电化学氧化_超滤组合工艺在炼油厂水处理中的应用_徐红

收稿日期:2005-11-29;修改稿收到日期:2006-02-10。作者简介:徐红(1979-),女,汉族,博士研究生,从事电化学工程和工业水处理方面的研究工作。基金项目:国家“十五”科技攻关重点项目项金(批准号:2004BA313B-17)。电化学氧化-超滤组合工艺在炼油厂水处理中的应用徐红1,刘德佳2,姜梅1,林海波1(1.吉林大学化学学院物理化学系,长春130021;2.中油前郭石化分公司)摘要用电化学氧化-超滤组合工艺对炼油二级出水进行了处理和回用研究。结果表明,电化学氧化法可降解炼油二级出水中的COD和NH3-N。氯离子浓度、电流密度和电解液流速对COD和NH3-N的去除影响很大。在NaCl质量浓度为500mg/L、电流密度为10mA/cm2、流速为18mL/min时,电解40min后,COD质量浓度降为20mg/L,NH3-N质量浓度降为3.02mg/L,直流电耗为2.18kWh/t,满足炼油废水回用标准。研究结果表明,这种组合工艺在炼油二级出水处理和回用中的应用前景非常广阔。关键词:电化学氧化反应超滤生物处理1前言炼油企业水资源供求矛盾尖锐,浪费现象严重,加工吨油耗水量大、排污水多。如果采用污水回用技术可以大幅度降低水耗、减少污水外排、降低企业的生产成本,开展炼油二级出水的深度处理和回用研究意义重大。目前,炼油厂二级出水COD浓度、BOD浓度、氨氮(NH3-N)浓度、溶解性固体、悬浮物浓度以及细菌群落数量等指标明显高于回用水标准,不能满足回用水的要求[1]。回用水主要用于循环冷却水补充水和动力水,对水质要求较高,回用废水的COD质量浓度最好控制在30mg/L以下,氨氮质量浓度小于5mg/L,而且回用水的浊度、悬浮物等指标也应该达到要求,否则,微生物可能在循环系统内大量繁殖,进而产生微生物粘垢,粘垢附在管壁或换热器壁上会产生局部腐蚀[2]。由于炼油二级出水COD浓度较高,主要为一些不适于生物氧化或者影响生物转化过程的有机物,同时含有较高浓度的氨氮,因此,降低炼油二级出水COD和氨氮浓度是炼油厂二级出水回用的关键。随着炼油废水外排标准日趋严格和废水回用的呼声逐渐高涨,传统的深度处理方法无法满足这一要求,新的处理工艺、技术和药剂的研发力度需要加大,符合我国国情的简单实用、高效可靠、运行费用低的回用水深度处理工艺和技术的开发迫在眉睫。近年来,电化学氧化工艺用于降解难处理有机物的研究不仅被人们所关注,而且已经有了相当大的进展。电化学氧化工艺被称为“环境友好”技术,以其多种优势对污水处理提出了新的思路,并可能成为新型的易于自动化操作、便捷、稳定的污水回用处理工艺[3]。吉林大学在以前的研究中已经对炼油废水和化肥厂废水中COD和氨氮的去除进行了研究[4,5],结果表明,电催化氧化法可显著降解废水中的COD和氨氮,去除效果与废水性质、电解时间、电极材料、电流密度、氯离子浓度、pH值、电极间距、电解槽结构、废水流量等因素有关。本文以电催化氧化、膜分离等高新技术为基础,设计了电化学氧化-超滤组合工艺,对炼油厂二级出水进行了深度处理研究,在模拟实验规模上实现了炼油二级出水回用。2实验实验流程示意图如图1所示,电化学氧化-超滤组合工艺包括预处理、砂滤、电解和超滤四个单元操作。由于工厂二级出水氨氮不稳定,预处理主要通过调节原水pH值,加热煮沸除去挥发性氨,降低废水氨氮,使原水中氨氮质量浓度稳定在10mg/L左右,保证实验条件。砂滤单元由装有石英砂的过滤装置组成,预处理后的废水通过砂滤,可除去废水中的部分悬浮物,降低浊度。石油炼制与化工2006年7月PETROLEUMPROCESSINGANDPETROCHEMICALS第37卷第7期图1炼油厂二级废水回用处理流程示意图电解单元如图2所示。采用板框式电解槽,电极面积6×6cm2,使用自制Ti/Ru-Ti-Sn氧化物涂层阳极[6],Ti网为阴极,可调节电解液流量,主要通过电催化氧化去除废水中的COD和氨氮。同时改变原水中氯离子浓度、流速以及改变电流密度等条件,研究炼油二级出水中的COD、氨氮的去除规律,以降低能耗为目标,确定最佳操作条件,使二级出水中氨氮和COD的浓度能够达到回用水标准。图2电解装置图1—磁力泵;2—进水水槽;3—转子流量计;4—压滤机式电解槽;5—出水水槽;6—恒压/恒流电源超滤装置由吉林金赛科技公司提供(如图3所示),通过选用不同的超滤膜组件,对电解出水进一步处理,主要去除水中尚存的悬浮物和油质,降低浊度,以达到回用水标准。图3超滤装置图1—原水储槽;2—磁力泵;3—超滤进水流量计;4—超滤膜组件;5—反洗阀超滤;6—稀水调节阀;7—超滤出水流量计;8—超滤稀水储槽;9—浓水调节阀;10—浓水储槽电解电源为恒电流(压)仪,溶液流速由余姚工业自动化仪表厂生产的LZB-3型流