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某地下水封洞库污水处理问题分析及对策
来源:济南乾来环保技术有限公司 发布时间:2021-10-12 16:44:09 浏览次数:
         摘 要:文章针对洞库污水设备运行中气浮设备运行经常会出现的一些问题进行排查和分析,发现其问题源于传统压力溶气式气浮结构复杂、控制要素较多导致扰动和故障,对此调研、改造、应用了新的气浮工艺,排除了问题,使污水处理系统达到了稳定运行。
         关键词:洞库;污水处理;压力溶气式气浮;多相流泵气浮
         1 洞库概况
         1.1 洞库原理
        洞库多建设在数十米甚至百米以下的地下深处,以天然岩体为主要结构体,主要为地下设施和地上设施两部分组成。地下设施为洞库主体,主要由储油洞罐(一组洞罐由 2~3 条主洞室组成)、进、出油竖井(油泵、污水泵)、水幕系统等组成。地上设施主要有工艺管网、污水处理、油气回收、制氮、消防等单元。
        洞库通过人工在地下岩体中开挖建成,其水封通过地下水(地下岩体中裂隙水)往洞内渗透实现,即洞库必须建在稳定的地下水位线以下,洞的埋深与所储存的介质有关,必须保证洞库周围的地下水压力大于洞内储存介质的压力。储存时由于油、水互不相溶且有密度差异,洞罐围岩界面任一高程处外部水压力大于洞内介质压力,裂隙水只能往洞内渗,洞罐内油不能往外渗漏,从而达到将所储介质封在洞内的目的,渗入洞内的水可通过油水界位仪表监视其液位,待达到一定的高度时及时用洞内的浸没式水泵将水排出洞罐外并处理,达标后方可外排。洞库为保证水封可靠,确保地下水压大于洞罐工作压力,地下水的来源有天然地下水及人工补水两种(水幕系统)。洞罐运行中,当洞库天然地下水位降低时,通过水幕系统进行补水,保证水幕系统水位大于设计运行最低水位,进而确保洞罐水封效果。
          1.2 日常运行情况
         洞库收储低凝点原油,宜将理化性质相近的油品同罐储存,储存时不应超过其装填系数。洞库首次投入使用时用惰性气体(一般用氮气)置换洞罐内气相空间,使氧含量降低至洞罐内无火灾爆炸风险。运行过程中保证洞罐内的气体有一定的压力,防止空气进入洞罐,保证原油洞罐在生产过程中安全运行。进油过程中洞罐内气压上升,要进行油气处理作业;出油过程中及时补充惰性气体,确保洞罐内气相压力稳定;根据地下水渗透量,及时提升洞罐内裂隙水,确保洞罐内油水界位处于正常范围。由于裂隙水不断往地下洞罐中渗透(累积在洞罐底部泵坑),因此污水处理单元是洞库中运行频率最高、运行时间最长的辅助生产单元,污水处理设备的长期稳定运行对洞库的正常运行起着重要作用。
        2 污水处理系统
         2.1 污水处理装置情况
         污水处理装置主要由污水调节罐 2 座、隔油池 2 座、气浮池(两级)、A/O 生化池 2 座、沉淀池 1 座、监测水池 1座组成,另有配套浮渣、污油、油泥、加药、在线分析设施,配套控制系统以及各输送泵、管道、阀门、仪表及附件等。污水处理的设计处理能力为 50m3/h。污水来源主要有二处,一为地下洞罐内的裂隙水、二为生活污水。其中生活污水的含量远远小于含油裂隙水的量。洞罐内裂隙水主要指标及处理后涉及排放指标见表 1。
         2.2 工艺
          污水处理单元采用工艺主要为三部分:物化处理部分、生化处理部分、监测外排部分。物化处理部分包括:集水、调节、均质、初步除油、两级气浮;生化处理部分采用 A/O生物工艺;监测外排部分包括:沉淀池、监测水池。
       (1)物化处理部分原油洞罐区的含油裂隙水通过压力管道送至含油污水调节罐,在调节罐中,经过收油器等设施进行初步隔油、除泥后进入隔油池,经平流斜板除去浮油和泥水,再通过二级气浮的溶气将水中乳化油破乳并凝聚成含油絮状悬浮物,含油悬浮物附着在微小气泡上,逐渐上浮至水面形成浮渣,浮渣由刮渣机去除。
       (2)生化处理部分(A/O 工艺)含油污水经过物化处理后去除了水中的大部分浮油、分散油、乳化油,但污水中还存在氨氮、硫化物、溶解油等有机污染物,这些污染物采用生化处理工艺(A/O)去除。A段为缺氧段,利用厌氧菌生长分解水中大分子链,O 段为好氧段,利用好氧菌微生物将有机物分解为 CO2和水,通过其硝化和反硝化的作用,降低污水中的氨氮含量。
        (3)监测外排部分经过辐流式沉淀池通过刮泥机除去残留污泥后自流至监测水池,水质检测合格后排入库区外的市政管网。
         3 污水设备运行的重点及问题
        3.1 气浮设备的关键性
         气浮处理工艺设备主要针对含有密度小于或接近于水的固体颗粒或者油类的废水,原理为利用一定的措施(一般有散气、溶解、电解等方式)使水中产生大的微气泡,以形成水、气及被去除固相物质的三相混合体,在界面张力、气浮上升浮力和静水压差等多种力的共同作用下,使其悬浮微小颗粒粘附于气泡上,因三相混合黏合体密度小于水而上浮到水面,再通过刮渣机构刮除,从而使水中的细小悬浮物被分离去除。
          气浮处理工艺必须满足一下基本条件:(1)向水中提供足够量的微小气泡;使污水中的污染物形成悬浮状态;(2)使气泡与悬浮物质产生粘附作用;(3)将上浮在水面上的三相体用一定的方法和措施排出。根据气浮原理而言,气泡越小、越密越均匀,更便于粘附水中杂质,故而以上第一点在气浮工艺中处于首要位置。
           3.2 气浮(压力溶气式)工艺
         压力溶气式气浮工艺原理为:采用加压的方法将空气(一般来自于空压机)溶解于水(溶气罐内,确保一定气液比及压力的情况下,来自于泵的水经喷淋布液、流经填料层与空气充分溶解至饱和度 95%以上),再在减压的条件下释放出微小气泡,使悬浮物粘附于气泡表面上,因其整体比重比水小而上浮于水面,通过机械装置刮除,实现固液分离,该装置也称加压溶气气浮装置、加压空气饱和装置。压力溶气式气浮设备主要包括溶气罐、空压机、水泵、控制系统(液位开关、电磁阀)、释放器、阀等。
          该污水处理系统原有压力溶气式气浮是将水加压至4bar 后进入溶气罐,同时往溶气罐内加入空气(空压机),使空气溶解在溶气罐的水中,并且溶解度达到 4bar 压力下的饱和值,然后将溶气罐内饱和水进入气浮池溶气水释放器中骤减至常压,溶解在水中的空气以微小气泡的形式(气泡直径约为 20μm~100μm 左右),从水中析出,水中呈悬浮状态的颗粒得以粘附数量众多的微小气泡上,形成密度比水小的带气颗粒,利用上浮作用浮于水面,从而水中的悬浮物颗粒得以浮在水面上,实现液-固分离。
          3.3 故障分析
         污水处理单元经过投产的一段时间运行,发现原有气浮池压力溶气式气浮运行不稳定,曝气状况时好时坏,不断调试都不能达到稳定运行。气浮池内有以下故障现象:气泡稀少、气泡不匀且有大股气流翻滚、几乎无气泡。出现以上三种现象后再次进行调整至正常状态后,平稳运行时间较短(一般是几十分钟至几个小时),气浮池内曝气情况再次出现异常。
         针对以上问题,分析如下:气浮池内曝气异常是因为溶气罐溶气异常,压力溶气罐作为溶气水的形成地,为了使水中含气量达到饱和,进水量与进气压力必须保持在基本平衡的状态,气体在溶气罐一定压力下溶解在水内。污水处理设施运行过程中,因为液位开关触点异常、两级气浮工作中供气管路压力互相影响等各种因素的变化常常使平衡破坏,气一水比例失调。又因在溶气罐中风压和水量的变化相互影响,使调整过程变得复杂。本气浮设备虽然通过设计手段规范了风压控制范围,同时在固定注入溶气罐的水量不变前提下,通过电磁阀控制进气量。当罐中平衡因某种原因失调后水位会上升或下降,液位开关上下限位传感器接收到信号后传递给进气管路电磁阀调控进气,而液位开关在水流、气流的冲击扰动下也经常发生故障,导致进气路电磁阀开关经常不动作,从而影响气浮效果。
经过分析其运行不稳定的原因有三:(1)气、水比例一直有波动;(2)两台气浮装置共用一条进气管路(DN25)的情况下,当一台气浮池进气或停止进气时会影响管路压力,进而影响另一组气浮压力溶气罐内的平衡;(3)液位开关和电磁阀的联动经常发生故障。
         4 工艺改造及调试运行
        4.1 工艺改造
          针对气浮过程存在的原因故障进行分析研究,决定通过采用气液多相流泵来解决气浮过程存在的问题,对原有气浮工艺流程进行改造该泵的特点为采用特殊的叶轮结构,在吸入液体的同时,在泵入口同时吸入部分气体(最高可达 30%),经几级叶轮旋转剪切会将气体破碎溶入水中。
          气浮工艺改造具体实施如下:拆除现有的两台压力容器溶气气浮设备的立式离心泵、溶气罐及其相关管路,新增一套多相流泵泵、出口缓冲罐及其相关管路。新增溶气系统适应原溶气气浮设备,保证其处理能力及处理达标。新增的溶气系统两套,每套包括溶气释放管、均衡器、相关管路、阀门及仪表等。溶气系统为撬装式整体结构,包括撬装框架、多相流泵、配套管道、阀门、压力表、排气管等。每套溶气系统设两台进口多相流泵(一用一备),具有多级全开式叶轮,产生气泡粒径在 5μm~30μm,气泡粒径均匀、密度高,采用卧式泵。泵入口设真空压力表,出口设压力表。多相泵吸气自各自气浮池顶部气相空间吸气。均衡器罐设计压力 1.0MPa,采用 304 不锈钢,溶气水在均衡器罐内停留时间不低于 1Min。
         4.2 调试运行
          改造完成后对其进行了调试及运行,该工艺的操作如下:启动气液多相流泵。逐渐调小进口阀门,直到真空表的负压显示-0.1kg/cm2~-0.3kg/cm2,然后开启吸气阀。气体在水中的溶解量一般为水流量的 3%(常压时的饱和溶解量),气液混合泵的气体注入量应该大于饱和溶解量,吸气量建议设定在水流量的 7%~8%或不超过 10%。调节出口压力阀门,直到压力表显示处理系统所需要的压力,溶气气浮3.5kg/cm2~4kg/cm2。对进、出口阀门及吸气阀门进行微调节,直到取得理想的混合效果。溶气气浮需要观察溶气效果(微细气泡的发生状况)。
经过一段时间运行,与传统压力溶气式气浮主要参数对比见表 2。
                              表 2 改造后工艺与传统压力溶气式气浮主要参数对比
           通过上表可知两种气浮工艺优劣点对比如下:(1)气液多相流泵开式叶轮结构保证了气液混合输送的稳定性和可靠性,同时节能效果显著;(2)液体溶气时的溶解度可达到100%饱和状态;(3)气液泵溶气液体压力释放后气体在液体中以微气泡弥散状态存在,气泡的平均直径≤26μm;(4)系统工艺简化而且更可靠,操作流程简单。气体从泵的进口直接吸入,与传统气浮系统相比,可省去(空压机、压力容器、释放器、控制系统和阀门、离心泵);(5)成本较传统压力溶气式气浮稍高。
         5 结束语
          通过改造后运行情况看,其虽然成本高于传统式气浮工艺,但是降低了气浮运行故障率、提高了设备运行稳定性,降低了操作人员的劳动强度,达到了安全、平稳运行的效果,为污水处理达标排放、稳定运行起了关键性作用,该工艺今后可进一步应用于同等工况下的含油污水处理系统中。
        原标题:某地下水封洞库污水处理问题分析及对策
        原作者:刘启超 ,陈德辉 ,许阳芷