炼化企业污泥资源化处置技术及应用

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摘要：污泥作为污水处理过程中产生的主要副产物，污泥处置成本在污水厂运行总成本中占比较大，如何将产量巨大、成分复杂的污泥进行妥善稳定化处置，做到减量化、无害化，最终实现资源化利用，尤其是炼化污泥处置已成为各炼化企业环保装置运行与管理部门必须面对的重要课题。通过示范工程运行验证，“电渗透—污泥炭化”处置炼化污泥形成的炭渣，可作为动力锅炉原料的掺混辅料使用，进而实现污泥资源化利用。

关键词：污泥；电渗透；炭化；资源化

石油化工企业生产经营规模日益趋向于大型化，尤其炼化一体化企业，化工生产管理过程中需加入各种不同添加剂，经过各种反应产生的工业污水，具有水量大、有机污染物浓度高、成分复杂、水质水量波动频繁等特点。为满足污水达标排放，污水处理过程中产生大量污泥，是污水处理后的产物，是一种由有机物质、细菌体、无机物等成分共同构成的极其复杂的非均质体，它的含水量非常大而且有机物含量高，容易被侵蚀，易腐烂[1]。未经处置的污泥极易产生二次污染，严重时会影响到水体、大气、土壤等周边环境。尤其是含油污泥，不仅含有有毒有害物质会污染环境，同时也含有大量原油，是一种可利用的资源[2]。如何将产量巨大、成分复杂的污泥进行妥善稳定化的处理，做到减量化、无害化、资源化利用，满足环保要求同时兼顾运行成本控制，已成为各企业技术与管理人员面对的重大课题[3]。

1污泥来源

污泥主要来源是通过对污水进行各种物理、化学或生物处理，使污染物与水体分离，污水变成清洁水排入水体，在处置过程分离出来的浓缩污染固体物质[4]。它包括混入污水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物、各种胶体、有机质及吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵等物质的综合固体物质，是污水中的固体部分。按处理方法和分离过程不同分为沉淀污泥（包括物理沉淀污泥、混凝沉淀污泥、化学沉淀污泥）和生物处理污泥（包括剩余污泥、生物膜脱落污泥）。炼化一体化企业污水处理过程中产生的污泥主要包括隔油池底泥、气浮池浮渣、初次沉淀污泥、生化单元剩余活性污泥以及补充处理单元投加水处理药剂后产生的混凝沉淀污泥。

2污泥处置基本情况

污泥作为污水处理过程中的副产物，通常被认为是一种固体废弃物，常用的处理方式是简单机械脱水后进行填埋或焚烧处理[5]。随着环保标准不断提高，政府监管日益严格、污泥处置技术持续进步、污染物减排和运行成本控制需要，污泥蕴含的价值和资源化利用越来越受到企业管理者重视。中国石油吉林石化公司污水处理厂，年处理混合化工污水4500万t，产生机械脱水后污泥4.5万t（含水率约80%）全部外委处置，每年的污泥外委处置费用在3000万元以上，约占工厂运行总成本的20%，公司根据各种污泥处置方法的特点，结合自身地理位置、污泥的特性、企业需求等因素，积极探索将多种污泥处置技术相结合的分级、分段的深度处置方案，提出在现有污泥处置设施基础上增加“电渗透—污泥炭化”工艺资源化处置炼化污泥，形成的炭渣作为动力锅炉原料的掺混辅料使用[6]。以实现污泥处置的绿色化、技术化、工程化和产业化[7]。减少资源浪费，是污泥资源化利用的良好途径[8]。

3现有污泥处置流程

“污泥浓缩-加药絮凝-机械脱水-外委处置”。泥水混合物通过重力作用下，在两级沉淀池内进行泥水分离，沉淀污泥在池底部通过排泥设施输送至污泥浓缩池内，进行污泥浓缩，初沉池污泥和二沉池污泥含水率都很高，初沉池污泥的含水率＞97%，二沉池的含水率＞99%。污泥的体积大，给后续处理造成极大困难。污泥浓缩的目的在于减少容积，主要减少的是污泥中的间隙水[9]。浓缩后污泥在管线内与配置完成的高分子复合水处理剂充分混合，经螺杆泵加压送入离心脱水机中，在高速旋转的转鼓产生强大的离心力，污泥颗粒在离心力的作用下快速沉降到转鼓内壁，形成固环层，通过推料螺旋将污泥排出。通过污泥提升装置将机械强制脱水后的污泥（含水率约80%）装车，外委具有资质的第三方单位进行合规处置。生产工艺如图1所示。

4污泥资源化处置流程

“机械脱水污泥-电渗透脱水-污泥干化-污泥炭化-炭渣资源化利用”。现有装置处理的污泥泥饼运至污泥原料仓中，采用螺杆泵将污泥输送至电渗透污泥处理系统进行脱水处理，处理后污泥含水率可由80%降低至60%左右，进入干燥系统污泥原料仓暂存，原料仓污泥通过定量给料螺旋输送至外热式污泥干燥机，通过炉壁与污泥间接传热，将污泥干燥至含水率20%以下，再送入污泥中转料仓临时贮存，经定量给料螺旋将污泥送入外热式旋转炭化装置进行炭化处理。污泥干燥机与炭化装置均由天然气燃烧产生的高温烟气提供热能，炭化装置传热后排出的烟气温度仍高于污泥干燥机内的工作温度，适当降温后通入干燥机，可综合利用余热，节约污泥干燥脱水对天然气的消耗量。污泥干燥与炭化过程中产生的烟气通过排风机引入气相分离塔进行冷凝，不凝气进入无烟化装置燃烧处理，燃烧后的尾气温度较高，将尾气重新引入污泥干燥装置，利用烟气余热对污泥进行干燥，干燥机排出的高温尾气进入吸附塔进行湿式除尘处理，达标排放。

4.1污泥电渗透处置流程

电渗透污泥干化装置有别于传统脱水技术，原理是在电场的基础上实现固液分离，脱水效率高、运行成本低、稳定性好，主要从污泥中提取“自由水”和“细胞结合水”，采用特殊材质（钛合金）和经过特殊工艺加工（镀膜技术）制作的正负电极，其中正极（阳极）为中心转动滚筒，负极（阴极）为滚筒外同步转动的履带。滚筒与履带之间夹滤带，污泥分布在滚筒与滤带之间，通过两极之间放电产生的大面积高强电场，将细胞壁打破使细胞内的水分（自由水、结合水、游离水）流出来，达到细胞破壁和降低污泥含水率的目的。装置采用A-B-C三段电渗透压力处理技术，通过调节电源控制柜的电压来调节滚筒和履带之间的电渗透压力，实现污泥分段电渗透压力处理，达到更好的脱水效果，可降低污泥后续存储、运输、填埋、干燥等费用的发生。设备简单、体积小，减少基建成本，操作简易。生产工艺如图2所示。

4.2污泥干化处置流程

污泥干化是通过对污泥进行加热分解和破坏污泥中的固体颗粒，使得污泥固体颗粒中的内部结合水游离出来，以提高污泥脱水效果[10]。原料仓中的污泥通过传送机传送至外热式污泥干化炉后，干化炉内部的传送机构及外热的作用下，从干化炉的前端向后端移动，在移动的过程中污泥在外部热源的作用下含水率被降至20%以下，最终在干化炉后端的排出螺旋排出。装置采用的是全自动外热式炭化热循环节能与气固液三相分离技术，从而达到泥水分离，气液净化要求。干化过程主要是水分蒸发，干化过程有少量可燃气产生。生产工艺如图3所示。

4.3污泥炭化处置流程

污泥热解炭化，就是将污泥在450～600℃下进行热分解，固体产物冷却后成为污泥炭，热解产生含有大量甲烷、一氧化碳、氢气以及焦油的可燃气体，完全燃烧后产生的高温烟气加热炭化炉为炭化提供部分热量。干化处理装置干燥后经中转料仓临时贮存的污泥，通过定量给料螺旋送至污泥炭化机，为防止过量空气进入炭化炉内，防止闪爆情况发生，炭化系统入口设置星形卸料阀，出口设置双重物料排出阀，并配置安全泄压设备。炭化单元设有独立的加热炉，天然气燃烧后产生的烟气进入炭化系统夹套层，向炉内污泥进行间接换热，炭化机内部设置物料导流机构，通过炉体的旋转使物料从炭化炉前端向后端移动，完成污泥炭化过程，炭化后产生的炭渣从炭化炉尾部经排渣螺旋排出。炭化不凝气去三相分离器，经分离实现废渣去除。生产工艺如图4所示。

5示范工程应用情况

该污泥资源化处置技术已成功应用于中国石油吉林石化公司污泥处理与利用示范工程，于2015年建设完成，2018年对存在问题改造完善，具备年处理常规机械脱水污泥3600t能力，2019年工厂开展生产试验研究至今，效果显著。具体如下：1）资源化装置原料污泥含水率约80%，经电渗透装置脱水后，含水率可降至60%以下，污泥体积减少50%。2）继续经干化单元处置后，污泥含水率可降至20%以下，污泥体积比该干化单元进泥减少50%。3）继续经炭化单元处置后，污泥含水率可降至1%以下，污泥体积比该炭化单元进泥减少19%。4）经炭化工艺处理形成的炭渣，送至动力厂动力锅炉间，与原煤掺混后（试验时按掺混比例不高于1%）进入动力锅炉燃烧处置，对动力锅炉的运行没有影响。具体情况详见表1所示。

6结束语

本文在国内首次提出了炼化污泥“浓缩污泥常规脱水-电渗透脱水-污泥干化-污泥炭化”处理工艺流程，经示范工程验证，该污泥处置工艺处置炼化污泥时生产运行过程安全稳定，最终形成的污泥炭渣即可作为动力锅炉原料的掺混辅料使用。也可制作污水处理过程的吸附活性炭，不仅原料价格低廉，同时还可以减轻残渣填埋可能带来的环境二次污染。在国外也有将该炭渣作为土壤改良剂和污水处理过程中的吸附剂使用情况，污泥经处理后能够实现减量化、无害化和资源化处置与利用。

作者:郭树君 邱延波 周鉴 宋奕良 麻志涛 伊展辉 李万明 宫新宇 李佳 单位:中国石油吉林石化公司污水处理厂 吉林市吉科检测技术有限公司