Questo articolo, redatto sulla base delle specifiche di progettazione del trattamento delle acque reflue chimiche e petrolifere della Cina, è destinato a ingegneri di processo, supervisori di funzionamento e manutenzione e tecnici EPC nelle raffinerie e negli impianti di trattamento delle acque reflue petrolchimiche. Si concentra sul pretrattamento-la prima linea di difesa dell'intero sistema delle acque reflue. La causa principale della maggior parte degli avvelenamenti biochimici, del collasso della nitrificazione, dei superamenti della linea e degli odori sgradevoli nelle acque reflue petrolchimiche risiede nel fallimento del pretrattamento.
I. Stabilire le conoscenze fondamentali: il posizionamento e il risultato finale del pretrattamento delle acque reflue petrolchimiche
Il pretrattamento delle acque reflue municipali si concentra principalmente sulla rimozione e omogeneizzazione delle scorie; Gli obiettivi principali del pretrattamento delle acque reflue petrolchimiche sono: rimozione dell'olio, disintossicazione, riduzione dei picchi, miglioramento della biodegradabilità e protezione dei successivi sistemi biologici.
Le acque reflue petrolchimiche contengono olio galleggiante, olio emulsionato, solfuri, fenoli volatili, composti del benzene e idrocarburi aromatici eterociclici, che presentano forti proprietà inibitorie. Le specifiche richiedono chiaramente che il contenuto di petrolio nell'affluente biologico A/O non debba superare i 20 mg/L. Il superamento di questa soglia porta facilmente al rivestimento microbico, al rapido declino dell'attività e al superamento diretto degli standard di azoto ammoniacale.
Il pretrattamento non è semplicemente “rimozione e sedimentazione dei fanghi”; comprende due livelli principali:-pretrattamento in loco all'interno dell'impianto + pretrattamento centralizzato presso l'impianto di trattamento delle acque reflue. Le acque reflue speciali altamente tossiche (contenenti zolfo, residui alcalini e acque reflue di elettro-desalinizzazione) devono essere pretrattate in-sito all'interno dell'impianto ed è severamente vietato lo scarico diretto nel sistema integrato delle acque reflue per la diluizione e la conformità agli standard.
Principi generali di primo-livello: separazione dell'acqua pulita da quella inquinata, separazione dell'acqua piovana e delle acque reflue, pretrattamento differenziato e misure tampone di emergenza.
II. Raccolta graduata a livello di origine- (pretrattamento preliminare, più critico delle strutture)
Molte ristrutturazioni degli impianti di trattamento delle acque reflue si concentrano solo sulla separazione e flottazione dell'olio-acqua, trascurando il trattamento differenziato della rete di condotte, che rappresenta una soluzione superficiale.
Acque reflue- contenenti zolfo: l'acqua proveniente dal separatore di olio- acqua nella parte superiore della torre, contenente H₂S, NH₃ e fenoli volatili, deve essere sottoposta a pretrattamento per lo stripping delle acque reflue contenenti zolfo. Dopo la desolforazione e la rimozione dell'ammoniaca, l'acqua purificata viene quindi incorporata nel sistema delle acque reflue contenente olio-e non può essere immessa direttamente nel sistema di trattamento biologico.
Acque reflue contenenti olio-: l'acqua proveniente dal lavaggio dell'area del serbatoio, dal risciacquo della pompa e dal trattamento atmosferico/a vuoto/drenaggio dell'idrogenazione costituisce l'affluente principale dell'impianto di trattamento delle acque reflue e segue la linea principale "separazione olio-acqua → flottazione". Residui alcalini/alcali di scarto: acque reflue di lavaggio di benzina e idrocarburi liquidi alcalini, pH elevato, alto fenolo, alto contenuto di zolfo, classificate come acque reflue speciali ad alto-rischio, non possono essere trattate con metodi fisico-chimici convenzionali e vengono pretrattate separatamente utilizzando acidificazione, recupero di fenoli e ossidazione a umido.
Acque reflue ad alta-salinità: acqua di lavaggio con drenaggio di desalinizzazione elettrostatica e desolforazione, TDS elevato, raccolta separatamente, trattata secondo necessità con trattamento di indurimento, concentrazione di membrana ed evaporazione per prevenire l'accumulo continuo di sale in tutto il sistema.
Acqua piovana contaminata iniziale e acqua in caso di incendio: l'acqua piovana proveniente dall'area dell'impianto e dall'area del serbatoio entro i primi 15-30 minuti è considerata acqua piovana contaminata e viene trasferita al sistema delle acque reflue; l'acqua di scarico degli incidenti e di scarico delle perdite viene temporaneamente immagazzinata nella vasca degli incidenti, valutata, diluita e pretrattata prima di essere inviata all'impianto di trattamento delle acque reflue in modo ordinato e lo scarico diretto è severamente vietato.
Acque reflue pulite: le acque reflue circolanti e lo scarico dell'acqua demineralizzata vengono convogliati separatamente, con priorità al riutilizzo e non influiscono sul carico biochimico.
III. Unità di pretrattamento fisico-chimico tradizionali (principi, selezione, parametri operativi, guasti comuni)
1. Vaglio a barre e camera di dissabbiatura ciclonica (prima-fase di intercettazione fisica)
Funzione: rimuove plastica, strisce di tessuto, fibre e sabbia, proteggendo le pompe a valle, i dispositivi di rilascio dell'aria disciolta e le guarnizioni da intasamenti e usura.
Punti di funzionamento e manutenzione: Rimozione scoria continua/temporizzata dal vaglio a barre meccaniche; rimozione regolare della sabbia dalla camera di sabbia per evitare che le particelle di sabbia vengano trasportate nel separatore dell'olio e nel sistema di flottazione. L'usura del raschiatore e l'accumulo di sabbia sono problemi frequenti.
2. Separatore d'olio (separatore d'olio a piastra inclinata API/CPI, unità centrale per la rimozione dell'olio galleggiante)
Principio: utilizza la differenza di densità tra olio e acqua per separare le particelle di olio galleggianti maggiori o uguali a 100 μm per gravità. L'olio galleggiante viene raccolto in un serbatoio per i fanghi per il riutilizzo. L'API è del tipo a flusso orizzontale, mentre i separatori d'olio a piastre inclinate CPI hanno un ingombro ridotto e una maggiore efficienza di separazione. Le nuove raffinerie dovrebbero dare priorità al CPI.
Punti di controllo: ritenzione idraulica, temperatura dell'acqua, ciclo di recupero dell'olio; l'olio galleggiante deve essere recuperato tempestivamente. Un eccessivo accumulo di olio si emulsionerà e verrà trasportato verso il basso, aumentando il carico sul sistema di flottazione a valle.
Limitazioni: i separatori d'olio possono rimuovere solo l'olio galleggiante, non l'olio emulsionato o disciolto. Questo è un malinteso comune sul-sito.
3. Serbatoio di equalizzazione/vasca di bilanciamento (peak shaving e buffering, stabilizzazione della qualità e della quantità dell'acqua)
Funzione: il drenaggio intermittente degli impianti petrolchimici, l'interruzione dell'acqua nell'area del serbatoio e gli impatti dell'acqua piovana causano fluttuazioni significative della qualità dell'acqua. Il serbatoio di equalizzazione consente l'omogeneizzazione, l'equalizzazione della quantità e la pre-regolazione del pH, evitando impatti di impulsi ad alta-concentrazione e ad alta-tossicità sui processi biologici.
Applicazione pratica: Dotato di agitazione/aerazione per prevenire la sedimentazione e la produzione localizzata di idrogeno solforato anaerobico; dotato di sistemi di allarme rapido online per pH e idrocarburi del petrolio; l'afflusso anomalo può essere trasferito in un serbatoio di emergenza.
4. Coagulazione + flottazione ad aria disciolta (DAF) (unità principale per olio emulsionato e inquinanti colloidali) L'olio disperso e l'olio emulsionato nell'effluente del separatore d'olio devono essere separati mediante flottazione ad aria disciolta (DAF), rendendolo un elemento fondamentale dell'attrezzatura per il pretrattamento delle acque reflue petrolchimiche.
Principio: l'aggiunta di demulsionanti, coagulanti (sali di ferro/alluminio) e PAM (particolato AM) distrugge lo strato di emulsione, provocando la destabilizzazione e la flocculazione delle goccioline d'olio. L'aria disciolta pressurizzata genera microbolle da 5–20 μm, che aderiscono ai fiocchi e galleggiano sulla superficie. Un raschiatore raccoglie la schiuma (classificata come rifiuto pericoloso).
Specifiche (HJ2045): rapporto di riflusso 30%–50%, pressione del serbatoio dell'aria disciolta 0,3–0,7 MPa, pressione di flottazione primaria non inferiore a 0,6 MPa; tempo di permanenza nel serbatoio dell'aria disciolta 1–3 minuti, temperatura dell'acqua inferiore o uguale a 40 gradi; ciascuna cella di flottazione può essere ispezionata in modo indipendente offline, con una copertura sigillata e raccolta e trattamento dei gas di scarico per controllare i rischi di avvelenamento da COV e H₂S.
Linee rosse operative e di manutenzione: più reagenti non sono necessariamente migliori; un'aggiunta eccessiva di PAM può causare la conseguente formazione di schiuma viscosa biologica e incrostazione della membrana.
Indicatori target: il contenuto di petrolio nell'effluente di flottazione dovrebbe essere stabilmente controllato al di sotto di 20 mg/l, rispettando gli standard degli affluenti per il trattamento biologico.
5. Neutralizzazione e pre-ossidazione (per solfuri e tossine riducenti): dopo aver eliminato le acque reflue contenenti zolfo-o durante il pretrattamento dei residui alcalini, la pre-ossidazione può essere utilizzata per convertire i solfuri e alcuni fenoli facilmente degradabili, riducendo la biotossicità. I metodi comunemente utilizzati includono l'ossidazione dell'aria, l'ipoclorito di sodio e l'ossidazione catalitica del perossido di idrogeno. L'ossidazione eccessiva è severamente vietata, poiché gli ossidanti residui inattiveranno direttamente i batteri nitrificanti.
6. Idrolisi e acidificazione (disintossicazione, apertura dell'anello, biodegradabilità migliorata, pretrattamento migliorato prima del trattamento biochimico): per raffinare le acque reflue con bassi rapporti B/C (0,1–0,3) e contenenti componenti aromatici/eterociclici recalcitranti, l'idrolisi e l'acidificazione sono un importante metodo di pretrattamento, spesso classificato come "pre-trattamento biochimico".
Principio: i batteri anaerobici facoltativi, in condizioni anaerobiche, aprono e rompono le catene di grandi molecole organiche cicliche, convertendole in piccoli acidi organici, aumentando il rapporto B/C e riducendo la tossicità. Il valore fondamentale non è rimuovere in modo significativo il COD, ma migliorare la biodegradabilità.
Idea sbagliata: l'acidificazione mediante idrolisi non è una panacea. Un elevato contenuto di olio nell'affluente può causare direttamente incrostazioni, decomposizione anaerobica dei fanghi ed esplosioni di idrogeno solforato; deve essere eseguita dopo la separazione dell'olio e la flottazione con aria.
IV. Tecnologie speciali di pretrattamento delle acque reflue (pretrattamento-all'origine dell'impianto, di fondamentale importanza)
1. Acque reflue contenenti zolfo-: stripping a vapore. Lo stripping a torre singola-/doppia-torre rimuove H₂S e NH₃. Il gas acido viene inviato al recupero dello zolfo. L'acqua purificata viene riciclata alla raffineria o incorporata nel sistema delle acque reflue oleose. Questo è un processo standard nelle raffinerie.
2. Acque reflue ad alto-fenolo: estrazione con solvente. I fenoli ad alta-concentrazione vengono estratti e recuperati preferenzialmente per ridurre il carico di fenoli prima di entrare nell'impianto di trattamento delle acque reflue, evitando una forte inibizione dei batteri nitrificanti da parte dei fenoli.
3. Acque reflue ad alto-sale/elettrodesalizzazione: pretrattamento con membrana dura, evaporazione. Previene le incrostazioni di calcio e magnesio e il continuo accumulo di sali, proteggendo i sistemi biologici e riutilizzando le membrane.
V. Pre-trattamento dei rifiuti solidi e gestione della sicurezza (area ad alto-rischio di incidenti ambientali, facilmente trascurabile)
1. Tre-gestione dei fanghi: i fanghi oleosi provenienti dai separatori d'olio, i residui di flottazione e i fanghi residui di idrolisi/biochimici sono tutti rifiuti pericolosi. Devono essere raccolti in un sistema chiuso, disidratati e smaltiti secondo la normativa da un ente esterno. Sono vietati lo scarico casuale e lo scarico diretto del percolato.
2. Solfuro di idrogeno e rischi di esplosione: i pozzi di raccolta dell'acqua, i separatori d'olio, i serbatoi di equalizzazione e i serbatoi di acidificazione dell'idrolisi sono altamente suscettibili al rilascio di H₂S; le operazioni in spazi confinati devono essere ispezionate, avere ventilazione forzata ed essere approvate da un permesso di lavoro; le strutture devono essere sigillate per la raccolta del gas e i gas di scarico devono essere inviati agli impianti di deodorizzazione/COV; le apparecchiature elettriche devono essere selezionate in base agli standard-antideflagranti.
3. Priorità di allarme rapido online: il monitoraggio online di idrocarburi del petrolio, pH, ORP e solfuri dovrebbe essere implementato preventivamente-. Quando viene attivato un allarme precoce, si dovrebbe dare la priorità al blocco degli affluenti e al loro convogliamento in un serbatoio di emergenza; non fare affidamento sul trattamento biologico per resistere all'impatto.
VI. Decisione pratica-Creazione della logica per la selezione del processo
Linea principale standard per acque reflue oleose complete nelle raffinerie convenzionali: Griglia → Dissabbiatura → Serbatoio di equalizzazione → Separatore d'olio → Coagulazione e flottazione → Idrolisi e acidificazione (secondo necessità) → Trattamento biologico
Acque reflue-contenenti zolfo: pre-trattamento tramite strippaggio all'interno dell'unità, acqua purificata quindi incorporata nella linea principale
Residui alcalini, acque reflue ad alto-fenolo e ad alto-sale: pretrattamento separato-all'interno dell'unità, quindi collegato o smaltito separatamente dopo aver soddisfatto gli standard
Acque reflue di piccoli depositi di petrolio/serbatoi a basso-carico: rimozione dell'olio tramite ciclone + flottazione su piccola-scala sono sufficienti
Regola di selezione di una-frase: separazione dell'olio per olio galleggiante, flottazione per olio emulsionato, rimozione alla fonte di sostanze tossiche, idrolisi per sostanze difficili-da-degradabili e piscine di emergenza per il trattamento shock
VII. Idee sbagliate usate frequentemente in loco (influiscono direttamente sulla stabilità del sistema, evitare queste insidie)
❌ Idea errata: concentrarsi sulla rimozione del COD su larga-scala durante il pretrattamento ✅ Risposta corretta: gli obiettivi principali sono il controllo del petrolio, la riduzione della tossicità e la stabilizzazione della qualità dell'acqua; Il COD non è l’indicatore primario.
❌ Idea sbagliata: l'olio emulsionato entra direttamente nel processo di trattamento biologico, basandosi sulla degradazione microbica ✅ Risposta corretta: i fanghi di rivestimento dell'olio emulsionato rendono il sistema di nitrificazione estremamente vulnerabile al collasso.
❌ Idea sbagliata: le acque reflue contenenti zolfo- non vengono eliminate e vengono diluite prima di entrare nell'impianto di trattamento delle acque reflue. ✅ Risposta corretta: i solfuri sono altamente tossici; anche tracce possono inibire la nitrificazione, producendo anche cattivi odori e comportando il rischio di avvelenamento.
❌ Idea sbagliata: gli agenti di flottazione vengono continuamente aumentati indipendentemente dal costo. ✅ Risposta corretta: un eccesso di flocculanti/coagulanti introdurrà un trattamento biologico, inducendo formazione di schiuma, fanghi sciolti e incrostazioni delle membrane.
❌ Idea sbagliata: i carri armati di emergenza sono trattati come carri armati inattivi. ✅ Risposta corretta: i serbatoi di emergenza sono strutture di mitigazione del rischio ambientale; devono avere un volume effettivo sufficiente ed essere prontamente disponibili per l'uso.
Conclusione
La base per un sistema stabile delle acque reflue petrolchimiche non risiede nel serbatoio di trattamento biologico, ma nel processo di pretrattamento.
La separazione dell'olio, la flottazione, lo strippaggio, l'acidificazione dell'idrolisi, i tamponi di emergenza e le reti di condotte separate formano collettivamente una "barriera di isolamento dalla tossicità". Un pretrattamento adeguato garantisce la resistenza del sistema biologico agli shock, livelli stabili di azoto ammoniacale e fosforo totale e un minore consumo di reagenti ed energia. Un pretrattamento inefficace, tuttavia, comporterà persistenti superamenti degli standard anche con i migliori processi A/O, MBR e MBBR, richiedendo ripetuti aggiustamenti e mantenendo elevati rischi ambientali.
Coloro che sono coinvolti nel funzionamento, nella manutenzione e nella progettazione del processo di trattamento delle acque reflue petrolchimiche dovrebbero adottare una mentalità basata su "priorità della fonte, pre-trattamento e controllo della tossicità rispetto al controllo del carico", piuttosto che concentrarsi semplicemente sulla regolazione dei parametri del serbatoio di trattamento biologico.