天然氣凈化廠污水植物深度處理技術研究

張 鐠 王薛輝 王 勇 吳 宇 劉 薔(.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院； .中國石油西南油氣田公司 成都 6005)

天然氣凈化廠污水植物深度處理技術研究

張 鐠1王薛輝2王 勇1吳 宇1劉 薔1
(1.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院； 2.中國石油西南油氣田公司 成都 610051)

近年來，隨著國家、行業對環保要求的重視，天然氣凈化廠也致力于打造污水“零排放”的新型環保工廠。文章提出了傳統生化污水處理裝置+植物深度處理系統的天然氣凈化廠污水深度處理方案，遴選了適合氣候和水質特征的種植植物及種植基質，設計了污水植物深度處理系統，搭建了小試實驗裝置，開展了相關測試實驗及量化分析工作。實驗結果表明，在進水水質COD、SS、BOD5、氨氮、TP、TN的平均指標分別為67.18 mg/L、34.33 mg/L、55.82 mg/L、39.08 mg/L、0.66 mg/L、44.62 mg/L時，搭建的植物污水深度處理實驗系統對污染物的平均去除率分別可達57.01%、74.78%、79.45%、82.91%、76.22%、69.76%，污水出水水質達GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業用水水質》中工藝與產品用水水質指標，出水可作為工廠工藝用水，能真正實現天然氣凈化廠污水的零排放。

植物處理技術；深度處理；實驗研究；凈化廠；污水零排放

天然氣凈化廠污水一般有生產污水、檢修污水和生活污水三個主要來源，通常采用生物化學、化學或電化學的方法，使溶解在污水中的污染物轉化為無害或容易分解的物質，從而達到水質凈化的目的[1]。目前，凈化廠污水處理裝置的出水水質滿足現行GB8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級標準，但尚難以滿足天然氣凈化廠所致力打造的“零排放”環保工廠的要求。污水植物深度處理技術，又被廣泛的稱作人工濕地技術，其主要是通過水、基質、種植植物、微生物等構建一個完整的生態系統，從而達到對污水中COD、BOD5、氨氮、TN、TP、Cl-、重金屬等污染物深度處理的目的，是一種兼具良好生態效益和經濟效益、徹底無害的污水處理方法[2-6]。文章在遴選種植基質、種植植物的基礎上，設計搭建了一套用于天然氣凈化廠污水深度處理的小型實驗系統，基于實驗數據，對提出的凈化廠污水深度處理技術方案的可行性、適用性進行了分析討論。

1 實驗系統介紹

1.1 填料及種植植物的遴選

填料的選擇對人工濕地的處理效果有很大的影響。填料在人工濕地中為植物提供物理支持，為各種化合物和復雜離子提供反應界面，以及為微生物提供附著空間。常用的填料有土壤、礫石、砂、沸石、碎瓦片、灰渣等。根據處理目的、污染物特征的不同，有不同的填料選擇。一般來說，以處理SS、COD和BOD為主要特征污染物時可選用土壤、細沙、粗砂、爐渣、礫石、碎瓦片或灰渣中的一種或幾種為填料。對脫N除P要求高的，可以選擇采用沸石和石灰石的結合，既考慮了沸石對氨氮的吸附，又利用了石灰石對P的高吸附特性，達到同時脫N除P的目的[7]。填料的選擇多偏向于較大顆粒的粒徑，原因是水流在粒徑較大的填料床內的短路小，能夠形成渠流，并且堵塞現象發生少，不易分散。綜合考慮進入系統的水質特點及原料的易獲取性，擬采用礫石、爐渣等構成植物種植系統的填料層，填料布置的示意圖見圖1。

圖1 種植床填料布置示意圖

植物去污主要體現在以下3個方面：第一，直接吸收利用污水中的N、P等營養物質，吸附和富集污水中的重金屬鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)等有害物質；第二，輸送氧氣到植物根區，為微生物生長、繁殖和降解反應提供氧氣；第三，增強和維持水體的水力傳輸能力。經文獻及現場調研后總結的各種常見植物對水中污染物的去除特點如下表所示。

表1 常見植物對污染物的去除特點

綜合考慮待處理水質情況以及川渝地區氣候條件，最終選擇了風車草、美人蕉、菖蒲、蘆葦、鳳眼蓮五種植物作為擬開展研究的凈水植物。

1.2 污水植物深度處理裝置

實驗裝置的工藝流程簡圖及實驗系統現場圖如圖2、3所示，實驗系統主要由植物污水處理裝置、循環水泵以及儲水箱構成。儲水箱儲存一定量的外運污水，用循環水泵間歇的將儲水箱中污水泵入植物污水處理裝置，泵的啟、停由抬高噸桶的水位控制，處理后的污水根據水質情況選擇外排污水池或循環回到儲水箱。

圖2 實驗系統工藝流程簡圖

植物污水處理裝置由種植床填料、種植植物及布水系統構成。種植床填料(潛流池)布置示意見圖1，種植植物分布示意見圖4，種植區分兩行平行布置，每行均由噸桶(1.0m3，1000mm×1000mm×1000mm)串聯構成，左側第一個噸桶位置抬高，提供系統內的水流動力，兩行種植區的布水分別按“潛-表-潛-潛”和“潛-潛-表-潛”的形式分布，種植植物主要為菖蒲、美人蕉、風車草、蘆葦以及鳳眼蓮，潛流池植物的種植密度為8～10株/m2。植物種植現場見圖5。

圖3 實驗系統現場圖

圖4 植物種植分布示意圖

圖5 植物種植區現場圖

1.3 試驗方法

試驗進水采用水泵將儲水箱中的待處理污水泵入集水池后，在重力作用下經由可控制開度的閥門流入植物污水處理系統，污水流經植物種植區脫除部分污染物后，從最末級噸桶底部排除。全過程在自然條件下進行。試驗周期為2個月，從2017年5月3日起，2017年7月5日結束。

取樣水質以GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業用水水質》規定的檢測方法，量化水質中pH、COD、BOD5、氨氮、TP、TN、石油類、重金屬、Cl-等指標的變化情況，分析植物污水深度處理系統的實驗效果。實驗期間，定期維護種植植物，保證植物的良好生長。

2 實驗結果及討論

四種不同水質狀況的污水進入實驗系統后，定期取樣，檢測污水中各項水質指標，得到具體的實驗數據見表2。實驗期間，系統日平均處理水量為4.2 m3，視水質情況，處理水量存在波動，波動范圍為3.8 ～ 4.7m3/d。

表2 植物污水深度處理系統主要水質分析結果 單位：mg/L

*水樣命名中，首位數字為待處理污水代號，括弧內數字表示水質取樣距污水進入系統日期的天數。

表3 不同標準的水質指標要求

污水1為某凈化廠生化裝置出口污水，其各項指標均已達現行GB8978-1996《污水綜合排放標準》的一級標準，本次實驗將該污水引入植物深度處理裝置，并每日檢測各主要的污水水質指標，3日后，污水中COD為28.49 mg/L，懸浮物濃度為6mg/L，pH值為8.07，BOD5為7.37 mg/L，氨氮為2.78 mg/L，總磷為0.19 mg/L，該幾項指標均達GB/T19923-2005中工藝與產品用水水質指標(表3)，其余氯化物、硫酸鹽、總堿度、總硬度、鐵、錳、石油類等指標均低于該標準中工藝與產品用水水質指標。因此，認為污水植物處理系統可有效深度處理天然氣凈化廠生化裝置出口污水，深度處理后污水可用作特定工藝流程的補給水，真正實現凈化廠污水零排放。

實驗過程中，分別混入不同量的實驗現場生活污水進入實驗系統，以深入考察植物污水處理系統的處理能力。

污水2中COD為65.82 mg/L，懸浮物濃度為35mg/L，BOD5為68.32 mg/L，氨氮為46.35 mg/L，其中COD、BOD5、氨氮均高于現行GB8978-1996《污水綜合排放標準》一級標準。進入該系統處理3日后， COD、BOD5、氨氮指標分別達29.16 mg/L、14.85 mg/L、9.68 mg/L，滿足現行GB8978-1996《污水綜合排放標準》一級標準；再經過第4日的處理后，各項主要指標均能滿足GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業用水水質》中工藝與產品用水水質指標，達到了污水深度處理的目標。

污水3經過4日的處理，可滿足現行GB8978-1996《污水綜合排放標準》一級標準的要求，經過5日處理后，各項主要指標滿足GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業用水水質》中工藝與產品用水水質指標，達到了污水深度處理的目標。

污水4經過5日的處理，COD、BOD5、氨氮指標分別為35.35 mg/L、38.34 mg/L、24.39 mg/L，其中BOD5、氨氮指標未能滿足現行GB8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級標準，認為當進口水質中BOD5、氨氮分別高于90mg/L、70mg/L時，污水植物處理系統達到其處理能力限值，難以繼續發揮其深度凈水功效。

可以看出，當處理污水中污染物濃度越高，系統完成污水深度處理所需的時間越長，當污染物濃度超過一定限值時，系統將難以發揮其深度凈水功效。對前三組實現污水深度處理的實驗數據進行整理總結可得，在COD、懸浮物、BOD5、氨氮、總磷、總氮的平均指標分別為：67.18mg/L、34.33mg/L、55.82mg/L、39.08mg/L、0.66mg/L、44.62mg/L時，實驗搭建的植物污水深度處理系統對污染物的平均去除率分別為：57.01%、74.78%、79.45%、82.91%、76.22%、69.76%，出水水質達GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業用水水質》中工藝與產品用水水質標準，可實現污水的深度處理。

3 結論

在搭建的污水植物深度處理實驗系統上，開展了系列的實驗研究。得出了如下幾方面結論：

(1)污水植物處理系統可有效深度處理天然氣凈化廠生化裝置出口污水，深度處理后污水可用作工藝流程的補給水，為凈化廠實現污水零排放提供一條備選的技術路線。

(2)實驗表明，當進口日平均水量為4.2m3/d，水質中COD、懸浮物、BOD5、氨氮、總磷、總氮的平均指標分別為：67.18 mg/L、34.33 mg/L、55.82 mg/L、39.08 mg/L、0.66 mg/L、44.62 mg/L時，經實驗系統平均處理4日后，水中污染物的平均去除率分別可達：57.01%、74.78%、79.45%、82.91%、76.22%、69.76%，出水水質達GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業用水水質》中工藝與產品用水水質標準，可實現污水的深度處理；實驗的平均水力負荷約0.1 m3/(m2·d)，該技術占地面積大，適合在有足夠可利用場地的工廠開展相關應用。

(3)實驗中，當進口水質中BOD5、氨氮分別高于90mg/L、70mg/L時，污水植物處理系統達到其處理能力限值，難以發揮其深度凈水功效，表明植物深度處理技術對污水水質有嚴格要求，僅適合處理低濃度有機廢水。

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Studyonadvancedtreatmenttechnologyofwastewaterbywetlandsinnaturalgaspurificationplant

Zhang Pu1, Wang Xuehui2, Wang Yong1, Wu Yu1, Liu Qiang1
(1.Research Institute of Natural Gas Technology, PetroChina Southwest Oil and Gasfield Company；2.PetroChina Southwest Oil and Gasfield Company,Chengdu 610051, China)

Recently, with the country and the industry's increasing attention to environmental requirements, the natural gas purification plant is also committed to creating the new environmental protection factory of sewage "zero emissions". In this paper, we brought out the wastewater treatment program for natural gas purification plants, which was, the traditional sewage treatment plant + deeper treatment system by wetlands. We then screened the vegetations and cultivation substrate suitable for the climate and water quality, designed the treatment system, and built a small experimental device, carried out the relevant test and quantitative analysis. The results showed that the average indexes of COD, SS, BOD5, ammonia nitrogen, TP and TN were 67.18 mg/L, 34.33 mg/L, 55.82 mg/L, 39.08 mg/L, 0.66 mg/L, 44.62 mg/L, the average removal rate of pollutants was 57.01%, 74.78%, 79.45%, 82.91%, 76.22% and 69.76% respectively. The effluent, complying with the water quality indicators for process and product use of GB/T 19923- 2005 The Reuse of Urban Recycling Water - Water Quality Standard for Industrial Uses, can be used as factory process water, thus natural gas purification plant can really achieve zero wastewater emissions.

wetland technology; advanced treatment; experimental study; natural gas processing plant; zero emissions

X173

A

凈化廠污水生化處理裝置出水植物深度處理技術，課題號:20150311-06。

2017-09-13； 2017-10-11修回

張鐠(1986-)，男，工程師，從事天然氣及場站污水處理工藝研究工作。E-mail：zhang_pu@petrochina.com.cn