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(shù)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(yè)對環(huán)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(huán)保工廠。文章提出了傳統(tǒng)生化污水處理裝置+植物深度處理系統(tǒng)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(zhì)特征的種植植物及種植基質(zhì)，設(shè)計了污水植物深度處理系統(tǒng)，搭建了小試實驗裝置，開展了相關(guān)測試實驗及量化分析工作。實驗結(jié)果表明，在進(jìn)水水質(zhì)COD、SS、BOD5、氨氮、TP、TN的平均指標(biāo)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(tǒng)對污染物的平均去除率分別可達(dá)57.01%、74.78%、79.45%、82.91%、76.22%、69.76%，污水出水水質(zhì)達(dá)GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》中工藝與產(chǎn)品用水水質(zhì)指標(biāo)，出水可作為工廠工藝用水，能真正實現(xiàn)天然氣凈化廠污水的零排放。

植物處理技術(shù)；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(chǎn)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(xué)、化學(xué)或電化學(xué)的方法，使溶解在污水中的污染物轉(zhuǎn)化為無害或容易分解的物質(zhì)，從而達(dá)到水質(zhì)凈化的目的[1]。目前，凈化廠污水處理裝置的出水水質(zhì)滿足現(xiàn)行GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)，但尚難以滿足天然氣凈化廠所致力打造的“零排放”環(huán)保工廠的要求。污水植物深度處理技術(shù)，又被廣泛的稱作人工濕地技術(shù)，其主要是通過水、基質(zhì)、種植植物、微生物等構(gòu)建一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，從而達(dá)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(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益、徹底無害的污水處理方法[2-6]。文章在遴選種植基質(zhì)、種植植物的基礎(chǔ)上，設(shè)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(tǒng)，基于實驗數(shù)據(jù)，對提出的凈化廠污水深度處理技術(shù)方案的可行性、適用性進(jìn)行了分析討論。

1 實驗系統(tǒng)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(fù)雜離子提供反應(yīng)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(jù)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(xì)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(jié)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(dá)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(nèi)的短路小，能夠形成渠流，并且堵塞現(xiàn)象發(fā)生少，不易分散。綜合考慮進(jìn)入系統(tǒng)的水質(zhì)特點及原料的易獲取性，擬采用礫石、爐渣等構(gòu)成植物種植系統(tǒng)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(xiàn)在以下3個方面：第一，直接吸收利用污水中的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)，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(zhì)；第二，輸送氧氣到植物根區(qū)，為微生物生長、繁殖和降解反應(yīng)提供氧氣；第三，增強(qiáng)和維持水體的水力傳輸能力。經(jīng)文獻(xiàn)及現(xiàn)場調(diào)研后總結(jié)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(zhì)情況以及川渝地區(qū)氣候條件，最終選擇了風(fēng)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(tǒng)現(xiàn)場圖如圖2、3所示，實驗系統(tǒng)主要由植物污水處理裝置、循環(huán)水泵以及儲水箱構(gòu)成。儲水箱儲存一定量的外運(yùn)污水，用循環(huán)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(jù)水質(zhì)情況選擇外排污水池或循環(huán)回到儲水箱。

圖2 實驗系統(tǒng)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(tǒng)構(gòu)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(qū)分兩行平行布置，每行均由噸桶(1.0m3，1000mm×1000mm×1000mm)串聯(lián)構(gòu)成，左側(cè)第一個噸桶位置抬高，提供系統(tǒng)內(nèi)的水流動力，兩行種植區(qū)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(fēng)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(xiàn)場見圖5。

圖3 實驗系統(tǒng)現(xiàn)場圖

圖4 植物種植分布示意圖

圖5 植物種植區(qū)現(xiàn)場圖

1.3 試驗方法

試驗進(jìn)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(jīng)由可控制開度的閥門流入植物污水處理系統(tǒng)，污水流經(jīng)植物種植區(qū)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(jìn)行。試驗周期為2個月，從2017年5月3日起，2017年7月5日結(jié)束。

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

2 實驗結(jié)果及討論

四種不同水質(zhì)狀況的污水進(jìn)入實驗系統(tǒng)后，定期取樣，檢測污水中各項水質(zhì)指標(biāo)，得到具體的實驗數(shù)據(jù)見表2。實驗期間，系統(tǒng)日平均處理水量為4.2 m3，視水質(zhì)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(tǒng)主要水質(zhì)分析結(jié)果 單位：mg/L

*水樣命名中，首位數(shù)字為待處理污水代號，括弧內(nèi)數(shù)字表示水質(zhì)取樣距污水進(jìn)入系統(tǒng)日期的天數(shù)。

表3 不同標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)要求

污水1為某凈化廠生化裝置出口污水，其各項指標(biāo)均已達(dá)現(xiàn)行GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級標(biāo)準(zhǔn)，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(zhì)指標(biāo)，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(biāo)均達(dá)GB/T19923-2005中工藝與產(chǎn)品用水水質(zhì)指標(biāo)(表3)，其余氯化物、硫酸鹽、總堿度、總硬度、鐵、錳、石油類等指標(biāo)均低于該標(biāo)準(zhǔn)中工藝與產(chǎn)品用水水質(zhì)指標(biāo)。因此，認(rèn)為污水植物處理系統(tǒng)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(bǔ)給水，真正實現(xiàn)凈化廠污水零排放。

實驗過程中，分別混入不同量的實驗現(xiàn)場生活污水進(jìn)入實驗系統(tǒng)，以深入考察植物污水處理系統(tǒng)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(xiàn)行GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入該系統(tǒng)處理3日后， COD、BOD5、氨氮指標(biāo)分別達(dá)29.16 mg/L、14.85 mg/L、9.68 mg/L，滿足現(xiàn)行GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)；再經(jīng)過第4日的處理后，各項主要指標(biāo)均能滿足GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》中工藝與產(chǎn)品用水水質(zhì)指標(biāo)，達(dá)到了污水深度處理的目標(biāo)。

污水3經(jīng)過4日的處理，可滿足現(xiàn)行GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)的要求，經(jīng)過5日處理后，各項主要指標(biāo)滿足GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》中工藝與產(chǎn)品用水水質(zhì)指標(biāo)，達(dá)到了污水深度處理的目標(biāo)。

污水4經(jīng)過5日的處理，COD、BOD5、氨氮指標(biāo)分別為35.35 mg/L、38.34 mg/L、24.39 mg/L，其中BOD5、氨氮指標(biāo)未能滿足現(xiàn)行GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為當(dāng)進(jìn)口水質(zhì)中BOD5、氨氮分別高于90mg/L、70mg/L時，污水植物處理系統(tǒng)達(dá)到其處理能力限值，難以繼續(xù)發(fā)揮其深度凈水功效。

可以看出，當(dāng)處理污水中污染物濃度越高，系統(tǒng)完成污水深度處理所需的時間越長，當(dāng)污染物濃度超過一定限值時，系統(tǒng)將難以發(fā)揮其深度凈水功效。對前三組實現(xiàn)污水深度處理的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理總結(jié)可得，在COD、懸浮物、BOD5、氨氮、總磷、總氮的平均指標(biāo)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(tǒng)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(zhì)達(dá)GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》中工藝與產(chǎn)品用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可實現(xiàn)污水的深度處理。

3 結(jié)論

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

(1)污水植物處理系統(tǒng)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(bǔ)給水，為凈化廠實現(xiàn)污水零排放提供一條備選的技術(shù)路線。

(2)實驗表明，當(dāng)進(jìn)口日平均水量為4.2m3/d，水質(zhì)中COD、懸浮物、BOD5、氨氮、總磷、總氮的平均指標(biāo)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(jīng)實驗系統(tǒng)平均處理4日后，水中污染物的平均去除率分別可達(dá)：57.01%、74.78%、79.45%、82.91%、76.22%、69.76%，出水水質(zhì)達(dá)GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》中工藝與產(chǎn)品用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可實現(xiàn)污水的深度處理；實驗的平均水力負(fù)荷約0.1 m3/(m2·d)，該技術(shù)占地面積大，適合在有足夠可利用場地的工廠開展相關(guān)應(yīng)用。

(3)實驗中，當(dāng)進(jìn)口水質(zhì)中BOD5、氨氮分別高于90mg/L、70mg/L時，污水植物處理系統(tǒng)達(dá)到其處理能力限值，難以發(fā)揮其深度凈水功效，表明植物深度處理技術(shù)對污水水質(zhì)有嚴(yán)格要求，僅適合處理低濃度有機(jī)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(shù)，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