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用水平对比法筛选含油污水气浮絮凝剂 |
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www.65e.com.cn 作者：夏取胜 来源：工业水处理 2007-1-12 10:31:07
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摘要：阐述了水平对比筛选含油污水气浮絮凝剂的方法和过程，并确定了中选絮凝剂的投加方案，进行了效果检验。
关键词：水平对比法、絮凝剂、筛选
1、水平对比法与气浮现状
水平对比（Benchmarking），就是将过程、产品和服务质量同公认的处于领先地位的竞争者或企业的需要进行比较，有助于认清目标并确定为使自己在市场竞争中处于有利地位所应编制的赶超计划的重点内容。【1】运用水平对比法，可以寻找企业需要的最佳水平的产品或服务。本文论述运用水平对比法筛选含油污水气浮絮凝剂的方法和过程。我厂第二污水处理场气浮工序共有两级气浮，合用一套加药系统，如图-1：
近年来炼厂加工的原油日趋重质化、劣质化，含油污水水质情况波动较大，加药絮凝气浮是重要的除油工艺。根据污水性质，筛选合适的气浮絮凝剂达到最佳处理效果、降低生产成本至关重要。【2】筛选前两级气浮水质如下表-1：
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项目 |
一级气浮进水(mg/l) |
二级气浮出水(mg/l) |
实际脱除率（％） |
考核指标(％) |
|
污油 |
121 |
46 |
62 |
≥75 |
|
COD |
1090 |
680 |
38 |
≥50 |
|
悬浮物 |
17 |
6 |
65 |
≥70 |
注：二浮出水考核指标为≤30mg/l
2、水平对比筛选程序
2.1 确定水平对比的项目
水平对比的项目是过程及其输出的关键特性，如性能、可靠性、成本、价格等，并直接同顾客的需要联系起来。本次筛选，我们确定水平对比现有的几种絮凝剂性能与价格的比值（每万元能实现的月度污染物综合脱除率的数值），同时要求综合脱油率≥75％，对比择优1种药剂。
2.2 确定水平对比的对象
2005年供水平对比筛选的药剂有四种，为高分子液体、悬乳液或固体絮凝剂，本文不注明其型号，分别称其为湖阳药剂（湖北某厂药剂的简称，以下药剂的种类均使用简称）、湖中药剂、北清药剂、江武药剂。
2.3 确定水平对比方案
2.3.1 各絮凝剂的单价以本厂物资处的采购单价为依据。
2.3.2 絮凝剂的性能分为实验室性能和工业应用性能。由于供对比筛选絮凝剂必须适应现有的气浮生产工艺和加药方式，工业应用性能数据为筛选的主要依据，实验室性能作为改进工业应用的参考依据；工业应用性能与实验室性能各占权重为0.7、0.3。
2.3.3 实验室性能测定包括油、COD、悬浮物三项脱除率指标。由于气浮污水中COD、悬浮物均与分散其中的污油有关，因此污油、COD、悬浮物脱除率权重分别为0.7、0.2、0.1，最后数据为三项脱除率加权合并数据。
2.3.4 工业应用性能只测定油的脱除率，其最后数据以一浮进口与二浮出口数据计算综合脱除率。
2.3.5 检测方法：污油含量的分析法为非分散红外法，COD测定均为重铬酸钾法，悬浮物的测定使用重量法。
2.3.6 实验室化验分析说明：
⑴ 实验室数据通过混凝杯罐试验（Coagulation-floccnlotion jartest）获取【3】。
⑵ 气浮进水量统一按350吨/小时计算，每班（8小时）水量为2800吨。
⑶ 1ppm的投加浓度相当于每班投加2.8kg絮凝剂；以此类推，如每班投加4桶（现均为25kg/桶），投加浓度大致为35.7ppm；因此试验选择絮凝剂投加浓度的范围为1～34ppm。
⑷ 两级气浮池尺寸均为22.18×4.5×3.2/间，单池容积319.4m3，有效容积约255m3，如每级气浮开1～2间，水力停留时间为44～87min，因此沉降时间选为30，60，90min；由于沉降时间越短，需要投用的池子就越少，动力消耗小，所以关键沉降时间为30min。
2.3.7 工业应用分析说明：
⑴ 每种药剂随机分析5套水样，每套水样包括一浮进水、一浮出水、二浮出水，均分析油含量指标。
⑵ 工业应用评价还需与药剂的应用技术指导、投加工作量等服务内容相挂钩。
2.4 收集、归纳、整理水平对比资料
2.4.1 实验室数据
采集一级气浮进水水样，对不同药剂分别进行不同投加浓度和反应时间下的残留污油、残留COD、残留悬浮物的杯罐试验，得出各种药剂的污油、COD和悬浮物脱除率统计表，表-2：各种药剂的污油、COD和悬浮物脱除率统计表。
| 药剂 |
湖中药剂 |
| 脱除率 |
油（mg/l） |
COD（mg/l） |
悬浮物（克） |
| 原水 |
30min |
60min |
90min |
原水 |
30min |
60min |
90min |
原水 |
30min |
60min |
90min |
| 残留平均值 |
23.17 |
10.67 |
10.02 |
9.65 |
1236 |
446 |
429 |
403 |
16.7 |
4.54 |
3.83 |
3.31 |
| 脱除率％ |
—— |
40.35 |
56.75 |
58.35 |
—— |
63.89 |
65.28 |
67.4 |
—— |
72.81 |
77.07 |
80.18 |
| 平均脱除率 |
51.82% |
65.52% |
76.69% |
| 综合脱除率 |
51.82×0.7+65.52×0.2+76.69×0.1＝57.047（％） |
| 药剂 |
湖阳药剂 |
| 脱除率 |
油（mg/l） |
COD（mg/l） |
悬浮物（克） |
| 原水 |
30min |
60min |
90min |
原水 |
30min |
60min |
90min |
原水 |
30min |
60min |
90min |
| 残留平均值 |
23.61 |
11.31 |
11.04 |
10.35 |
1236 |
444 |
428 |
414 |
16.7 |
4.53 |
4.14 |
3.7 |
| 脱除率％ |
—— |
52.1 |
53.24 |
56.16 |
—— |
64.08 |
65.35 |
66.52 |
—— |
72.87 |
75.21 |
77.84 |
| 平均脱除率 |
53.83% |
65.32% |
75.31% |
| 综合脱除率 |
53.83×0.7+65.32×0.2+75.31×0.1＝58.276（％） |
| 药剂 |
江武药剂 |
| 脱除率 |
油（mg/l） |
COD（mg/l） |
悬浮物（克） |
| 原水 |
30min |
60min |
90min |
原水 |
30min |
60min |
90min |
原水 |
30min |
60min |
90min |
| 残留平均值 |
23.17 |
7.51 |
7.2 |
6.94 |
1259 |
467 |
448 |
438 |
16.7 |
4.12 |
3.86 |
3.61 |
| 脱除率％ |
—— |
67.59 |
68.93 |
70.05 |
—— |
62.91 |
64.46 |
65.23 |
—— |
75.33 |
76.89 |
78.38 |
| 平均脱除率 |
68.86% |
64.20% |
76.87% |
| 综合脱除率 |
68.86×0.7+64.20×0.2+76.87×0.1＝68.729（％） |
| 药剂 |
北清药剂 |
| 脱除率 |
油（mg/l） |
COD（mg/l） |
悬浮物（克） |
| 原水 |
30min |
60min |
90min |
原水 |
30min |
60min |
90min |
原水 |
30min |
60min |
90min |
| 残留平均值 |
23.43 |
6.46 |
6.25 |
5.91 |
1263 |
481 |
469 |
458 |
16.7 |
4.01 |
3.77 |
3.57 |
| 脱除率％ |
—— |
|
|
|
—— |
|
|
|
—— |
|
|
|
| 平均脱除率 |
73.51% |
62.85% |
77.35% |
| 综合脱除率 |
73.51×0.7+62.85×0.2+77.35×0.1＝71.762（％） |
2.4.2 工业应用数据
按水平对比筛选方案要求，分别采集使用各絮凝剂期间一级气浮进水、一级气浮出水、二级气浮出水水样，分析水样污油含量，得出各种药剂的一级气浮脱油率、二级气浮脱油率及综合脱油，表-3：各种药剂工业应用除油效果统计表 。
|
药剂名称 |
一级气浮 |
二级气浮 |
综合脱油率（％） |
|
进水浓度(mg/l) |
出水浓度(mg/l) |
脱油率（％） |
进水浓度(mg/l) |
出水浓度(mg/l) |
脱油率（％） |
|
湖阳 |
116.5 |
86.5 |
25.71 |
86.5 |
79.3 |
8.39 |
31.95 |
|
湖中 |
109.6 |
76.4 |
30.29 |
76.4 |
62.1 |
18.68 |
43.31 |
|
北清 |
111.3 |
97.8 |
12.14 |
97.8 |
87.9 |
10.07 |
20.99 |
|
江武 |
118.2 |
28.7 |
75.7 |
28.7 |
23.2 |
19.17 |
80.37 |
注：综合脱除率＝（一浮进水油－二浮出水油）/（一浮进水油）×100％
2.5 对比筛选
通过计算各药剂性价比，选择江武药剂为中选药剂，表-4：各种药剂性价比统计表。
|
药剂简称 |
脱除率（％） |
月度消耗及费用 |
性价比
（％/万元） |
|
工业应用 |
实验室 |
综合 |
使用量
（吨/月） |
单价
（元/吨） |
费用（元） |
|
江武 |
80.37 |
68.73 |
76.88 |
2.22 |
5700 |
12654 |
60.76 |
|
湖中 |
43.31 |
57.05 |
47.43 |
2.14 |
7500 |
16050 |
29.55 |
|
北清 |
20.99 |
71.76 |
36.22 |
0.6 |
56500 |
33900 |
10.68 |
|
湖阳 |
31.95 |
58.28 |
39.85 |
4.29 |
9000 |
38610 |
10.32 |
|
性价比顺序： 江武＞ 湖中＞ 北清＞ 湖阳 |
说明：
⑴ 每月按30天计算。
⑵ 各药剂单价省略百位后的数。
⑶ 计算举例——江武各数据计算如下：
①综合脱除率（％）＝工业应用综合脱除率×0.7+实验室综合脱除率×0.3＝80.37×0.7+68.73×0.3＝76.88
②折算月度使用量＝2吨×30天÷27天＝2.22吨
③月度药剂费用＝药剂使用量×单价＝2.22吨×5700元/吨＝12654元＝1.2654万元
④性价比（％/万元）＝综合脱除率÷月度药剂费用＝76.88÷1.2654＝60.76
3、中选药剂最佳使用方案的选择
3.1 反应、沉降时间选择，江武药剂不同投加浓度与污染物的残留曲线如下图-2：
从上图可以看出，投加相同浓度的江武药剂于30、60、90分钟反应、沉降后，残留污染物浓度差别不大，说明该药剂的絮凝反应大部分能在30分钟内完成。现一级气浮和二级气浮均有4间池，单池设计有效容积为255m3，现有处理量约350m3/h。因此，每级气浮投用1间、2间气浮池可分别达到44、87分钟的反应、沉降时间；一般情况下，每级气浮投用2间池完全能够达到处理要求。如投用池体过多，相应增加了动力消耗，污染物脱除效果并不会明显提高。
3.2 投加浓度选择
结合污水处理气浮工艺要求，统计污染物脱除率达标时，相应的投加浓度范围如下表-5：江武药剂对不同污染物的最佳投加浓度范围统计表。
|
污染物 |
工艺卡片相关要求 |
脱除率对应的投加浓度范围（ppm） |
|
一浮进口浓度
（mg/l） |
二浮出口浓度（mg/l） |
脱除率（%） |
|
污油 |
≤120 |
≤30 |
≥75 |
6～19 |
|
COD |
≤1200 |
≤600 |
≥50 |
2～34 |
|
悬浮物 |
≤30 |
≤10 |
≥70％ |
2～34 |
结合图-2和表-5可以得出，该药剂的最佳投加浓度范围为6～19ppm，在此范围内适当增加投加浓度，可以保持污油脱除率基本不变的情况下，适当提高COD和悬浮物的脱除率。因此选择该药剂的投加浓度为10～15ppm。在污水处理量350t/h时，药剂的投加量为3.5千克～5.25千克/小时;在现有的加药设施、加药方式保持不变的情况下，操作工每班投加28～42千克（1～2桶，25千克/桶）即可。
4、效果检验
4.1 气浮除油效果
2005年上半年车间运行水平对比法筛选出江武药剂做为选中药剂后，7～12月全部使用该药剂，结束了以往仅根据价格和直观判断使用的局面。事实证明，通过水平对比法进行药剂筛选，能够挑选出适合现状、价廉物美的药剂，有利于气浮的除油效果和外排污水达标排放。2005年下半年两级气浮月度平均除油效果如下表-6：
|
月度 |
一级气浮 |
二级气浮 |
综合脱油率（％） |
|
进水浓度(mg/l) |
出水浓度(mg/l) |
脱油率（％） |
进水浓度(mg/l) |
出水浓度(mg/l) |
脱油率（％） |
|
7 |
123.7 |
31.9 |
74.2 |
31.9 |
23.6 |
26.2 |
81.0 |
|
8 |
112.5 |
34.5 |
69.3 |
34.5 |
27.0 |
21.8 |
76.0 |
|
9 |
105.3 |
22.5 |
78.6 |
22.5 |
17.3 |
23.4 |
83.6 |
|
10 |
98.7 |
26.7 |
72.9 |
26.7 |
20.0 |
25.1 |
79.7 |
|
11 |
97.7 |
23.2 |
76.3 |
23.2 |
16.9 |
27.1 |
82.7 |
|
12 |
115.2 |
30.8 |
73.3 |
30.8 |
24.7 |
19.8 |
78.6 |
|
平均 |
108.9 |
28.3 |
74.1 |
28.3 |
21.6 |
23.9 |
80.3 |
注：综合脱除率计算方式同表-2
4.2 降本效果
仅以供筛选的4种药剂为例，如未进行筛选，即可能使用性价比仅为现有药剂1/6的絮凝剂，也有可能使用吨单价为现有药剂近10倍的药剂（参见表-3）。我车间气浮絮凝剂（江武药剂）年度使用计划费用为36万元，如使用湖阳药剂，要达到同等的絮凝除油效果，可能增加生产成本达60万元。计算简式如下：
湖阳药剂性价比约为：10％/万元·月；
达到现有的80％除油率需要8万元/月；
年度药剂费用＝8万元/月×12月＝96万元
相应降低生产成本为：96万元－36万元＝60万元
实际上由于药剂性能的差异，达到一定的投加浓度后，追加投药效果并不明显，所以如果选择药剂不当，即使加大生产投入，也不能收到较好的除油效果。
5、结束语
运用水平对比法进行含油污水气浮絮凝剂筛选活动是改进车间污水处理生产的有效尝试，它提高了气浮的除油效率和系统抗污油冲击的能力；它给车间生产性材料的选择开阔了视野，为全面优化生产性药剂的使用提供了可操作性强的模式，也为车间进一步提高污水达标率、降低生产成本奠定了坚实的基础。
参考文献：
【1】马林，罗国英.全面质量管理基本知识.中国经济出版社，2001，7：239-240
【2】张继武，张强，王化军.浮选技术在含油污水处理中的应用进展.石油化工环境保护，2003，1：12-16
【3】张自杰.废水处理理论与设计.中国建筑工业出版社，2002：128-130
作者简介：夏取胜，男，工程师，1997年毕业于武汉大学环境规划管理专业，现任中国石油化工股份公司武汉分公司排水车间副主任。
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