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，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，通過錳砂過濾等設施進行處理，處理合格后補充循環冷卻水重復利用。經回用系統進一步處理后外排水水質有明顯改善，但是總磷和微生物含量仍然超出工業循環水控制標準。經過調查實驗分析，外排回用水主要為生產、生活污水及檢修污水混合后經SBR處理后的出水，磷超標原因是現有的SBR工藝除磷能力有限所致；循環水排污中總磷含量既來源于鍋爐加藥帶來的磷酸根，同時也來源于循環水藥劑中帶來的有機磷。微生物含量超標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，整個工藝過程沒有微生物控制環節，使得出水細菌含量很高。因此，針對除磷和除菌普光氣田開展了室內實驗和現場實驗。

1 除磷及除菌方法室內研究

1.1 化學法除磷技術研究

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

1)室內模擬實驗一

通過實驗模擬高效沉淀池+V濾工藝對于廢水中TP的去除情況。采用不同的實驗藥劑，對比不同類型藥劑對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]。實驗藥劑采用PAC溶液(10%)、PAM溶液(0.1%)、FeCl3溶液(10%)。通過投加不同量的PAC/FeCl3，進行燒杯實驗，觀察實驗現象，取上清液監測TP，確定去除TP效果最好的加藥量。

實驗步驟：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。實驗后測其pH值，反應之后的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。實驗分組見表1。通過實驗，測試處理后水樣中總磷及其去除率，結果見表2。

表1 除磷實驗條件

注:靜沉后的上清液過濾。

表2 室內實驗分析結果

實驗結果分析：

實驗2和實驗3，PAC和FeCl3分別投加100 mg/L時，投加FeCl3的除磷效果較好；實驗4和實驗5，PAC和FeCl3分別投加150 mg/L時，投加PAC的除磷效果好。

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

實驗2和實驗4，隨著PAC加藥量的增加，總磷的去除率也隨之提高。

實驗3和實驗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，FePO4的溶解度為0.1 mg/L)。

理論上，實驗2、3、4、5混凝沉淀反應后上清液過濾后的水樣，除磷效果會更好，但從實驗數據看，并不完全如此，分析原因：可能過濾時有礬花混入濾液，定性濾紙空隙率比較大，沒有截留住，導致濾后液磷含量升高；另外一個原因：用定性濾紙過濾的，可能濾紙本身含有磷，過濾時，有一定量的磷帶入了濾液。

結論：通過實驗模擬高效沉淀池+V濾工藝，采用PAC溶液(10%)、PAM溶液(0.1%)、FeCl3溶液(10%)藥劑，對于廢水中TP去除均能滿足回用要求。當投加PAC量達到150 mg/L、PAM溶液0.625 mg/L時，上清液TP<0.05，反應后pH值接近6，產生的AlPO4溶解度最小，此時PAC的除磷效果最好。

2)室內模擬實驗二

取普光凈化廠循環水裝置循環排污水進行室內除磷實驗，循環排污水無色透明，無明顯臭味，其主要主要參數見表3。

表3 循環排污水主要指標參數

實驗取循環排污水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按照前期優選除磷藥劑的優化濃度(摩爾比為1∶1.7)投加，HP-3按照推薦使用濃度投加。

實驗過程中，投加藥劑后，均有白色絮狀物產生，靜置半小時，溶液中白色絮狀物均勻分布未有沉淀物產生，實驗水質參數見表4。

表4 除磷實驗分析

實驗取循環排污水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，過砂濾，實驗結果見表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，但未達標，繼續加大除磷劑濃度。實驗結果見表6。

隨著除磷劑濃度的增大，砂濾后總磷下降達標，對比上述數據，AP-2和SP-3均能除磷達標，除磷劑AP-2除磷效果略優于SP-3。

表5 除磷效果分析表(一)

表6 除磷效果分析表(二)

3)結論

通過實驗模擬高效沉淀池+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PAC為150 mg/L，PAM為0.625 mg/L時除磷效果最好。同時實驗室評價除磷藥劑AP-2和SP-3均能除磷達標，除磷劑AP-2除磷效果略優于SP-3。

1.2 除菌技術室內研究

外排回用水細菌總數控制分別從化學法殺菌、物理膜過濾除菌、生物法除菌三個方面展開研究[4]。

1)化學法除菌實驗研究

篩選出了高錳酸鉀、N-1、雙氧水、有機氯、季銨鹽等五種藥劑按照同一比例加入進行殺菌實驗，實驗結果見圖1。

圖1 不同化學藥劑殺菌效果

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殺菌劑價格相對低廉，來源廣泛。因此，選擇N-1殺菌劑為回用項目除菌殺菌劑。

取水樣100 mL，分別加入10，50，100，200 mg/L劑量N-1殺菌劑，半小時后測細菌總數，同時測原水樣細菌總數，結果見圖2。

圖2結果顯示N-1殺菌劑在加藥量為100 mg/L時，廢水中的細菌總數已降為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果

2)SBR工藝優化除菌實驗研究

取SBR池活性污泥，按現場進水比例及進水量，在實驗室進行模擬現場實驗研究。①不改變運行參數，運行一個周期后沉降半小時測上清液細菌總數。實驗分3組，結果取平均數。②通過定期投加不同污泥高效營養劑馴化3個運行周期，改善污泥沉降性能[5]。若馴化養護后出水細菌含量降低，則按實驗數據定期對SBR池污泥進行馴化養護，降低出水細菌含量，實驗結果見表7。

表7 SBR工藝優化除菌實驗結果 個/mL

由表7結果可看出，定期投加污泥營養劑對污泥進行馴化養護可改變活性污泥沉降性能，污泥沉降性能好上清液細菌總數相對減少，因此，SBR工藝優化除菌可適當降低出水細菌，可作為輔助手段控制回用水細菌總數。

3)膜過濾除菌技術研究

實驗室采用模擬系統進行了膜處理工藝除菌實驗研究。實驗用水為SBR池外排水，調整實驗裝置運行工況到最佳狀態，處理水量為10 L/h。實驗結果見圖3。

由圖3可看出，膜過濾除菌高效穩定，出水細菌總數控制在50個/mL以內，達到回用水控制標準。

經過以上三種除菌技術研究，化學法殺菌效果理想。SBR工藝控制出水細菌效果一般。膜過濾法除菌高效穩定，且運行成本低廉。建議采用化學法殺菌+膜過濾除菌組合工藝控制回用水中細菌總數。

圖3 膜過濾除菌效果

2 現場應用效果分析

根據室內實驗，普光凈化廠用陶瓷膜過濾裝置對凈化廠外排回用水水質控制進行了現場實驗。

2.1 現場實驗工藝流程

現場安裝一臺超濾陶瓷膜過濾設備，從錳砂罐過濾器進水取樣口、出水取樣口、過濾提升水池取水。現場實施工藝流程見圖4。

圖4 陶瓷膜過濾實驗流程

2.2 總磷數據分析

傳統化學藥劑與陶瓷濾膜聯用對總磷的影響見圖5。

由圖5可看出，5月16至26日期間采用傳統的化學除磷劑(鋁鹽、鐵鹽)進行了化學除磷復合超濾陶瓷膜過濾聯用實驗，對總磷去除率有所升高，但還是未達到總磷排放0.5 mg/L以下。復配藥劑與陶瓷膜過濾聯用對總磷的影響見圖6。

由圖6可看出，5月30日開始采用復合化學除磷藥劑進行化學除磷實驗，在前期傳統化學除磷劑實驗基礎上，設計了以鋁鹽為主劑的復合化學除磷劑SP系列和ASP系列，采用復合化學除磷劑效果好，隨著藥劑投加量上升總磷去除率明顯提高，除磷效果明顯優于單純鋁鹽的化學除磷劑，出水總磷能滿足總磷排放標準小于0.5 mg/L的要求。

圖5 傳統化學藥劑與陶瓷濾膜聯用對總磷的影響

圖6 復配藥劑與陶瓷膜過濾聯用對總磷的影響

2.3 細菌總數數據分析

化學殺菌劑與陶瓷濾膜聯用對細菌總數的去除效果見圖7。

圖7 化學殺菌劑與陶瓷濾膜聯用對細菌總數的去除效果

由圖7看出，5月23-26日進行了超濾陶瓷膜系統與化學殺菌復合除菌實驗，采用化學殺菌劑為有效氯濃度為10%的工業級次氯酸鈉溶液，原水500 L中分采用三種用量50，25，10 mL。超濾陶瓷膜系統與化學殺菌復合聯用可有效控制出水細菌總數，投加量10 mL時出水細菌總數控制在100～400個/mL。200 nm陶瓷膜管對細菌總數的去除效果見圖8。

圖8 200 nm陶瓷膜管對細菌總數的去除效果

由圖8看出，5月29-31日采用過濾精度為200 nm的陶瓷膜管進行了除菌實驗，出水細菌總數基本在2 000 個/mL；6月1至2日采用過濾精度為50 nm的陶瓷膜管進行了對比除菌實驗，出水細菌總數基本約100個/mL。

3 結 論

1)經過化學法所用藥劑研究和現場運用，采用復合化學除磷劑效果好，出水總磷能滿足總磷小于0.5 mg/L的要求。

2)經過化學法、物理膜過濾除菌技術研究。膜過濾法除菌高效穩定，且運行成本低廉。經過現場實驗，化學法殺菌+膜過濾除菌組合工藝能有效地控制回用水中細菌總數。