高含硫天然氣凈化廠污水深度處理與回用

賀賢偉

(中國石化中原油田普光分公司)

0 引 言

目前普光凈化廠建立了污水回用系統(tǒng)，主體工藝是將污水處理廠處理合格外排水輸送到污水回用系統(tǒng)，通過錳砂過濾等設(shè)施進(jìn)行處理，處理合格后補(bǔ)充循環(huán)冷卻水重復(fù)利用。經(jīng)回用系統(tǒng)進(jìn)一步處理后外排水水質(zhì)有明顯改善，但是總磷和微生物含量仍然超出工業(yè)循環(huán)水控制標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過調(diào)查實(shí)驗(yàn)分析，外排回用水主要為生產(chǎn)、生活污水及檢修污水混合后經(jīng)SBR處理后的出水，磷超標(biāo)原因是現(xiàn)有的SBR工藝除磷能力有限所致；循環(huán)水排污中總磷含量既來源于鍋爐加藥帶來的磷酸根，同時(shí)也來源于循環(huán)水藥劑中帶來的有機(jī)磷。微生物含量超標(biāo)的主要原因是污水處理場主要以厭氧微生物降解及SBR池生化處理為主，整個(gè)工藝過程沒有微生物控制環(huán)節(jié)，使得出水細(xì)菌含量很高。因此，針對(duì)除磷和除菌普光氣田開展了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)。

1 除磷及除菌方法室內(nèi)研究

1.1 化學(xué)法除磷技術(shù)研究

目前污水處理除磷技術(shù)主要分為三種方式，即化學(xué)處理、生物處理、生物+化學(xué)處理和物理超濾膜過濾等[1]?；瘜W(xué)法除磷高效穩(wěn)定，SBR工藝、A/O+膜過濾處理工藝除磷效果一般，建議采用化學(xué)法除磷+膜過濾除磷組合工藝降低回用水總磷。

1)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)一

通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M高效沉淀池+V濾工藝對(duì)于廢水中TP的去除情況。采用不同的實(shí)驗(yàn)藥劑，對(duì)比不同類型藥劑對(duì)TP的去除效果。通過不同的加藥量，確定出合適的除磷加藥量[2]。實(shí)驗(yàn)藥劑采用PAC溶液(10%)、PAM溶液(0.1%)、FeCl3溶液(10%)。通過投加不同量的PAC/FeCl3，進(jìn)行燒杯實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，取上清液監(jiān)測TP，確定去除TP效果最好的加藥量。

實(shí)驗(yàn)步驟：取水樣800 mL，加入混凝劑，快速攪拌3 min，然后加入PAM，慢速攪拌10 min，靜沉30 min，取上清液，測其TP。上清液過濾后，取濾液測其TP。實(shí)驗(yàn)后測其pH值，反應(yīng)之后的pH值均有所下降，約為6.5～6.0，加入FeCl3的水樣，pH值下降較少。實(shí)驗(yàn)分組見表1。通過實(shí)驗(yàn)，測試處理后水樣中總磷及其去除率，結(jié)果見表2。

表1 除磷實(shí)驗(yàn)條件

注:靜沉后的上清液過濾。

表2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3，PAC和FeCl3分別投加100 mg/L時(shí)，投加FeCl3的除磷效果較好；實(shí)驗(yàn)4和實(shí)驗(yàn)5，PAC和FeCl3分別投加150 mg/L時(shí)，投加PAC的除磷效果好。

原因分析：一般投加FeCl3的混凝效果好，當(dāng)投加PAC量達(dá)到150 mg/L時(shí)，反應(yīng)后pH值接近6，產(chǎn)生的AlPO4溶解度最小，所以此時(shí)PAC的除磷效果最好(PAC除磷的pH值范圍為5～7，pH=6時(shí)，AlPO4酸鋁的溶解度最小0.01 mg/L，pH=5時(shí)，AlPO4的溶解度最小0.03 mg/L，pH=7時(shí)，為0.3 mg/L)。

實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)4，隨著PAC加藥量的增加，總磷的去除率也隨之提高。

實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)5，隨著FeCl3加藥量的增加，總磷的去除率有所下降，可能是pH值的變化，影響了FePO4沉淀的溶解度(在pH=5時(shí)，F(xiàn)ePO4的溶解度為0.1 mg/L)。

理論上，實(shí)驗(yàn)2、3、4、5混凝沉淀反應(yīng)后上清液過濾后的水樣，除磷效果會(huì)更好，但從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，并不完全如此，分析原因：可能過濾時(shí)有礬花混入濾液，定性濾紙空隙率比較大，沒有截留住，導(dǎo)致濾后液磷含量升高；另外一個(gè)原因：用定性濾紙過濾的，可能濾紙本身含有磷，過濾時(shí)，有一定量的磷帶入了濾液。

結(jié)論：通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M高效沉淀池+V濾工藝，采用PAC溶液(10%)、PAM溶液(0.1%)、FeCl3溶液(10%)藥劑，對(duì)于廢水中TP去除均能滿足回用要求。當(dāng)投加PAC量達(dá)到150 mg/L、PAM溶液0.625 mg/L時(shí)，上清液TP<0.05，反應(yīng)后pH值接近6，產(chǎn)生的AlPO4溶解度最小，此時(shí)PAC的除磷效果最好。

2)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)二

取普光凈化廠循環(huán)水裝置循環(huán)排污水進(jìn)行室內(nèi)除磷實(shí)驗(yàn)，循環(huán)排污水無色透明，無明顯臭味，其主要主要參數(shù)見表3。

表3 循環(huán)排污水主要指標(biāo)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)取循環(huán)排污水2份各2 000 mL，分別加入除磷藥劑AP-2和HP-3，攪拌3 min，靜置30 min，觀察泥量，測水樣懸浮物含量，剩余水樣過砂濾后，測總磷含量[3]。其中AP-2按照前期優(yōu)選除磷藥劑的優(yōu)化濃度(摩爾比為1∶1.7)投加，HP-3按照推薦使用濃度投加。

實(shí)驗(yàn)過程中，投加藥劑后，均有白色絮狀物產(chǎn)生，靜置半小時(shí)，溶液中白色絮狀物均勻分布未有沉淀物產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)水質(zhì)參數(shù)見表4。

表4 除磷實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)取循環(huán)排污水4份各2 000 mL，分別加入除磷藥劑AP-2和HP3，攪拌3 min，再加絮凝劑，沉降半小時(shí)，過砂濾，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。隨著絮凝劑的投加，溶液中絮狀物減少，砂濾后總磷含量有所降低，但未達(dá)標(biāo)，繼續(xù)加大除磷劑濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。

隨著除磷劑濃度的增大，砂濾后總磷下降達(dá)標(biāo)，對(duì)比上述數(shù)據(jù)，AP-2和SP-3均能除磷達(dá)標(biāo)，除磷劑AP-2除磷效果略優(yōu)于SP-3。

表5 除磷效果分析表(一)

表6 除磷效果分析表(二)

3)結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M高效沉淀池+V濾工藝，采用PAC、PAM、FeCl3藥劑，去除廢水中TP均能滿足回用要求。并且當(dāng)PAC為150 mg/L，PAM為0.625 mg/L時(shí)除磷效果最好。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)除磷藥劑AP-2和SP-3均能除磷達(dá)標(biāo)，除磷劑AP-2除磷效果略優(yōu)于SP-3。

1.2 除菌技術(shù)室內(nèi)研究

外排回用水細(xì)菌總數(shù)控制分別從化學(xué)法殺菌、物理膜過濾除菌、生物法除菌三個(gè)方面展開研究[4]。

1)化學(xué)法除菌實(shí)驗(yàn)研究

篩選出了高錳酸鉀、N-1、雙氧水、有機(jī)氯、季銨鹽等五種藥劑按照同一比例加入進(jìn)行殺菌實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 不同化學(xué)藥劑殺菌效果

由圖1可得，不同的殺菌劑在同等加藥濃度情況下N-1殺菌藥劑殺菌效果最好，且N-1殺菌劑價(jià)格相對(duì)低廉，來源廣泛。因此，選擇N-1殺菌劑為回用項(xiàng)目除菌殺菌劑。

取水樣100 mL，分別加入10，50，100，200 mg/L劑量N-1殺菌劑，半小時(shí)后測細(xì)菌總數(shù)，同時(shí)測原水樣細(xì)菌總數(shù)，結(jié)果見圖2。

圖2結(jié)果顯示N-1殺菌劑在加藥量為100 mg/L時(shí)，廢水中的細(xì)菌總數(shù)已降為0。因此，可確定N-1殺菌劑為外排回用水控制微生物含量的理想殺菌劑。

圖2 不同殺菌劑的殺菌結(jié)果

2)SBR工藝優(yōu)化除菌實(shí)驗(yàn)研究

取SBR池活性污泥，按現(xiàn)場進(jìn)水比例及進(jìn)水量，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)研究。①不改變運(yùn)行參數(shù)，運(yùn)行一個(gè)周期后沉降半小時(shí)測上清液細(xì)菌總數(shù)。實(shí)驗(yàn)分3組，結(jié)果取平均數(shù)。②通過定期投加不同污泥高效營養(yǎng)劑馴化3個(gè)運(yùn)行周期，改善污泥沉降性能[5]。若馴化養(yǎng)護(hù)后出水細(xì)菌含量降低，則按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)定期對(duì)SBR池污泥進(jìn)行馴化養(yǎng)護(hù)，降低出水細(xì)菌含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 SBR工藝優(yōu)化除菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果 個(gè)/mL

由表7結(jié)果可看出，定期投加污泥營養(yǎng)劑對(duì)污泥進(jìn)行馴化養(yǎng)護(hù)可改變活性污泥沉降性能，污泥沉降性能好上清液細(xì)菌總數(shù)相對(duì)減少，因此，SBR工藝優(yōu)化除菌可適當(dāng)降低出水細(xì)菌，可作為輔助手段控制回用水細(xì)菌總數(shù)。

3)膜過濾除菌技術(shù)研究

實(shí)驗(yàn)室采用模擬系統(tǒng)進(jìn)行了膜處理工藝除菌實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)用水為SBR池外排水，調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行工況到最佳狀態(tài)，處理水量為10 L/h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可看出，膜過濾除菌高效穩(wěn)定，出水細(xì)菌總數(shù)控制在50個(gè)/mL以內(nèi)，達(dá)到回用水控制標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)過以上三種除菌技術(shù)研究，化學(xué)法殺菌效果理想。SBR工藝控制出水細(xì)菌效果一般。膜過濾法除菌高效穩(wěn)定，且運(yùn)行成本低廉。建議采用化學(xué)法殺菌+膜過濾除菌組合工藝控制回用水中細(xì)菌總數(shù)。

圖3 膜過濾除菌效果

2 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，普光凈化廠用陶瓷膜過濾裝置對(duì)凈化廠外排回用水水質(zhì)控制進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)。

2.1 現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)工藝流程

現(xiàn)場安裝一臺(tái)超濾陶瓷膜過濾設(shè)備，從錳砂罐過濾器進(jìn)水取樣口、出水取樣口、過濾提升水池取水?，F(xiàn)場實(shí)施工藝流程見圖4。

圖4 陶瓷膜過濾實(shí)驗(yàn)流程

2.2 總磷數(shù)據(jù)分析

傳統(tǒng)化學(xué)藥劑與陶瓷濾膜聯(lián)用對(duì)總磷的影響見圖5。

由圖5可看出，5月16至26日期間采用傳統(tǒng)的化學(xué)除磷劑(鋁鹽、鐵鹽)進(jìn)行了化學(xué)除磷復(fù)合超濾陶瓷膜過濾聯(lián)用實(shí)驗(yàn)，對(duì)總磷去除率有所升高，但還是未達(dá)到總磷排放0.5 mg/L以下。復(fù)配藥劑與陶瓷膜過濾聯(lián)用對(duì)總磷的影響見圖6。

由圖6可看出，5月30日開始采用復(fù)合化學(xué)除磷藥劑進(jìn)行化學(xué)除磷實(shí)驗(yàn)，在前期傳統(tǒng)化學(xué)除磷劑實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了以鋁鹽為主劑的復(fù)合化學(xué)除磷劑SP系列和ASP系列，采用復(fù)合化學(xué)除磷劑效果好，隨著藥劑投加量上升總磷去除率明顯提高，除磷效果明顯優(yōu)于單純鋁鹽的化學(xué)除磷劑，出水總磷能滿足總磷排放標(biāo)準(zhǔn)小于0.5 mg/L的要求。

圖5 傳統(tǒng)化學(xué)藥劑與陶瓷濾膜聯(lián)用對(duì)總磷的影響

圖6 復(fù)配藥劑與陶瓷膜過濾聯(lián)用對(duì)總磷的影響

2.3 細(xì)菌總數(shù)數(shù)據(jù)分析

化學(xué)殺菌劑與陶瓷濾膜聯(lián)用對(duì)細(xì)菌總數(shù)的去除效果見圖7。

圖7 化學(xué)殺菌劑與陶瓷濾膜聯(lián)用對(duì)細(xì)菌總數(shù)的去除效果

由圖7看出，5月23-26日進(jìn)行了超濾陶瓷膜系統(tǒng)與化學(xué)殺菌復(fù)合除菌實(shí)驗(yàn)，采用化學(xué)殺菌劑為有效氯濃度為10%的工業(yè)級(jí)次氯酸鈉溶液，原水500 L中分采用三種用量50，25，10 mL。超濾陶瓷膜系統(tǒng)與化學(xué)殺菌復(fù)合聯(lián)用可有效控制出水細(xì)菌總數(shù)，投加量10 mL時(shí)出水細(xì)菌總數(shù)控制在100～400個(gè)/mL。200 nm陶瓷膜管對(duì)細(xì)菌總數(shù)的去除效果見圖8。

圖8 200 nm陶瓷膜管對(duì)細(xì)菌總數(shù)的去除效果

由圖8看出，5月29-31日采用過濾精度為200 nm的陶瓷膜管進(jìn)行了除菌實(shí)驗(yàn)，出水細(xì)菌總數(shù)基本在2 000 個(gè)/mL；6月1至2日采用過濾精度為50 nm的陶瓷膜管進(jìn)行了對(duì)比除菌實(shí)驗(yàn)，出水細(xì)菌總數(shù)基本約100個(gè)/mL。

3 結(jié) 論

1)經(jīng)過化學(xué)法所用藥劑研究和現(xiàn)場運(yùn)用，采用復(fù)合化學(xué)除磷劑效果好，出水總磷能滿足總磷小于0.5 mg/L的要求。

2)經(jīng)過化學(xué)法、物理膜過濾除菌技術(shù)研究。膜過濾法除菌高效穩(wěn)定，且運(yùn)行成本低廉。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，化學(xué)法殺菌+膜過濾除菌組合工藝能有效地控制回用水中細(xì)菌總數(shù)。