1、 2019 年中国电机工程学会年会论文集 澳门燃油发电厂油性废水处理工艺应用探讨 赵昊亮,甘胜泉 澳门电力股份有限公司,澳门 00853 The Application of Oily Waste Water Treatment in Macau Power Plant Zhao Haoliang,Gan Shengquan Companhia de Electricidade de Macau-CEM,S.A.Macau.摘要:柴油发电机正常运行过程中会产生一定量的油性废水,其排放受到当地政府制定的工业废水排放法规的约束。同时基 于对环 境以 及人类 健康 的保护,这些 废水 需要经 过严
2、格的处 理净化 之后 方能排 放出 海。本 篇文章 概述 了当前处理油 性废水 的各 种相关 工艺 方法的 特性和 优缺 点,以 及澳 门路环 发 电厂 所采 用的特 定的 多级油 性废水 处理 工艺及其效果的展示。关键词:柴油发电机;油性废水;废水处理工艺 ABSTRACT:The normal running of the diesel engine generator will generate the oily waste water and the discharge of this kind of waste water is monitored by the local gove
3、rnments.As a company with corporate social responsibility,it is responsible for CEM to protect the environment and humans health,so the waste water will be treated in the waste water treatment plant and discharged to the sea only when it satisfies the limitation of the government regulations.The obj
4、ectives of this paper are to summarize the current and recently developed approaches for oily waste water treatment and compare their own characteristics.Meanwhile this paper also discusses the specific treatment method used by Macau Coloane Power Plant to treat its oily waste water and the related
5、treatment result.KEY WORD:Diesel engine generator;Oily waste water;Waste water treatment 1 引言 柴油发 电机 组是 以柴油 机为 原 动机,以柴 油或者重 油为 燃料,拖动 同 步发电 机发 电的 一种 电源设备。该种 类型 的发电 机组是 一种起 动迅 速、操作维 修方 便、投资 少、对环境 的适 应性 能较 强的发电 装置。作为 亚洲 较 大型的 综合 柴油 发电 厂,澳门路环发电厂现运行的共有三组柴油发电机组,均是采用 MAN-B&W 设 计生产的产品,其 中G34 机组 采用 Mitsui/MA
6、N-B&W 9K80MC-S 型号,单机最大输出功率是 24.5MW,G56 机组采用Mitsui/MAN-B&W 12K80MC-S 型号,单机最大输出功率 是 37.4MW,G78 机组采 用 Mitsui/MAN-B&W 12K90MC-S 型 号,单机 最大输 出 功率是 50MW.电厂 生产运作过程中无可避免会产生一定量的工业废水,按照 其特 性可 分 为油性 废水 和化 学废 水。本文专 题论 述油 性废 水的 处理方 法和 工艺。油性废水的 主要 来 源包 括 以下 几点:1.车 间 冲刷 地面,设备 清洗等 排 出的 含油废水;2.机 械 的润 滑,冷却,传动等 系 统产 生的
7、含油废 水,主要 包含 润滑 用机油,冷却和 传动 用的乳化 油;3.柴油发电机回收锅炉清 洗 产生的废水,但所占 比例 较少。油性废 水中的 油性 成分 主要 包含 浮油,悬浮油和乳 化油,亦 含有 少量 溶解油。同时设 备清 洗时会加 入洗 涤剂,因此 废 水中主 要化 学成 分是 烃类物质,少量脂 类以 及表 面活性 剂。烃类 物质 属于难生 化降 解类,而脂 类 和表面 活性 剂为 可生 化降解类。此类油性废水必须经过净化处理之后方可排 放 出海。世界 上很 多国家 和 地区 都对 工业 废 水的排 放制 定了 相关 规定 和限 制。澳门 特别 行政 区亦对该地区工业废水的排放制定了第
8、 46/96/M 2019 年中国电机工程学会年会论文集 号法令,要求 澳门 路环 发 电厂每 月进 行一 次废 水排放出 口 的取 样工 作,然后 送 去环 境保 护局 授权指定的第 三方 化验 室化 验,化验 结果 必须 满足 该法令规 定的 所有 指标 的限 定值。同时 环境 保护 局要求澳门路环电厂对 第 46/96/M 号法 令所包含的其中 六个 指标 进行 实时 在线监测,其中 酸碱 度(pH)可接 纳范 围为 6.0 至9.0,油及 脂肪(Oil&Fat),生化需 氧量(BOD),化学需氧量(COD),总悬浮固体(TSS)以及清洁剂(Detergent)的可接纳上限分别为15mg
9、/L,40mg/L,150mg/L,60mg/L,2mg/L.其中清洁剂的 主要 成分 包含 十二 烷基硫 酸脂。为满 足相关政府 法规 要求,保护 澳 门周边 海域 水资 源及 水产资源,保护生 态平 衡及 人类健 康,同 时促 进经济可 持续 发展,电厂 必须按照标 准严 格执 行废 水处理工 艺以 达 到排 放标 准。2 油性废水处理工艺的选择 电厂正常运作产生的油性 废水中 COD,BOD含量高,有一定 的色 度和 气味,同 时内含 的浮 油极易扩 散成 油膜,4.5dm3可 形成 2.8*10-4mm 厚的油 膜,覆盖 2*104m2的水 面1。该油 膜进 而会使水 体 缺氧,产生
10、恶臭,严重 影 响生 态环 境。由 于各种因 素的影 响,油性废 水中的 油性成 分复 杂,可以由 以下 四种 形式 存在 于废水 之中:1.浮油:油珠 粒径 较大,一 般 大于 100um,易于浮 出水 面进 而形 成油 膜和油 层。可 用重 力法分层去 除,比较 容易 处理。2.悬浮 油:油珠 粒径 约为 10100um,以微小的 颗粒 悬浮 在水 中,其状态 不稳 定,静置 一段时间 后往 往会 形成 浮油。3.乳 化 油:由 于 搅拌,加热及 表 面活 化剂的存在而产生,油珠粒径 一般小于 10um,具有一定的 稳定 性,在隔 油池 内是无 法去 除的,必 须加入混 凝剂,一 般用 汽
11、浮 法可有 效去 除。4.溶解油:在废水 中占 的比 例极小,是一种以化 学方 式溶 解在 水中 的油质,其粒径 可以 达到几个 纳米。油性废 水的 处理 工艺 多种 多样,其 目的 主要在于去 除水 中的 大量 油质,以 及水 中溶 解的 有机物,悬浮 物,皂类,酸碱,硫化物,氨氮 等2-3,同时改 善水 质的 色度 和气 味,以便 达到 相关 的工业 废 水排 放标 准。根据 其工 作 原理,油 性废 水处理技术 可以 分为 物理 法,化学法 以及 生物 法。2.1 物理法 物理法主要是指根据水和油的密度差或 物理性 质不 同,利 用重 力沉降 原 理或 者其 他方 式去除杂质 同时 完成
12、 油水 分离 的方法。常 用 的 技术 有以 下 几种。重力 分离 法是指 利 用油 和水 的比 重差以及两 者的 不相 容性 进行 油水分离,根据 其分 离的动力 来源 可以 分为 浮上 分离法,机械 分离 法以及离心 分离 法三 种。重力 分离法 效果 稳定,运 行费用低,但是有 占地 面积 大的缺 点。根 据其 特性浮上分离法被应用在路环电厂油性废水多级处理工艺 中的 初始 阶段。粗粒 化 法是 使油 性废 水通过一种 填有 粗粒 化材 料的 装置,使 废水 中的 微细油珠聚 结成 大颗 粒,达到 油水分 离的 目的,其 关键技术 是粗 粒化 材 料4。本方式 适合 预处 理悬浮油 和
13、乳化 油,具有 设备 小型化,操作 简单 的优 点,但是其 滤料 易堵,存在 表 面活性 剂时 效果 差的缺点。汽浮 法是 将 空 气以微 小气泡 形式注 入水 中,使其与 水中 悬浮 的杂 质黏 附,在重 力差 的作 用下使密度 较轻 的油 泡上 浮,形成浮 渣层 从水 中分 离5-8。目 前常 用的 汽浮 方式 是射流 汽浮 法,叶轮汽浮法以 及加 压溶 气汽浮 法。汽浮 法具 有效 果好且 工 艺成 熟的 优点,同时结 合 澳门 路环 电厂 的实际情况,该方 法被 选 做为废 水 处理 工艺 中的 重要一 环。膜分 离法 主要 包括微 滤,超滤,纳滤 和反渗 透,均是 利用 液液 分离
14、体系中 的两 相与 固体 膜表面亲 和力 的不 同达 到油 水分离 的目 的9。膜 分离法主 要用 于分 离废 水中 的溶解 油和 乳化 油,具有设备 费用 和运 转费 用低,不 产生 二次 污染 的优点,但是 膜不易 清洗,在 处理含 油量 过高 的电 厂油性废 水的 处理 工艺 中不 太适合。吸附 法是 指利用多孔固体吸附剂对含油废水中的溶解油以及其他有 机杂 质进 行表 面吸 附,其常 用的 吸附 剂包括活性 炭,活 性白 土,磁 铁砂,纤 维,高 分子 聚合物以 及吸 附树 脂等,主 要用于 含油 废水 的深 度处 理,对水 质 较好,多级处理工 艺中 已经过 预处理的含 油浓 度不
15、高的 废水 效果明 显,但 是不 太适用于含油 量较 高的 工 业废 水的处 理。2.2 化学法 化学法是指投加化学药剂由化学反应将废 2019 年中国电机工程学会年会论文集 水中的 杂质 转化 为无 害物 质,使废 水得 到净 化的一 种 方法。絮 凝法 是一 种适 应 性较 强,可去 除乳化油和溶解油以及部分难以生化降解的复杂高分子有 机物 的油 性废 水处 理方 式10-11。絮凝 法对于 去 除废 水中的 COD,BOD 效 果 明显,同时 可以 明显改善 水质,所以 澳门 路 环电厂 将絮 凝法 和汽 浮法相结 合形成 废水 多级处 理工艺 中的重 要一 环。电凝聚 法是 利用 可溶
16、 性电 极(铁 电极 或者铝 电极)电解产生的阳离子与水电离产生的氢氧根负离子(OH-)结合生成的胶体,与水中的杂质颗粒 产生凝聚 来实 现油 水分 离的 效果12-13。电汽 浮法 是利用不溶性电极进行电分解生成的微小气泡的上浮作 用来 去除 杂质,具 有除油,杀菌一 体化 的特点14。电汽 浮法 产生 的气 泡细 小均 匀,捕 获杂质的 能力 强,因此 具有 效率高 的优 点,但是 同样 存 在电 耗大,单独 使用较 难 达到 排放 标准 的缺点。化学 氧化法 是指 在催 化剂的 作用 下,用化 学氧化剂(例如 臭氧,Fenton 等)将废水 中呈现 溶解状态下的无机物和有机物氧化成微毒或
17、者无毒物质,使之转 化成 易与 水分离 的状 态,进而 进行 油 水分离9。近年 来超临 界 水氧 技术 得到 了迅速发展,其具有 快速 高效 的优点,可以去 除一 些用其他 技术 无法 有效 去除 的污染 物。其 原理 是将水中有机物在超临界水中 氧化分解成 CO2,H2O等无害 的小 分子 化合 物15。2.3 生化法 生化法 是指 利用 微生 物的 生物化 学作 用,使油性废水中的有机物质转化为微生物体内的有机成分 或增 殖成 新的 微生 物,剩余 部分 则被 微生物氧化 分解 为简 单的 无机 或者有 机物 质,从 而使废水得 以净 化9,16-17。目 前处理 工艺 较为 成熟 并且
18、得到广泛应用的生化法包括活性污泥法和生物 滤 池法。活性 污泥 法是在 曝 气池 内利 用流 动状态的絮凝体作为净化微生物的载体来分解有机物,而生 物滤 池法 则是 在 生物滤 池内 让微 生物 附着在固定的载体上来分解流经滤料表面的废水中 所 含的 有机 物质。生化法 常 用于 处理 含有 质量浓 度在 3050mg/L 以下,含 有 其他 可生 物降 解的有毒有 害物 质的 工业 废水,特 别适 用于 溶解 油的去 除。生化 法的 关键 在于生 物 菌种 和生 物处 理工艺,根据 含油 废水 的特 殊 性开发 出高 效的 生物 菌种 和处 理工 艺是该 领域 的研 究热点18。但 电厂油性
19、废 水特 性不 稳定,其 所含各 类杂 质的 成分 因环境而 变化 较大,因而 其 所需的 生物 菌种 无法 固定,在 电厂 油性 废水 的处 理工艺 中难 以应 用。3 澳门路环电厂油性废水处理工艺的选择 油性废 水的 处理 工艺 种类 较多,但 每种 工艺都有其 自身 的局 限性。如 果采用 单一 的处 理方 式,难以达 到满 意的 效果。在 实际应 用中 通常 是多 种处 理 方法 结合 在一 起,形成 多 级处 理工 艺,从而实现良 好的 油水 分离 效果,使 出水 水质 达到 相应的工业 废水 排放 标准。因 此,结合 以上各 类废 水处理方 法的 分析,澳门 路 环电厂 采用 了一
20、 套多 级处理工 艺如 图1 所 示,其 出水水 质已达 到澳 门特别行政 区环 境保 护局 制定 的工业 废水 排放 标准。图 1.电厂油性废水多级处理工艺流程 2019 年中国电机工程学会年会论文集 在上述的油性废水多级处理工艺中,OP1,OP2 和OP3 分 别收集 G34,G56 以及 G78 机组所 产 生的 废水,进行 初级油 水 分离 之后 会除 去一定比例 的浮 油和 较大 体积 的固体 杂质。其中 被分离的废油会 被转移 至 CCB 废油收集缸 进行进 一步 的 处理,而所 产生 的废水 会 被统 一转 移至 废水处理厂(WWTP)的 隔油 池等 待进一 步处 理。常用的 隔
21、油 装置 有平 流隔 油池,斜 板隔 油池和小型 隔油 池等。其中 平 流隔油 池的 优点 是构 造简单,维护容 易,使 用较 为 方便;缺点是 池体 大,占地面 积多。这种 隔油 池 可能去 除的 最小 油滴 粒径一般为 100150um。考 虑到澳门路环电厂 的实 际 情况,选择 平流 隔油池 使 其利 用重 力作 用使油 水 分离,再 利用 刮油 机将 浮 油去 除,所产 生的废油会被转 移至油 泥池进 而被转移 至 CCB 废油收集缸 进行 进一 步的 处理。池 内设 置有 两台 水下搅拌机,主要功 能是 使水 质能够 得到 平衡,同 时可阻止 污泥 沉淀。隔油池中的废水经过提升泵进入
22、到混凝池#1 之中,为实 现更好 的混 凝和絮结 效果,一部Flocculator 被 安装 在上述 两 者之 间的 流通 管道之 上。同时 在该 部 Flocculator 之 上进 行氢 氧化钠(NaOH),PAC 以及 PAM 的投药 工作,以便 中和水质 pH 在 7.58.5,创造一 个 PAC 和 PAM 工作的最适 环境。同 时混 凝剂 PAC 和助 凝剂 PAM 会与废水 进行 反应,将乳 化 油,COD,BOD,固体杂质等污 染物 进一 步从 废水 中分离 出来。在混 凝池#1 之中 同时安 装一部 搅拌 机,提升 药剂和 废水的结合 以及 反应 效果。混凝反应完成的废水进入
23、到气浮池实现浮渣 与 水的 分离,过程 中产生 的 浮渣 通过 刮渣 机撇到污泥 池。整套 汽浮 装置 由气浮 机主 机,曝气 机以及刮 渣机 构成。其工 作 原理是 通过 三台 曝气 机将微小 气泡 直接 注入 污泥 中,然后 通过 叶轮 将微小气泡 均匀 分布 在水 中,进而将 水中 的杂 质吸 附在自身 表面 浮出 水面,形 成浮渣,被刮渣 机撇 到污泥池。污泥池 中的 污泥 不能自 然分 解,因此 采用压缩脱 水的 方式 进行 处理,所产 生的 固态 污泥会送 至澳 门焚 化厂 进 行热 值回收,最终 完成 无害化处理。目前脱 水设 备主 要有板 框脱 水机,箱 式脱水机,带式脱 水机
24、 以及 离心脱 水机 等。其中 前三者属 同一 原理,都 是利 用压力 使泥 水分 离,离心脱水 则是 利用 离心 力使 泥水分 离,下 面对 带式脱 水 与离 心脱 水的 功效 进行 比 较,结果 参照表 1。其 中 离心 机是以 LW420X1750BD 型 卧螺 机为 例。从上述 对比 可以 看出,离 心机具 有综 合运 行费 用低,处理 量大 及占 地面 积小的 优 点,但是 杂讯 大,机 房 需做 隔音 处理。因此澳门路 环电 厂选用 离心式脱水机 对废水处理过程中产生的污泥进行脱水处理,所形成 的泥 渣具 有较为 合适 的干 度,便于后期澳门焚化厂进行热值回收以及最终的无害化处 理
25、。气浮池中得到净化处理的废水进一步进入到混凝 池#3,在 此加 投强氧 化剂 H2O2 与 废水 进行反应将 COD 和 BOD 污染物 进 一步 氧化 分离,同时还有酸(H2SO4)和碱(NaOH)投入点,以对废水进行酸 碱中 和得 到合 适的 酸碱度。混凝池#3 中 处理过的废 水 会进入多功能 过滤器中 进行 进一 步固 体杂 质的去 除,改 善水 质的清度和色 度,然 后进 入出 水池,通 过 pH,TSS,COD,BOD,Detergent 以及 Oil&Fat 等 六个 参数的监测来实现排放出海或者回流到隔油池进行新 一 轮的 循环。澳门 特别行 政 区第46/96/M 号法令具体
26、描述了针对该六个指标的 规定,参照表2.3 废水处理的效果监测 整套油性废水多级处理工艺在运行过程中实现了较好的处理效果,按照澳门特别行政区46/96/M 号法 令要 求,澳门 路 环电 厂每 个月 进行一次废 水排 放出 口的 水质 取样工 作,并 送去 环境保护局 授权 指定 的第 三方 化验室 进行 化验,其化验 结 果完 全满足 46/96/M 号法令 的规 定。同时 根据环境 保护 局的 特别 要求,澳 门路 环电 厂利 用一套高效的实时在线监测仪表对 描述水质情况的六个特定 指标 进行 实时 监测,连续 三天 对酸碱 度(pH),油及脂肪(Oil&Fat),生化需氧量(BOD),化
27、 学需 氧量(COD),总 悬浮 固体(TSS)以及清 洁剂(Detergent)的 实时 监测结 果 如图 2-7 所示,数据 统 计结 果如表 3 所示,亦 完 全达 到特 区政 府针对工业 废水 的排 放标 准。连 续 运作 结果 显示,该套油 性 废水 处理 工艺经过优 化升级 之后,可以 取得极 佳的处 理效 果,实现了澳门路环电厂对水质保护和生态环境保 2019 年中国电机工程学会年会论文集 护的承 诺,很好 的展 现了 企业的 社会 责任。表 1.两种脱水机的性能比较 分离 设备 比较项目 离心机 带式压榨 过滤机 2.0m 进料含水 率 9099 9298 泥饼含水 率(%)初
28、沉污泥 60 75 活性污泥 79 8082 混合污泥 3.5 耗电量(KW/t.Ds)(以污泥 浓度6%计 算)8.5 7 冲洗水(m3/tDS)无 50 压缩空气 量(m3/h)无 0.3 对外物理 料颗粒 大小的 适应性 无要求 要求颗粒 均匀,尤其是 有大 于 1mm 的 颗粒物会 损害滤 布 对处理物 料粘度 变化的 适应性 基本无要 求 当粘度较 大时分 离 效果急剧 表差 附属设备 无 空压机,冲洗泵,污泥混合 器 操作条件 无需看管 需人员看 管 杂讯dB(A)85 45 使用寿命(年)不低于20 年 510 维修费用 带机的1/7 表 2.澳门特别行政区工业废水排放标准Ind
29、icator pH Oil&Fat BOD COD TSS Detergent Limitation 6.09.0 15mg/L 40mg/L 150mg/L 60mg/L 2mg/L 2019 年中国电机工程学会年会论文集 图 2.The online monitoring of the value of COD.图 3.The online monitoring of the value of BOD 图 4.The online monitoring of the value of Detergent 图 5.The online monitoring of the value of O
30、il&Fat 图 6.The online monitoring of the value of TSS 图 7.The online monitoring of the value of pH 表 3.废水排放指标的统计结果 Parameter COD BOD TSS Oil&Fat Detergent pH Max 62 25.7 13.3 28.7 0.38 9.08 Min 9 3.5 0 10.1 0.2 7.47 Average 32.21 13.17 0.96 17.91 0.3 8.52 Limitation 150 40 15 40 2 79 2019 年中国电机工程学会年会
31、论文集 5 总结 澳门路环电厂的油性废水多级处理工艺利用了多 种工 业废 水处 理方 法,实现 了对 废水 处理效果的 较好 控制,同时 自动 化 控制 系统 的引 进有效降低 了人 力资 源需 求,废水处 理系 统可 以实 现单人操 作甚 至是 无人 值守 的效果,符合 澳门 以人为本的 管理 理念。但 是由于 电 厂运 行中 所产 生的油性废 水的 杂质 成分 和性 质波动 较大,进而 导致进入到隔油池的废水中杂质的含量会经常超出涉及允 许范 围,影响 处理 效果和 效 率。后期 我们会继续 深入 研究 油性 废 水的 预 处理 方法,将 进入到 隔油 池的废 水特 质控制 在其允 许的范
32、 围之 内,以期更 加高 效稳 定的 处理 效果。同时 监测 废水 排放质量的实时在线监测仪表需要定期进行清洗以保证 数据 的准 确性,其 清洗频 率为 一周 一至 两次,耗费 了大量 的人 力成 本,后期 我们会 进行 进一步研 究以 便找 到一 种合 适的解 决方 案。参 考 文 献 1 徐根良,曾静,翁建庆.含油废水处理技术综述D.1991.2 Nicolaisen B.Developments in membrane technology for water treatmentJ.Desalination,2003,153(1-3):355-360.3 Hayat S,Ahmad I,
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