石油炼化含油废水：气浮+催化氧化法深度处理与资源化利用

一、行业现状与废水特征

我国石油炼化行业年加工原油超6亿吨，产生含油废水2 - 3亿吨/年。该类废水具有以下特征：

高油含量：乳化油浓度50 - 500mg/L（部分含纺锤状油滴）

复杂有机物：含酚类（10 - 100mg/L）、多环芳烃（5 - 50mg/L）

高COD：500 - 3000mg/L（溶解性COD占比40 - 60%）

重金属污染：Ni²⁺（1 - 5mg/L）、Zn²⁺（2 - 8mg/L）

水质波动大：炼制不同油品导致污染物谱变化超30%

传统处理技术瓶颈：

气浮法油去除率仅70 - 80%（剩余乳化油难处理）

催化氧化法运行成本高（3 - 6元/m³）

活性炭吸附饱和周期短（3 - 5天需更换）

二、核心技术集成创新

（一）多级气浮强化除油系统

构建"涡凹气浮 - 电解气浮 - 溶气气浮"三级处理链：

涡凹气浮：曝气机产生微米级气泡（直径10 - 50μm），去除80%以上浮油

电解气浮：DSA阳极（钛基涂层钌铱）产生H₂/O₂微气泡（粒径<10μm），专攻乳化油

溶气气浮：高压溶气释放（0.3 - 0.5MPa），捕集粒径>1μm油滴

协同效应：

电化学破乳降低油水界面张力（从15mN/m降至3mN/m）

气泡表面改性与油滴定向结合

在镇海炼化应用数据显示：

油类形态 初始浓度(mg/L) 出水浓度(mg/L) 去除率

浮油 150 5 96.7%

乳化油 300 20 93.3%

溶解油 50 10 80%

（二）催化氧化深度处理工艺

开发"电 - Fenton - 光催化"耦合氧化体系：

电 - Fenton：

三维电极反应器（铁 - 碳填料，Fe/C质量比3:1）

H₂O₂原位生成（电流密度20mA/cm²）

对酚类去除率>95%（COD降解率70%）

光催化：

TiO₂/g - C₃N₄复合材料（禁带宽度1.8eV）

UV - LED光源（波长365nm，光量子效率85%）

多环芳烃降解率>85%

协同机制：

电化学还原Fe³⁺为Fe²⁺（再生效率>90%）

光生电子增强·OH生成速率（2 - 3倍）

某乙烯厂实测数据：

进水COD 1800mg/L → 出水85mg/L

苯并[a]芘从1.2μg/L降至0.05μg/L

药剂成本降至1.5元/m³（传统工艺4 - 5元/m³）

（三）资源回收与能源利用

建立"油品回收 - 污泥焚烧 - 余热发电"产业链：

油品分离：

气浮浮渣经离心机脱水（含水率<80%）

溶剂萃取回收轻质油（纯度≥95%）

污泥处理：

高温热解（500 - 600℃）产合成气（H₂ + CO）

焚烧残渣制建材（重金属浸出率<0.1mg/L）

能源回收：

反应器余热用于预热进水（节能20%）

污泥热解气发电（效率25%）

在茂名石化项目中：

年回收轻质油5000吨（价值3000万元）

发电量满足处理设施30%用电需求

减少固废填埋量80%

三、系统集成与智能控制

（一）数字孪生优化平台

开发"多物理场模拟 - 动态优化 - 故障诊断"智能系统：

实时监测30项参数（pH、ORP、油含量等）

基于机器学习预测药剂消耗（误差±3%）

自动生成最佳运行方案（吨水能耗降低15%）

在中海油惠州项目应用后：

处理成本下降18%（节省2.2元/m³）

人工干预减少80%

设备寿命延长25%

（二）能量自维持设计

构建"太阳能 - 生物质能 - 余热"互补系统：

光伏发电（覆盖30%厂房屋顶，装机1MW）

污泥厌氧发酵产沼气（发电效率30%）

反应器余热回收供暖（满足冬季50%用热）

经测算：

系统能源自给率可达55%

年减少碳排放1.8万吨

四、典型工程案例解析

中石化镇海炼化分公司（日处理5万吨）：

工艺配置：

三级气浮（3000m³/h） + 电 - Fenton（1500m³/h）

光催化反应器（500m³/h） + MBR（2000m³/h）

运行指标：

项目 进水 出水 去除率

油类(mg/L) 400 5 98.75%

COD(mg/L) 2000 50 97.5%

苯并[a]芘(μg/L) 1.5 0.03 98%

经济效益：

年节水1825万吨

回收轻质油2.5万吨（价值1.5亿元）

减少污水处理费600万元/年

五、技术发展趋势与挑战

当前研究重点：

✅ 新型电极材料开发（如石墨烯 - 铱氧化物涂层）

✅ 光催化 - 生物膜耦合降解技术

✅ 数字孪生与AI强化学习融合

面临挑战：

超高浓度乳化油（>1000mg/L）高效破乳

持久性有机污染物（POPs）深度矿化

系统抗有机负荷冲击能力优化

六、实施路径与政策支持

企业分阶段部署策略：

基础改造期（0 - 1.5年）：

安装多级气浮与催化氧化系统

部署在线监测网络

优化升级期（1.5 - 3年）：

集成资源回收与能源系统

开发智能控制模型

智慧运营期（3年后）：

实现处理过程无人值守

达成碳中和运行目标

政策支持方向：

将油品回收率纳入炼化企业考核指标

提供催化氧化耗材税收优惠

建立含油废水处理技术标准

石油炼化含油废水处理正从"污染治理"向"资源循环 - 能源再生"转型，该优化方案为行业绿色低碳发展提供了创新路径。