭作用而影响对易产生富营养化现象的氨氮的降解作用,降低了炼油污水的达标排放率。我国1996年修订的污水综合排放标准GB8978-1996,对挥发酚的排放提出了严格的要求,一级排放标准为0.5mg/L。目前正在修订的新的炼油废水排放标准对酚的排放可能要提出更严格的要求[1]。因此,炼油废水中酚的处理已引起业内人士和研究者们的关注。已有的报道对高含酚污水处理方法多偏向于萃取或传统生物化学处理方法,较少涉及高效生化处理方法的研究及探讨[2-5]。鉴于高效紧凑反应器(HighPerformanceCompactReactor,HCR)工艺具有高效、氧利用率高、容积负荷大及占地面积少等优点[6-7],对HCR工艺处理炼油含酚废水进行了研究,旨在探讨利用HCR工艺优化现有炼油污水处理工艺的可行性。1实验装置根据流体力学原理及气液两相间的质量传递原理,在普通喷射器结构上设计了一种含凸形圆环结构,且能产生二次吸气过程的新型喷射器,己获得国家发明专利[8],利用该新型喷嘴为HCR系统供氧。HCR炼油污水处理工艺见图1。用高位槽装置实现原水流量的平稳控制,污水由原水罐泵送至高位槽,多余的水溢流返回原水罐,保持高位槽水位稳定。控制高位槽中的原水与沉淀池中的回流水一起进入加热罐加热至所需的温度,然后与回流污泥(污泥也可自然回流)一起经循环输送泵加压、再经流量计进入反应器顶部的新型喷嘴高速喷出,同时吸入大量空气。气液固混合物一起由反应器的内管向下流动并在底部喷出,喷出时在中层圆环内外形成了压力差,在该压力差推动力下,部分水和泥经中层管壁上、下两位置处的回流孔形成内循环。气液混合物喷出内管后,在外层环隙内一起向上流动,同时微生物利用污水中酚等有机物作为营养,分解为小分子物质,实现对酚及有机物的降解。至反应器上部后,一部分水参与内循环,另一部分水则携带部分微生物絮凝体流入沉淀池,在沉淀池内泥水分离。泥水分离后,活性污泥则从沉淀池底部经斜管靠重力自然回流进入反应器底部,由内管底部喷出的水流和气流携带,一起在外环隙内向上流动并参与生物化学反应,这是外循环中的泥循环。污泥也可以由沉降池下部进入水循环管路,经输送泵及喷嘴进入反应器,这是外循环中的泥水循环。在沉淀池中分离出污泥的水,由溢流堰进入沉淀池中的清水槽后一部分作为回流水进加热罐,而另一部分则向外排出。设计反应器日处理污水负荷可达2~4m3,反应器有效容积180L,外圆筒ϕ400mm×10mm,中圆筒ϕ100mm×5mm,内圆筒ϕ25mm×2.5mm,反应器总高2.8m,有效高度1.8m。2实验方法COD测定采用重铬酸钾标准法,酚测定用碘量法,溶解氧浓度用JENCO9010溶氧仪测定,pH值用PHB-3便携式pH计测定,污泥体积指数及污泥浓度用重量法测定,污泥沉降比用100mL量筒测量混和液静置30min后的高度。Fig.1TechnologicalprocessofHCRreactortreatingrefinerywastewatercontainingphenol图1HCR反应器及处理含酚废水工艺流程3结果与讨论3.1停留时间对酚及COD去除率的影响在温度为25℃,pH值为7,进水酚质量浓度为100mg/L时,进水COD为400mg/L时,普通活性污泥法和HCR工艺中停留时间对炼油废水中酚及COD去除率的影响见图2。Fig.2EffectofresidenttimeonremoveratioofphenolsandCOD图2停留时间对酚及COD去除率的影响从图2可以看出,废水中COD及酚的去除率均随停留时间的延长而增加。HCR工艺中,当停留时间为2h时,COD去除率为68%,酚去除率达86%;当停留时间延长至2.5h,COD去除率增至75%,酚去除率达92%;再延长停留时间,酚及COD去除率增长不大。该条件下,停留时间2.5h较为适宜。同样由图2可知,对于普通活性污泥法,污泥质量浓度为4000mg/L,停留时间约3.5h时,酚的去除率仅有75%,COD去除率只有60%。可见,HCR工艺处理炼油含酚废水具有停留时间短的特点。9第1期周如金等.HCR工艺处理炼油含酚废水的特性研究3.2温度对酚及COD去除率的影响图3为停留时间2h,pH值为6.7,进水酚质量浓度100mg/L,进水COD为350mg/L时,HCR工艺及普通活性法的污泥质量浓度分别为6000,3000mg/L,两种工艺中温度对炼油废水中酚及COD去除率的影响。从图3中可以看出,温度对酚及COD的去除率有较大的影响。当温度由20℃升高时,HCR工艺及普通活性污泥法的去除率均逐渐升高,当温度升至35℃时,HCR工艺的酚及COD去除率分别达到了93%和82%。分别比同温度下普通活性污泥法的去除率高出近10%。由此可以看出,HCR工艺在较宽的操作温度范围内,对COD和酚均有较好的降解能力,对温度有较强的适应能力。Fig.3EffectoftemperatureonremoveratioofphenolsandCOD图3温度对酚和COD去除率的影响3.3水质变化对酚及COD去除率的影响图4为水质改变时进水酚负荷及COD负荷对HCR工艺及普通活性污泥法中有机物去除率的影响曲线。由图4可知,对于HCR工艺,在污泥质量浓度为6000mg/L,进水酚负荷在0.4~2.2kg/(m3·d),进水COD负荷在2.8~7.3kg/(m3·d)变化时,酚及COD去除率分别保持在85%以上和75%以上。而普通活性污泥法在污泥质量浓度为3000mg/L时,在酚负荷增加至1.8kg/(m3·d),COD负荷增加至6kg/(m3·d)时,酚及COD的去除率则分别下降至85%和75%以下。由此可见,HCR工艺处理炼油含酚废水,进水酚负荷及COD负荷均高于普通活性污泥法。3.4水力冲击负荷对酚及COD去除率的影响保持进水COD为400mg/L,酚质量浓度为120mg/L,采用白天增加进水量,夜间减小进水量的办法来逐渐加大水力冲击负荷的幅度。水力冲击负荷对普通活性污泥法及HCR工艺运行效果的影响见图5。由图5可以看出,HCR工艺在酚负荷0.64~3.36kg/(m3·d),COD负荷在2.10~8.53kg/(m3·d)变化时,在运行2~8个周期后,均能保持较高的去除率(酚去除率大于85%,COD去除率大于75%)。而普通活性污泥法当酚负荷增至2.24kg/(m3·d),COD负荷增至6.4kg/(m3·d)时,酚及COD去除率则均已降至70%以下。由此可见,HCR工艺耐负荷冲击能力比普通活性污泥法强。Fig.4EffectofphenolloadandCODloadonremovalratioofphenolsandCOD图4进水酚负荷及COD负荷对酚和COD去除率的影响3.5运行时间对酚及COD去除率的影响在进水量为90L/h,污泥质量浓度6000mg/L,pH值为7,温度25~30℃,平均进水酚质量浓度为105mg/L,平均进水COD为38