本团队自2011年以来，以炼化污水的污污分治、深度预处理、全程装置化和高效化为切入点，有选择性地开展了一系列应用基础研究和产品开发工作。污污分治和深度预处理主要结合电脱盐切水来进行，装置化和高效化则主要结合炼化污水处理场已有的“隔油池+气浮池”等来进行。

　　1.电脱盐切水预处理

　　原油电脱盐是为满足下游常减压装置加工要求所进行的必不可少的原油预处理工艺，也是炼油企业降低能耗、减轻设备结垢和腐蚀、防止催化剂中毒的重要过程。该过程主要借助高压电场和重力场的作用使溶解有盐分的分散相水颗粒聚结并从连续油相中分离，实现原油脱盐的目的，相应产生的污水即为电脱盐切水(或称电脱盐污水)。依据《原油电脱水设计规范》(SY/T 0045-2008)要求，从电脱水器脱出的污水中含油浓度不宜大于5000mg/L，输往污水处理站的污水中油含量应不大于1000mg/L。但随着近年来原油劣质化以及强化采油技术的普遍应用，炼油企业加工重质、劣质原油的比例不断增加，导致电脱盐切水的复杂程度和分离难度不断提高。大部分炼油企业都增设了电脱盐切水除油预处理设备，藉此将切水中的含油浓度控制在200～550mg/L之间，降低对后续水处理流程造成冲击，同时回收大部分的原油，避免资源浪费。从切水除油预处理技术来看，国内外炼油企业先后采用过加药絮凝、重力沉降、粗粒化、射流气浮、旋流分离等技术，但普遍存在诸如水力停留时间长、分离效率低和运行成本高等弊端。随着“清污分流、污污分流、污污分治”的逐步实施，迫切需要紧凑、高效、密闭的电脱盐切水除油预处理技术。虽然国内外学者还围绕膜分离、离心萃取、ELECO电化学除油、超声波破乳等单元技术开展了针对性的应用研究，但迄今尚缺乏工业应用案例。

　　2013年5月，本团队基于自主研发的BIPTCFU-III-4型立式紧凑型气旋浮（CFU）样机，在中石化沧州分公司炼油一部进行了电脱盐切水除油预处理现场试验。该公司采用两级电脱盐，一级为2台交流电场电脱盐罐，二级为1台交直流混合电场脱盐罐。采用一点注入除盐工艺以节约用水，电脱盐的注水在二级电脱盐进行，出水作为一级电脱盐的注水，一级电脱盐的出水即为电脱盐切水。2013年上半年，由于沧州分公司加工“机会原油”较多，原油类型变化较为频繁且多为劣质原油，给电脱盐装置的正常运行带来了极大挑战，导致装置在某些时段会持续排出高含油切水的情况(现场取样切水目测呈褐色)，这也为测试恶劣工况下BIPTCFU-III-4型气旋浮样机运行效果提供了很好的机会。在不影响正常生产的情况下，将样机的入水口与电脱盐的出水管旁路接口相连。试验运行过程中，气旋浮罐顶部依靠压力排出的“富油相排出物”和底部净化处理后的出水，都进入炼油一部已有的开式油槽，微气泡发生器气源采用炼油一部的风机，供气压力为0.6MPa。含油浓度测量在沧州分公司测试化验中心的114化验室进行，化验仪器和萃取剂分别采用JDS-Q10U型红外分光测油仪和四氯化碳。

　　试验结果表明，入口含油浓度在7632.8-10658.0mg/L之间波动时，单级CFU样机稳定运行时的除油率可达95.0%，两级CFU样机稳定运行时的除油率保持在95.6%-98.6%，CFU出水含油浓度可以稳定在131.8-263.5mg/L之间，显示出较高的除油率和良好的稳定性，完全满足后续水处理流程进水要求，而且具有密闭运行、水力停留时间短等优势。这是国内首次针对炼油行业，基于气旋浮技术进行电脱盐切水除油预处理的研究，为电脱盐切水分级达标处理提供了一条切实可行的技术解决方案。

　　2.炼化污水处理场常规“隔油池+浮选池”的装置化和高效化研究

　　长期以来，在炼化污水处理场的常规“老三套”工艺流程中，“（调质）+隔油+气浮”环节得到的关注重视远远不如生化处理环节，但在深度预处理、装置化和高效化方面存在的潜力非常巨大。调质处理主要用于调节水质、水量、去除大部分分散油（浮油）等，以保证后续构筑物的正常稳定运转，目前多采用常规立式均质调节罐或“罐中罐”式均质调节罐。隔油池主要用于去除含油污水中的分散油（浮油），又可分为平流式(API)、斜板式(CPI/PPI)和平流斜板组合式三种。气浮池有的企业采用单级，有的采用二级，目前常规加压溶气气浮(DAF)和涡凹气浮(CAF)应用较为普遍，存在水力停留时间或处理时间长(加压溶气气浮约90min)、流程占地面积大等缺点。以涡凹气浮(CAF)为例，虽然近些年来该技术被大规模应用于国内炼化企业的污水处理，但其单级停留时间仍然高达30min，实际应用中如污水水质变化复杂，则需要采用两级串联处理工艺，停留时间达到1h。例如，2014年九江石化800万吨/年油品质量升级改造工程配套新建的污水处理场预处理单元采用调节、除油、一级涡凹气浮(CAF)、二级溶气气浮及臭气收集系统，其一级气浮出水含油量控制在40mg/L，二级气浮出水含油量≤20mg/L。另一方面，从工程实际运行效果来看，涡凹气浮(CAF)有时难以令人满意，例如茂名石化水务运行部炼油低浓度污水处理系统的一级气浮原采用涡凹气浮(CAF)、二级气浮采用加压溶气气浮(DAF)，运行存在着一级气浮涡凹气浮(CAF)气泡直径大、二级气浮溶气效果差等问题，使两级气浮单元的除油效果降低。2015年在中国石化“碧水蓝天”项目的支持下，将原有气浮工艺改造成多相均衡溶气系统，改造后多相流溶气泵产生的气泡直径小、性能稳定，两级浮选出水石油类指标稳定达到工艺指标要求(分别稳定在35mg/L和20mg/L以下)，其中一级气浮出水含油环比降低70.7%，二级气浮出水含油环比降低16.9%。与此同时，为避免传统隔油池、气浮池、生化曝气池等非密闭式构筑物在运行过程中难以避免的恶臭气体无组织排放，迄今为止的改进举措就是增设玻璃钢集气密封罩，用排风机将敞口池内的废气进行收集处理，然后进入臭气治理系统(如除臭用活性炭吸附塔)进行处理。这种举措虽然取得了一定成效，但客观而言，敞口池内加盖后易发生故障，不仅增加操作人员的工作量，也影响了装置的安稳高效运行性能；另一方面，增设的除臭系统往往存在运行不够稳定、去除率偏低等问题，不得不通过优化风机出口流量、增加生物段营养液等措施确保系统稳定运行，从而在某种程度上增加了运行维护和管理成本。显然，如果要炼化企业进行产能改扩建或进一步提高污染物排放标准，继续采用隔油池、气浮池、生化曝气池等非密闭式构筑物加盖抽风的方法就显得很不适应。最为科学合理的解决措施就是研制开发新型高效的密闭式处理系统，实现炼化污水处理的装置化和密闭化。

　　2014年4-6月，本研究团队联合中石化炼化工程（集团）股份有限公司洛阳技术研发中心，在中石化沧州分公司污水处理场隔油罐前对BIPTCFU-III-4型立式气旋浮两级串联工程样机进行了现场试验。处理量为4m³/h、注气比16%、分流比8%、注气压差0.02MPa、进水含油浓度为105.7-135.7mg/L时，一级出水含油浓度可降至27.2-60.2mg/L，平均为37.1mg/L，一级平均除油率为68.5%；两级处理后，出水含油浓度可降至12.1-29.5mg/L，平均为18.3mg/L，平均除油率为84.3%。设备运行过程稳定，对来液流量波动和含油量波动具有较强的适应能力。2015年7月8日上午，中国石油化工股份有限公司(中国石化)科技部在洛阳组织召开了“炼化企业污水气旋浮高效除油技术开发与应用研究”项目技术评议会，建议尽快进行20立方/小时油水分离侧线试验，优化工艺流程，实现自动化控制，为后续工业试验奠定基础。

　　2016年3-7月，本研究团队联合中石化炼化工程（集团）股份有限公司洛阳技术研发中心，在中石化沧州分公司污水处理场对BIPTCFU-IV-20型气旋浮两级串联工程样机进行了为期4个多月的侧线测试，当污水处理量为18-20m³/h、注气比10%、分流比5%、微气泡发生器压力0.25-0.35MPa、进水含油浓度为76.4-2902.7mg/L时(隔油罐进水)，两级出水油含量为7.3-40.0mg/L，平均油含量为31.9mg/L，平均除油率达到91.7%。当进水含油浓度为64.0-441.0mg/L时(隔油罐出水)，两级出水油含量为8.3-34.2mg/L，平均油含量为23.3mg/L，平均除油率达到85.8%。2016年12月5日下午，中国石化股份有限公司科技部组织专家在总部大厦328会议室召开了“炼化企业污水气旋浮高效除油技术开发与应用研究”项目的评议验收会。一致认为，本团队承研的气旋浮高效除油技术具有处理效率高、占地面积小等特点，实现了含油污水的高效密闭处理和处理过程的装置化，大幅度减少了絮凝剂消耗和工艺风的使用量，降低了运行成本和无组织排放。

　　2017年11月，在中石化炼化工程（集团）股份有限公司洛阳技术研发中心的牵头组织下，本研究团队设计参研的BIPTCFU-IV-100型立式气旋浮成套装置在中石化沧州炼油厂“污水提标改造工程”投运。现场应用结果显示，当进水含油浓度在115.01-143.03mg/L时，两级串联气旋浮装置出口含油浓度在14.97-21.84mg/L之间，两级串联装置的除油率不低于85%，目前正处于长周期变工况试运行阶段，以充分暴露装置的适应能力和运行可靠性。

　　在2022年5月中国石化集团科技部组织的“炼化企业污水气旋浮高效除油技术工业应用”项目鉴定会上，鉴定委员会专家一致认为，我校联合中国石化炼化工程集团（SEG）洛阳技术研发中心等单位完成的项目成果总体技术达到了国际先进水平。不仅占地面积和工程建设投资大幅减少，而且完全杜绝了VOCs的无组织排放，为未来炼化企业污水的装置化、密闭化处理奠定了坚实基础，树立了全新标杆。

　　3.炼化企业复杂难生化污水的强化预处理研究

　　中科（广东）炼化有限公司（湛江东兴）在生产过程中产生多种炼化高盐、高氨氨含油污水，包括原油管线顶水、原油脱水、上游装置氨氮指标异常的含油污水、停工检修时产生的高氨氮污水和钝化清洗废水等。这些污水性质复杂，有的污水具有较高浓度的盐度、氯离子，有的污水呈强碱性、色度极高、氨氮高、含有高浓度的表面活性物质，从而导致现有处理处置达标处理困难，向污水处理场掺加会造成污水处理场的冲击与瘫痪等问题；外委处理费用太高。企业不得已只能将上述污水贮存在原油罐中，不仅占用了多个大型储罐影响正常生产，而且造成严重的环保遗留问题。为此，东兴分部2019年启动了“原油罐污水预处理装置”项目，旨在将这类污水进行强化预处理，降低毒性污染物、提高污水的可生化性能，达到现有高浓度污水处理系统进水的接纳要求。因厂区周边城市化进程加快，使得企业建设用地极为紧张，在中国石化石油化工科学研究院、中国石油大学（北京）等单位专家的推荐下，项目承包方论证选用了团队自主设计研发的立式浅层气浮水处理技术。立式浅层气浮对立式气旋浮工作机理认识上的一次提升和飞跃，标志着团队围绕立式紧凑型气浮水处理技术的研究进入了一个全新阶段。

　　根据项目相关要求，本团队专门设计研制了单体额定处理量为20m³/h的BIPTCFU-IV-20型立式浅层气浮装置，进行除油和除悬预处理。该装置在2022年7月进行了现场标定工作，现场标定数据表明，在设计流量20m³/h下，立式浅层气浮装置运行稳定，当进水石油类和固体悬浮物的平均值分别为47.3mg/L和119mg/L时，出水石油类和固体悬浮物的平均值分别为17.9mg/L和37.6mg/L，平均去除率分别为62.1%和68.0%，满足技术要求保证值指标，获得了企业方面的高度认可。

　　立式浅层气浮装置的水力停留时间和占地面积远低于常规的隔油池和气浮池，现场应用效果显示，该装置非常适合用于“城市炼厂”环保水处理设备的升级改造，在确保水质达标的同时完全杜绝VOCs的无组织排放。

　　4.炼化污水相关科研立项及工程应用

　　自2011年以来，本团队在北京市教育委员会、中国石化集团科技部等方面的支持下，与中国石化集团下属单位致力于“产学研”三方密切合作，相关持续开展了炼化污水处理用立式高效气浮净化技术方面的研发工作，建立了较为完整的炼化污水处理用立式高效气浮净化技术设计体系（包括相应理论分析模型的建立和基于BP神经网络的关键结构参数优选），具备产品化和系列化设计能力。目前，本团队正围绕基于高通量微细气泡发生技术进行机理和特性研究，同时提升主体设备立式气浮罐的操作弹性，为炼化污水装置化密闭化高效处理技术的大规模工业化应用奠定坚实基础。