工業復雜污水綜合處理技術研究與應用

曹春輝 唐 理 虞 甫 劉 超

(1.中國石化中原油田分公司天然氣處理廠；2.中國石化中原油田普光分公司)

0 引 言

面對日益嚴峻的水資源短缺問題，積極探索新途徑以獲取足夠的淡水資源，跨流域調水、海水淡化、污水回用和雨水蓄用是目前普遍受到重視的開源措施，它們在一定程度上都能緩解水資源供需矛盾，然而污水回用經常被作為首選方案，很重要的原因在于水源就近可得，水量穩定，不會發生與鄰相爭，不受氣候的影響[1-3]。因此進行污水回用的研究有著更重要的意義。

1 污水處理技術研究

普光天然氣凈化廠污水處理場于2009年11月28日正式投運，設計處理規模720 m3/d，設有兩座3 000 m3污水調節罐(分別存儲檢修污水和初期雨水)、兩座2 000 m3污水調節罐兩座SBR反應池、兩座流砂過濾器。采用序批式活性污泥工藝處理污水，調節罐及SBR池排放污泥經污泥池集中收集后定期加藥處理外運，主要工藝流程見圖1。

圖1 污水處理場工藝流程

1.1 復雜污水存儲技術

針對生產裝置檢修污水排放集中、水量大的特點，開展復雜污水存儲技術研究。為解決上游復雜污水排放相對集中、水量大的難題，開展技術研究，使污水存儲能力得到進一步增強。

主要工藝：在原有污水儲罐基礎上，并聯式增加兩個污水儲罐，新增兩臺污水循環泵，配套管線連接原有及新建儲罐，使各儲罐既能獨立使用，又能聯合使用。儲罐采用“涂層+陰極保護”聯合防腐，其中：防腐涂層，罐內采用玻璃鱗片長效防腐涂層；罐外防腐采用丙烯酸復合涂層；罐底邊緣板采用金屬面涂刷礦脂，邊緣板和基座間縫隙用特性膠泥填入。陰極保護采用犧牲陽極法，犧牲陽極采用鎂合金犧牲陽極。保護電流密度取5 mA/m2，每個罐3支陽極一組，共8組，合計24支，見圖2。

圖2 儲罐采用“涂層+陰極保護”聯合防腐示意

主要特點：1)污水存儲選擇方式更加豐富，可以根據污水來源選擇不同儲罐；2)儲罐內底部都增加了空氣盤管，實現罐內曝氣，提升污水預處理能力；3)各儲罐之間增加連通管線，實現污水在儲罐之間靈活調整轉運；4)防腐涂層不易脫落，陰極保護投資少，維護費用低。

1.2 污水預處理技術

針對檢修污水水質復雜(含多種化學藥劑以及油類物質等)、指標(硫化物、COD、氨氮、懸浮物等含量)超標、超過現有SBR池工藝處理要求的特點，開展污水預處理技術研究[4]。

為減輕SBR池處理負擔，在SBR池前選用一座渦凹氣浮裝置，見圖3，可根據污水來水水質，對污水進行預處理，減小SBR池處理難度。

圖3 渦凹氣浮裝置

主要工藝：含油脂和懸浮物的污水進入混凝反應槽，通過加注混凝劑(PAC)后，采取“三級槽箱+兩級攪拌”模式，加大混流，增強油脂和懸浮物混凝效果；進入氣浮機后，采用“連續鼓泡+精確刮渣”方式，達到污水有效處理、懸浮物快速分離效果，工藝流程見圖4。

圖4 污水預處理工藝流程

主要特點：1)PAC藥劑加注精確計量，可根據來水水質情況及時調整；2)連續曝氣除懸浮物效率高，通過底部回流管實現污水循環曝氣，增加停留時間，脫除率達到80%以上；3)刮渣排泥實現全自動化，通過鏈式傳送設備將浮渣推入螺旋輸送機，到達固液分離；4)投運方式靈活，可根據上游污水水質，選擇全部過濾、旁濾等方式，組織生產運行。

1.3 污水回收利用技術

污水經SBR池處理后，再經流砂過濾器等后續處理工藝，每天外排水量約720 m3，外排水量大，未有效利用。針對上述特點，開展污水回收利用技術研究。

根據目前工藝，污水處理合格后直接外排。結合工廠實際，回用水可用于循環冷卻水補水、雜用水(硫磺傳送帶及場地沖洗、綠化、廁所沖洗)。考慮管溝開挖難度、投資大小等因素，選擇回用水作為循環冷卻水補水。經過污水處理場后出水總磷、總鐵等含量偏高，因此，需經再次處理后，才能減低循環水水質指標。

主要工藝：

1)除磷工藝確定：污水除磷主要有生物除磷和化學除磷兩大類。生物除磷是利用好氧微生物，在污水中以磷作為營養物質，進行新陳代謝、生長繁殖，消化水中大量的磷并以聚磷酸鹽的形式貯藏在菌體內，從而形成高磷污泥，通過污泥系統排出，以達到除磷的目的。但在缺氧條件下菌體會重新將磷釋放在水中造成二次污染。

化學除磷主要是通過化學沉析過程完成的。通過向污水中投加藥劑，與污水中溶解性的鹽類發生沉析反應和化學絮凝作用，反應生成顆粒狀、非溶解性的物質。

由于生物除磷工藝目前還不能保證穩定達到出水要求，針對凈化廠污水水質現狀和循環水含磷要求，選擇化學除磷方法。除磷工藝流程見圖5。主要特點：采用化學除磷方法，適用于處理量大，含磷量高的污水處理。

圖5 除磷工藝流程

根據污水化驗結果pH值為6～7，除磷采用投加聚合氯化鋁(PAC)，其主要反應如下：

(1)

2)除鐵除錳工藝：除鐵除錳常見工藝包括錳沸石法、高錳酸鉀氧化法、過濾法和曝氣直接氧化法[5]。

對比各類工藝方法，其中錳沸石法和高錳酸鉀氧化法工藝較復雜，過濾法需布水裝置和集水裝置，投資較大，而曝氣直接氧化法結構簡單、造價低、能耗小且能滿足循環水水質。

確定采用曝氣氧化法除鐵除錳工藝，利用錳砂催化、吸附、過濾的除鐵除錳原理，曝氣裝置將空氣中的氧氣溶于水中，進而將水中 Fe2+和 Mn2+氧化成不溶于水的 Fe3+和 MnO2，再結合天然錳砂的催化、吸附、過濾將水中鐵錳離子去除[6]。

曝氣氧化法除鐵除錳工藝反應方程式如下：

鐵氧化：空氣 4Fe2++3O2+6H2O=4Fe(OH)3↓

(2)

錳氧化：2Mn2++O2+2H2O=2MnO2+4H+

(3)

3)回用水殺菌方案確定：污水處理場原監護池出水細菌含量在10萬個/mL以上，殺菌效果的好壞直接影響回用水的水質，以及對裝置、設備和管道的結垢和腐蝕有很大的影響，需進行殺菌處理滿足循環水指標。根據污水處理場流程，分別從污水提升池和監護池取樣選擇氧化性和非氧化性殺菌劑。

1.4 泥水分離技術

現有污水處理場兩座儲罐(有機污泥)、兩座SBR池的污泥(生化污泥)，定期排入污泥收集池，再進行加藥處理后外運，每年需要大量專項資金用于污泥處置和外運。針對上述實際，開展泥水分離技術研究。

主要工藝：混有絮凝劑的污泥進入臥式螺旋沉降離心機后，隨著離心機的高速運轉，污泥分布到外層，在螺桿推動下排出離心機，污泥中的水分布在內層，通過溢流堰流出離心機，實現了固-液分離。目前，通行的方法有離心式、壓濾式。泥水分離工藝見圖6。

圖6 泥水分離工藝流程

主要特點：選用離心式設備，空間小，安裝調試簡單，適用于各種污泥脫水，可連續運行且不會引起堵塞，耗電低，藥劑投加量少。

按照污泥效益計算：每年減少外運污泥約200 t，外運污泥單價1 000元/t，離心機耗電費3 500元/a，藥劑費用4 800元/a。每天約節約費用：200×1 000-(3 500+4 800)=191 700元。

2 結 論

1)優化污水存儲方案，提升存儲空間，解決了凈化廠檢修污水排放集中、排放量大的難題。

2)針對凈化廠檢修污水水質復雜、指標超標等現狀，組合PAC藥劑加注+連續曝氣污水預處理工藝技術，最大程度上降低了SBR池處理負擔。

3)針對達標水排放量大的問題，采用化學除磷工藝和曝氣氧化法除鐵除錳工藝，使外排水滿足循環冷卻水補水水質要求，實現了外排水的有效回收利用。

4)開展泥水分離技術研究，實現了泥水高效分離，極大降低了污泥處置和運輸費用。