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摘要：本文介绍了石化污水处理场废气催化燃烧处理工艺，分析了经济性和环境效益，以期为相关业内同仁提供些许借鉴。
关键词：污水处理场，废气，催化燃烧
综合性石油化工企业的石油加工和石油化工过程，会产生多股污水，污水中的主要污染物是油、COD、硫化物和氨等。典型的石化污水处理场有水质调节池、隔油池、浮选、生化曝气池等污水处理设施，用于脱除污水中的油、COD和氨氮；但是在脱除这些水中污染物的同时，许多污水处理场也产生了大气污染问题。
1催化燃烧处理工艺
1.1废气处理工艺流程说明
石化污水处理场大气污染物散发源主要有总进口、隔油池、浮选池、生物曝气池、污泥浓缩池和污泥脱水系统等。其中，生物曝气池(包括氧化沟)、污泥脱水间散发的污染物有硫化氢、硫醇、硫醚、氨、烃类化合物，浓度在几个到几百 mg/m3；总进口、隔油池、浮选池散发的污染物以挥发性烃类物质(VOC) 为主，浓度在几千到几万 mg/m3，还有少量的硫化物和氨等，其污染物浓度高、气味和毒性大，是许多企业优先治理的对象。
针对石化污水处理场高浓度VOC废气，FRIPP 开发了“脱硫及总烃浓度均化- 催化燃烧”技术，工艺流程见图 1
1- 分水器；2- 阻火器；3- 脱硫及总烃浓度均化罐；4- 风机；5- 过滤器；6- 换热器；7- 加热器；8- 反应器
图1 废气处理催化燃烧装置工业装置工艺流程
首先，来自隔油池、浮选池、污油罐、浮渣罐等设施的废气进入分水罐脱除凝结水，然后依次通过阻火器、脱硫及总烃浓度均化罐、风机、过滤器、换热器加热、加热器、反应器、换热器冷却排放。该技术的核心是催化燃烧，即废气中的有机物在适宜的温度和催化燃烧催化剂作用下，与氧气发生氧化反应，生成 H 2 O 和 CO 2。脱硫及总烃浓度均化罐中装有试剂，该试剂能够脱除废气中的H 2 S 和有机硫，防止催化剂中毒；该试剂的另一个功能是通过吸附与解吸作用使总烃浓度得到均化处理，防止反应器温度剧烈波动。VOC 催化燃烧是放热反应，反应器进出口气体换热器可以充分回收反应热，并且在 VOC 达到一定浓度后，可以在没有外加热量的情况下，保持催化燃烧反应器在一定温度下正常运行。加热器主要是为反应器启动提供初始热量，但在废气中 VOC 浓度较低时，还需要用于废气加热，使废气达到需要的反应器入口温度。整套装置采用 PLC 或 DCS 控制系统，设有温度自动控制、安全及报警连锁等。
1.2 强化预脱硫效果
隔油池、浮选池等散发的挥发性有机废气适宜于采用催化燃烧技术处理，但其中硫化物易使催化燃烧催化剂中毒，因此，现有废气处理装置设有脱硫及总烃浓度均化罐，用于硫化物的脱除。脱硫及总烃浓度均化罐进口废气总硫浓度设计值为 0～50 mg/m 3，但安庆分公司污水处理场装置入口废气中总硫浓度经常超过设计值，严重影响脱硫及总烃浓度均化罐的脱硫效果，从而影响到催化燃烧催化剂的寿命和活性。为保证催化燃烧装置的长期稳定运转，在废气分水罐前增加一座洗涤塔作为强化预脱硫措施，可以减轻脱硫及总烃浓度均化罐的负荷，降低装置的操作费用，延长脱硫及总烃浓度均化剂和催化燃烧催化剂的使用寿命，确保装置长期稳定运转。如果废气中的硫化物浓度不是太高，即废气中(微库仑法) 硫化物浓度为 0～40 mg/m3 时，可以不开本装置;如果废气中硫化物浓度超过 40 mg/m 3时，则需要开启强化预脱硫装置，以保证催化燃烧装置的长期稳定运行。洗涤吸收液采用工业水加 NaOH (或碳酸钠、次氯酸钠) 配制成 5%～8% 的稀碱液或直接用液碱；吸收液循环使用，直至吸收液 pH 降到 4～7 时，再送到污水处理场总进口处理。吸收液经过塔上部的分散器分散后，沿填料流下润湿填料表面，废气自塔底向上通过填料缝隙中的自由空间与吸收液做逆向流动。在填料塔中废气与吸收液充分接触，废气中含硫污染物被吸收，从而使废气的含硫量大大降低。净化气通过塔顶部的除雾段去除所含的水分，然后进入废气分水罐和脱硫及总烃浓度均化罐。运行结果表明，当保持吸收液中氢氧化钠含量在 1% 时，废气中的硫化氢几乎达到 100% 去除，其它硫化物也有一定的去除效果
1.3该工艺对三苯的脱除效果
2006 年 4 月，采样分析了催化燃烧反应器进、出口气体中苯、甲苯、二甲苯的浓度，考察了催化燃烧处理对三苯的脱除效果，结果见表1。
表1 催化燃烧反应器对三苯的脱除效果 单位: mg/m3
由表1数据可知，排放气中苯、甲苯、二甲苯和非甲烷总烃均符合我国《大气污染物综合排放标准》(GB16297- 2017)限值。
2经济性和环境效益分析
2.1 经济性分析
本装置的公用工程消耗有电和仪表风。装置的整体综合功率为 21.351kW，相当于一台功率为 20kW 风机的耗电量。按年运转 300 天，0.5 元 /kW•h 计，则年耗电量仅为 15 万 kW•h，用电费用为 7.7 万元。净化风主要用于装置气动蝶阀的用风等。
装置的试剂消耗主要是催化剂和脱硫及总烃浓度均化剂。一次装填进口催化剂费用约 30 多万元，使用寿命按 4 年计，年费用约 10 万元；如果采用国产催化剂，这项费用会降低。脱硫及总烃浓度均化剂一次装填投资约 10 万元，使用寿命预计 2 年，年费用约 5 万元。
装置的试剂消耗还包括强化预脱硫过程中氢氧化钠消耗和工业水的消耗。氢氧化钠的消耗量约为 2.794吨/年，约 5000 元/年；工业水的消耗为 55.88 吨/年，约 100 元/年。实际上，强化预脱硫装置的投用还会减少脱硫及总烃浓度均化剂的消耗，延长脱硫及总烃浓度均化剂和催化剂的使用寿命。如果不计设备折旧、人工费的情况下，年运转费用约为 23 万元。
2.2 废气治理对环境的改观
表2是废气治理前、后对空气的采样分析数据。数据表明，废气治理对隔油池附近、浮选池附近和污水处理场墙外马路边的空气质量均有明显的改善作用。与当地的自然背景值相比较，治理后污水处理场墙外马路边上的空气总烃浓度已接近当地自然背景值。
表2 废气治理前、后环境中的总烃浓度
采用“脱硫及总烃浓度均化- 催化燃烧”技术能够很好的处理石化污水处理场隔油池、浮选池、浮渣罐、污油罐等散发的有机物废气，消除由此产生的恶臭污染。整套装置自动化程度高，能耗低，废气净化效果好，净化气体废气符合国家排放标准。
参考文献：
[1]刘永斌，程俊梅，程彬彬.催化燃烧技术在炼油污水处理场恶臭治理中的应用[J].炼油技术与工程，2011(11).
[2]芮泽宝，纪红兵.有机废气催化燃烧过程中多尺度效应和催化剂设计[J].化工学报，2018(1).
论文作者:薛嘉维
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/18
标签：废气论文; 浓度论文; 污水处理论文; 装置论文; 反应器论文; 硫化物论文; 催化剂论文; 《基层建设》2018年第25期论文;