移动供氧系统在污水处理应急装置中的应用



移动供氧系统在污水处理应急装置中的应用

刘馨怡１，张钰２

（1.河海大学，江苏南京 210098；2.液化空气天津（滨海）有限公司，天津 300452）

摘要：基于天津港“8.12”大爆炸水污染状况及处理方案，分析了臭氧破氰污水处理的工艺特点，对氧气供应方案进行对比，重点对移动液氧供氧系统进行总结。应用表明，该方式快捷、方便，供氧稳定，纯度高，满足事故现场污水处理对供氧系统快捷性、稳定性、安全性的要求。

关键词：移动供氧系统；臭氧破氰；应急装置

引 言

2015年8月12日，天津港瑞海公司危险品仓库发生特大爆炸事故。调查查明，事故的直接原因是：危险品仓库运抵区南侧集装箱内硝化棉由于湿润剂散失出现局部干燥，在高温（天气）等因素的作用下加速分解放热，积热自燃，引起邻集装箱内的硝化棉和其他危险化学品长时间大面积燃烧，导致堆放于运抵区的硝酸铵等危险化学品发生爆炸。

根据对爆炸中心约3 km范围内陆表水、雨污水和海水的监测、检测，部分监测点位的COD、氨氮和氰化物超标。根据水体中超标污染物对水环境和人体的危害程度，本次事故主要污染物确定为氰化物。据调查，爆炸的危险品仓库在事故发生前存放了约680.5 t氰化钠，爆炸发生后，部分氰化钠进入区域内爆坑积水、雨污管网，导致其中氰化物严重超标，爆坑内污水氰化物浓度平均超标40多倍。氰化物具有剧毒，长时间接触会引起脱水、神经破损甚至死亡，而且浓度在十几到几百毫克/升之间的含氰废水一旦流入渤海，将是一场巨大的环境灾难。由此可见，含氰废水的处理成了救灾工作的重中之重。

针对现场污水的具体情况，环保部门及专家组制定了严谨的处理方案。水污染控制技术方案的选择遵循了以下原则：

1）安全第一，处置过程首先确保人员和环境安全；

2）疏堵结合，多管齐下，越快越好；

3）措施果断，不遗留地下水污染隐患。

根据管网封堵和排水走向，制定了“前封后堵，中间治理，不达标不外排”的处置方案，除部分高浓度污水采用水罐车抽水运走处理外，其余在原地设应急破氰装置处置并采用以下4条技术路线：

1）采用次氯酸钠氧化结合臭氧、活性炭等循环破氰的工艺；

2）采用两次臭氧破氰，加活性炭和脱氰菌，再经次氯酸钠进一步破氰的工艺；

3）采用超磁水体净化工艺；

4）采用次氯酸钠、臭氧氧化破氰，加膜处理的工艺。

本文针对臭氧破氰污水处理应急装置的工艺特点，对制备臭氧所需的氧气供应方案进行对比分析，并对最终应用的移动供氧系统的设备选择、现场安装、技术指标和污水处理效果等进行总结。

1 臭氧破氰应急处置方案

现场臭氧破氰应急处置由污水调节池、一级臭氧破氰反应塔、二级臭氧破氰反应池、活性炭、脱氰菌深度处理、次氯酸钠二级深度处理5个环节组成，日处理能力1 000～5 000ｔ，处理后，污水中氰化物基本能去除95 %以上，达到国家排放标准，下一步送往污水处理厂进行常规处理。

图1 臭氧破氰反应塔（池）

臭氧破氰的工艺流程为：高浓度的含氰化物污水到达应急装置所在区域，先用泵提升至调节池，经pH调节，先进入臭氧破氰反应塔进行一级破氰反应，然后再进入臭氧破氰反应池进行二级破氰反应，最后进行生物菌制剂以及次氯酸钠等剩余环节的工艺进行深度处理。

考虑到臭氧易于分解无法储存，因此需要通过安装在现场的臭氧发生器现场制取、现场使用,氧气是生成臭氧的主要原料，因此要求在臭氧发生器旁必须设置氧气供应装置。

氧气供应可采用如下2种方式：

1）非低温现场制氧，一般采用变压吸附法或薄膜分离法，将气体发生装置安装在现场；2）移动供氧系统供氧，在事故现场设置小型低温液氧储罐和汽化器及其他附属设施，利用附近已有液氧生产企业的储存液氧，采用专用液氧槽罐车运输，至现场充装到小型液氧储罐中，经汽化器汽化形成常温的氧气。

上述2种方式各有利弊：非低温现场制氧方式的优点是不依赖周边设施及运输道路，直接制造并提供氧气；缺点是建设周期长、投资大，从设备购置、安装、调试到供氧需要数月时间；由于直接利用现场空气制氧，受区域大气环境的影响较大；氧气纯度正常情况下为92 %左右，较液氧纯度低。移动供氧系统的优点是现场安装便捷，时间短，紧急状况下一般1~2天即可完成；液氧质量好、纯度高，可达99.5 %以上，不受现场空气质量影响。缺点是受制于附近是否存在液氧生产企业以及运输道路情况。

结合天津港爆炸事故水污染状况及处理方案，尽快开展事故现场含氰化物污水的处理、保障附近人民生命安全、避免污水进一步扩散。因此，臭氧破氰装置的供氧方案只能选择移动供氧系统，实现供氧的快捷性、稳定性、安全性。

2 移动供氧系统

移动供氧系统由专用液氧低温槽罐车、安装于现场的小型低温液氧储罐、汽化器及附属配套设施组成，并以距离天津港爆炸事故现场10 km处的液氧生产企业为基地，有充分的液氧储备保障。

2.1 储罐及汽化器选择

现场储罐的选择是基于臭氧破氰装置污水处理的总体要求、臭氧发生器的能力匹配要求、运行时间要求，以及附近现有储罐情况等综合考虑确定的。根据环保部门总体部署和处理要求，需要配置的臭氧破氰污水应急装置，分别位于距离爆炸核心区3 km戒严区外的天津港保税区扩展区和天津滨海新区爆炸事故核心区跃进路与北港路交口，前者臭氧发生器的能力为5 kg/h，后者臭氧发生器的能力为8 kg/h，考虑到液氧生产企业可提供的储罐情况和到处理现场的距离，最终选取2个容积为10 m3的液氧储罐，分别配置2×100 m3/h和2×300 m3/h的汽化器装置。

2.2 液氧来源及运输

液氧采用空气分离装置（ASU）在深冷技术下生产，储存于温度-183 ℃、压力5 kPa的大型储罐中，纯度可达99.5 %以上。生产企业的制氧能力为270 t/d，且处于正常运行状态，可充分保障移动供氧系统的液氧供应。液氧采用专用液氧槽罐车（带车载泵）运输，其储槽容积最大可达20 t～30 t，选择事故处理指挥部指定道路通往应急臭氧破氰装置区域。

2.3 场地及现场安装

现场小型液氧储罐和汽化器的安装工作非常快捷，从起运到完成安装、调试最快不到２天时间。储罐及汽化器的安装区地基处理可根据地基情况而定。对较松散的地基，为满足承载力要求，先铺填碎石垫层，并进行夯实处理、整平，然后铺设钢板，将储罐、汽化器等焊接固定于钢板上，最后进行附属配套设施的安装。经过上述措施，可保证供氧系统设施快速、平稳、牢固地安置于污水应急处理装置的现场。

图2 现场液氧储罐和汽化器装置

2.4 运营及技术指标

现场储罐、汽化器等设施经过快速的安装、调试，以及与相关设备的协调配合，很快就具备了供氧条件。为确保设备的连续、安全运营，在现场采取了必要的安全、监控等措施，技术人员全天候值守。移动供氧系统通过消防、安监、质检等部门的检查，满足臭氧破氰污水处理工艺的安全和质量要求。提供给臭氧发生器的氧气主要技术指标如表1。

表１ 供氧主要技术指标

项目技术指标 氧含量（体积分数）≥99.5 % 水无游离水 流量100~200 Nm3/h，300~600 Nm³/h 工作压力（表压）3~5 bar 总碳氢化合物含量≤40 ppm 氧气温度环境温度 可连续运转时间24 h/d，365 d/y

3 污水处理效果

通过20多天连续运转，累计使用液氧约80 t，经过对处理后污水检测分析，处理效果较好，达到《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）的相关要求，满足事故指挥部确定的目标。

事故区域目前仍在按照监测方案对水质进行监测，共设置水环境监测点位50个，涵盖爆炸中心点及周围小区、排污口、排海口，监测主要因子为氰化物，监测频率为每周一次。截止到目前，50个点位水监测结果未现超标。

4 结 语

1）采用两次臭氧破氰、加活性炭和脱氰菌，再经次氯酸钠进一步破氰的工艺，实现了天津港爆炸事故部分区域高浓度含氰化物污水处理的要求，处理后水体达到《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）的相关要求。

2）采用移动供氧系统，能迅速及时地为臭氧破氰应急装置提供氧气，设备安装快捷、方便，氧气供应保证性强，液氧纯度高，完全满足工艺要求，可为类似事故污水处理应急装置借鉴。

参考文献：

[1] 天津港“8·12”瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事故调查报告[Z]. http://www.gov.cn, 2016-02-05.

[2] 唐运平, 张志杨, 等. 天津港危化品仓库“8.12”爆炸事故水污染控制简介[J]. 工业给排水, 2016, 42(1): 69-71.

[3] GB/T 3863-2008 工业氧[S].

The Application of Removable Oxygen Supply System in Sewage Treatment Emergency Device

Liu Xinyi1, Zhang Yu2

(1.Hohai University, Nanjing Jiangsu 210098, China; 2.Air Liquide Tianjin Binhai Co., Ltd., Tianjin 300452, China)

Abstract：Based on the circumstance and solution of water pollution caused by the explosion accident in Tianjin Port on August 12th 2015, the article analyzes the process characteristics of using ozone treat sewage with cyanide, compares solutions of oxygen supply and focus on a summary of removable oxygen supply system. The application shows that it meet the demand of sewage treatment with removable oxygen supply system as the system has advantages of good convenience, stability, safety and high purity.

Key words：removable oxygen supply system; decompoundcyanide with ozone; emergency device

中图分类号：U664.9+2

文献标志码：B

文章编号：1004-9592（2017）03-0068-03

DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20170318

收稿日期：2017-02-12

作者简介：刘馨怡（1996-)，女，本科，主要研究方向是环境科学与工程。