摘 要
石化企业污水处理厂排放的油泥、浮渣具有含水率高、乳化充分、难处理、危害大等特点，如不加以处理而直接排放，将会造成严重的环境污染。污泥的处置是污水处理厂不可缺少的一部分，用于实现污泥的减量化、无害化和资源化，防止对环境造成二次污染。
某炼化企业的含油污泥处理系统运行多年，未配有污泥干化系统，导致后续处置费用过高，为此需新建一套污泥干化系统。本文通过对国内外污泥干化工艺技术的现状分析，具体对双向剪切楔形扇面叶片式污泥干燥系统、带式污泥干化系统、涡轮薄层干化系统及低温真空脱水干化系统的技术经济指标及工程应用效果进行了对比，最终确定选用投资省、运行费用低的双向剪切楔形扇面叶片式污泥干燥系统处理该炼化企业的含油污泥。
本文结合该炼化企业污水处理厂的具体情况，设计出一套污泥干化处理技术方案，将污泥干化系统与已有的污泥预处理设施串联，形成“浓缩脱水-破乳除油-离心脱水-污泥干化”的技术流程。设计方案在该炼化企业实施后，经不断优化和调整达到稳定运行状态，控制干燥机出口载气温度 95~120℃、洗气塔入口负压-0.15~-0.1kPa 及排湿尾气氧含量≤2%时，干化后污泥含水率可降至 15%以内，显着地实现了污泥减量化。
对干化后的污泥进行化验分析，除碳、氧外，干化污泥中主要有铝、硫、铁和硅，其热值范围为 11.9 MJ/kg~15.6 MJ/kg，与干木材的热值相当，具有一定的资源化价值。对干化后污泥的粒度分析表明，其 D50为 163 μm，粒径较细，具有良好的燃烧性能；对干化后污泥的微观特性分析表明，干化后污泥具有较多的孔隙，有利于污泥的燃烧。此外，热重实验表明干化污泥的着火温度约为260 °C，其剧烈燃烧温度为 312.98℃。
经标定核算，该干化系统将平均含水率为 69.27%的污泥干化至含水率为13.33%所需运行费用为 99.83 元/吨，相比老的处理系统，每年可节省约 823 万元污泥处置费用，实现了污泥处理的减量化及低成本处理，并具有显着的环境效益。
关键词： 石化企业；含油污泥；污水处理；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 绪论
1.1 概述。
石油是我国重要的能源来源，在整个国民经济体系中举足轻重[1]。中国原油消费位列全球第二，与美国之间差距快速收缩，需求增长举世瞩目，截至 2016年消费端累计增长 770 万桶/天，约占原油供应端增量的 40％。
具体数据显示，截至 2017 年末，我国石油和化工行业规模以上企业 29307家，累计主营业务收入 13.78 万亿元，比上年增长 15.7%；利润总额 8462.0 亿元，同比增长 51.9%，分别占全国规模工业主营收入和利润总额的 11.8%和 11.3%。
全年完成固定资产投资 2.06 万亿元，下降 2.8%，占全国工业投资总额的 8.8%；资产总计 13.03 万亿元，增加 5.4%，占全国规模工业总资产的 11.6%。2017 年，全国原油加工量 5.68 亿吨，同比增长 5.0%；进入 2018 年后，中国油品的需求仍旧以适当幅度增长[2]，国内炼化产能继续扩大[3]，原油加工量增速稳中有升，日均加工量基本维持在 150 万吨以上，增速则在 3%以上。
石油工业在为人民生活和经济社会发展做出巨大贡献的同时，也不可避免地带来了一系列环境问题，如国际上相当关切的碳排放问题[4,5,6]、大气污染[7,8]、水污染[9,10]
及固体废弃物污染[11,12]等问题，其中大气污染来源包括二氧化硫、烟气、氮氧化物和总颗粒物，许多工厂废气的无组织排放加剧了大气污染程度；水污染来源于含硫废物、含碱废水、含油污水和冷却水等；固废污染包含有硫化物、高分子脂肪酸等成分的碱渣和废催化剂等[13]，上述污染物产生量和排放量随着原油加工量的上升而相应增加，加大了管理和治理难度[14]，对全局生态文明建设形成了一定阻碍[15。十八大报告指出，要完全扭转中国的资源和环境的严峻形势，能源企业必须担起重任[16-18]。根据中共中央、国务院《关于深化石油天然气体制改革的若干意见》提出的改革方向和任务，2018 年在石油炼化去产能方面需提高项目安全、环保、能耗等指标要求[2]，在这种情况下，石油企业如何完成“生态文明建设”的使命，合理妥善地处理好生产运行中出现的“废水、废气和废渣”，实现污染防治与清洁生产[19]，同时将处理成本控制在合理范围[20]，在当今就显得尤为重要。
1.2 研究的目的和意义。
石油炼化企业在生产过程中所形成的“三废”中，固体废弃物是最终处置目标。据统计，2015 年石油和化工行业的固废产生量为 3.7 亿吨，其中危险固体废弃物产生量为 1164 万吨[21]。此类企业的固体废弃物包括各类废弃催化剂、废润滑油、在线监测废液和罐底残渣等，其中企业配套的污水处理厂所产生的污泥在固废总量中贡献较大。
炼化企业运行过程中产生的污泥主要包括隔油单元沉积的油泥、浮选单元产生的浮渣、生化单元排放的剩余活性污泥，通常简称为“三泥”[22]。这些污泥是由不同含量的水、油及固体物质组成，其中含油污泥含有蒽、芘、苯系物、酚类、重金属等有毒性、恶臭味的物质[23,24]，因其乳化充分，黏度较大，属于较稳定的多相体系，处理难度非常大[25~28]。由于其特殊的性质，含油污泥的处理成本高且处理难度大，一直是困扰国内外石油炼化企业的环保难题。近年来，我国环保法规越来越严格，对企业的要求也越来越高，含油污泥的减量化、无害化和资源化处理日益成为环保工作的焦点。
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1.3 国内外研究现状及分析
1.3.1 含油污泥的性质
1.3.2 含油污泥的危害
1.3.3 含油污泥的处理处置方法
1.3.4 含油污泥干化现状分析
1.4 主要研究内容及创新点
1.4.1 研究内容
1.4.2 创新点
1.4.3 技术路线
第 2 章 石化企业污泥干化工艺方案比选及确定
2.1 项目概况
2.1.1 项目背景
2.1.2 炼油污水处理装置工艺流程及说明
2.1.3 原污泥处理流程简介
2.1.4 设计规模
2.2 方案比选
2.2.1 双向剪切楔形扇面叶片式污泥干燥系统
2.2.2 带式污泥干化系统
2.2.3 涡轮薄层干化系统
2.2.4 低温真空脱水干化系统
2.2.5 技术经济比较
2.3 方案确定
2.3.1 设计工艺流程
2.3.2 设计物料关系图
2.3.3 主要建构筑物一览表
2.3.4 主要设备一览表
2.3.5 关键设备简介
2.3.6 自动控制方案
2.3.7 平面布置
第 3 章 工程应用效果及优化研究
3.1 运行工况
3.1.1 调试期间出现的问题及解决措施
3.1.2 运行工艺参数调试
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 干化污泥组成分析
3.2.3 干化污泥热值分析
3.2.4 干化污泥粒度及热重分析
3.2.5 污泥的微观特性分析
3.3 系统优化方案
第 4 章 工程效益
4.1 工程建设成本
4.2 工程运行成本
4.2.1 污泥干化运行成本
4.2.2 污泥全流程处理运行分析
4.3 环境效益
第 5 章 结论
我国污水处理厂产生的污泥具有产量多、体积大、难处理等特点，工业污泥加上生活污泥每年的产生量已超过一亿吨（含水率 80%），但是我们的污泥处理程度仍然处于非常低的水平，根据官方的数据，我国真正得到处理的污泥大约只有 20%，80%的污泥仍然处于无序地临时堆放或简单填埋状态，不仅占用大量的土地资源，还对生态环境产生了严重的影响。
“十三五”生态环境保护规划中已明确提出要提升污泥处置水平，大力推进污泥“稳定化、减量化、无害化、资源化”处置，要求到 2020 年地级及以上城市污泥的无害化处置率达到 90%，京津冀区域达到 95%。随着环保形势越来越严峻，国家针对生产过程产生的环境问题制定了一系列的法律法规，因此，对污泥无害化、减量化处理与资源化利用已势在必行、刻不容缓。
本文围绕某石化企业油品质量升级改造工程配套污泥干化处理项目进行了研究，详细介绍了含油污泥的来源、性质及其产生的危害，对当前国内外含油污泥处置方法进行了分析，通过深入调察、对比，确定了污泥干化处理技术方案，并对实际运行过程中出现的问题进行研究、优化，对该系统运行情况进行了分析，得到具体结论如下：
（1）该石化企业炼油污水处理装置产生污泥有三种情况：一种是油泥，主要来源于污水调节除油罐及斜板除油器；一种是浮渣，主要来源于涡凹气浮器及溶气气浮器；另一种则是剩余活性污泥，主要来源于污水 PACT 生化池。
（2）本文从系统工艺流程、项目投资及污泥处理成本等多方面对双向剪切楔形扇面叶片式污泥干燥系统、带式污泥干化系统、涡轮薄层干化系统及低温真空脱水干化系统进行对比，双向剪切楔形扇面叶片式污泥干燥系统较其它三种污泥干化系统投资约低 400 万元、吨污泥处理成本低 32~149 元，故该系统具有流程简单、投资省、运行费用低等特点，相对优势较大。
（3）将污泥干化系统与污泥预处理设施串联，形成“浓缩脱水-破乳除油-离心脱水-污泥干化”技术流程，通过不断调试与优化，解决了污泥干化系统排湿尾气风量波动大、低压蒸汽系统带液量大、洗气塔入口尾气管线堵塞等问题，控制干燥机出口载气温度 95~120 ℃、洗气塔入口负压-0.15~-0.1 kPa 及排湿尾气氧含量≤2%时，污泥干化处理系统可实现安全、稳定运行，干化后污泥含水率在 30%以内，达到设计要求，在工程实践应用中取得较好效果，可为石化企业污泥处理提供工程借鉴。
（4）对干化后的污泥进行化验分析，除碳、氧外，干化污泥中主要有铝、硫、铁和硅等元素。对污泥干燥机内不同阶段污泥进行实验分析，发现干化污泥的热值总体随污泥含水率降低而增大，干化污泥含水率为 13.31%~25.87%时，其热值范围为 11.9 MJ/kg~15.6 MJ/kg，具有一定的热利用价值。对干化后污泥的粒度分析表明，其 D50为 163 μm，粒径较细，具有良好的燃烧性能；对干化后污泥的微观特性分析表明，干化后污泥具有较多的孔隙，有利于污泥的燃烧。此外，热重实验表明干化污泥的着火温度约为 260 °C，其剧烈燃烧温度为312.98 °C。综合以上实验分析结果，干化后的污泥可作为燃料进一步实现资源化利用。
（5）通过对该污泥干化系统全流程 72 h 连续运行标定，核算出平均含水率为 69.27%的污泥经干化至含水率为 13.33%所需运行费用为 99.83 元/吨污泥（不含设备折旧及人工费），该污泥干化系统投运后，每年可节省约 823 万元污泥处置费用，实现了污泥处理的减量化及低成本处理，并具有显着的环境效益。
参考文献
