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)施進行處理，處理合格后補充循環(huán)冷卻水重復(fù)利用。經(jīng)回用系統(tǒng)進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)水控制標準。經(jīng)過調(diào)查實驗分析，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，同時也來源于循環(huán)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(huán)節(jié)，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(nèi)實驗和現(xiàn)場實驗。

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)模擬實驗一

通過實驗?zāi)M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(xiàn)象，取上清液監(jiān)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(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(jié)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(nèi)實驗分析結(jié)果

實驗結(jié)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(yīng)后pH值接近6，產(chǎn)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，F(xiàn)ePO4的溶解度為0.1 mg/L)。

理論上，實驗2、3、4、5混凝沉淀反應(yīng)后上清液過濾后的水樣，除磷效果會更好，但從實驗數(shù)據(jù)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(dǎo)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(jié)論：通過實驗?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(yīng)后pH值接近6，產(chǎn)生的AlPO4溶解度最小，此時PAC的除磷效果最好。

2)室內(nèi)模擬實驗二

取普光凈化廠循環(huán)水裝置循環(huán)排污水進行室內(nèi)除磷實驗，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)排污水主要指標參數(shù)

實驗取循環(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。

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

表4 除磷實驗分析

實驗取循環(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，過砂濾，實驗結(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，但未達標，繼續(xù)加大除磷劑濃度。實驗結(jié)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(shù)據(jù)，AP-2和SP-3均能除磷達標，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

通過實驗?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(yōu)于SP-3。

1.2 除菌技術(shù)室內(nèi)研究

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

1)化學(xué)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(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(shù)，同時測原水樣細菌總數(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，廢水中的細菌總數(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)化除菌實驗研究

取SBR池活性污泥，按現(xiàn)場進水比例及進水量，在實驗室進行模擬現(xiàn)場實驗研究。①不改變運行參數(shù)，運行一個周期后沉降半小時測上清液細菌總數(shù)。實驗分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個運行周期，改善污泥沉降性能[5]。若馴化養(yǎng)護后出水細菌含量降低，則按實驗數(shù)據(jù)定期對SBR池污泥進行馴化養(yǎng)護，降低出水細菌含量，實驗結(jié)果見表7。

表7 SBR工藝優(yōu)化除菌實驗結(jié)果 個/mL

由表7結(jié)果可看出，定期投加污泥營養(yǎng)劑對污泥進行馴化養(yǎng)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(shù)相對減少，因此，SBR工藝優(yōu)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(shù)。

3)膜過濾除菌技術(shù)研究

實驗室采用模擬系統(tǒng)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(diào)整實驗裝置運行工況到最佳狀態(tài)，處理水量為10 L/h。實驗結(jié)果見圖3。

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

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工藝控制出水細菌效果一般。膜過濾法除菌高效穩(wěn)定，且運行成本低廉。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(zhì)控制進行了現(xiàn)場實驗。

2.1 現(xiàn)場實驗工藝流程

現(xiàn)場安裝一臺超濾陶瓷膜過濾設(shè)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?，F(xiàn)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(shù)據(jù)分析

傳統(tǒng)化學(xué)藥劑與陶瓷濾膜聯(lián)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(tǒng)的化學(xué)除磷劑(鋁鹽、鐵鹽)進行了化學(xué)除磷復(fù)合超濾陶瓷膜過濾聯(lián)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(fù)配藥劑與陶瓷膜過濾聯(lián)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(fù)合化學(xué)除磷藥劑進行化學(xué)除磷實驗，在前期傳統(tǒng)化學(xué)除磷劑實驗基礎(chǔ)上，設(shè)計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準小于0.5 mg/L的要求。

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

圖6 復(fù)配藥劑與陶瓷膜過濾聯(lián)用對總磷的影響

2.3 細菌總數(shù)數(shù)據(jù)分析

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

圖7 化學(xué)殺菌劑與陶瓷濾膜聯(lián)用對細菌總數(shù)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(tǒng)與化學(xué)殺菌復(fù)合除菌實驗，采用化學(xué)殺菌劑為有效氯濃度為10%的工業(yè)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(tǒng)與化學(xué)殺菌復(fù)合聯(lián)用可有效控制出水細菌總數(shù)，投加量10 mL時出水細菌總數(shù)控制在100～400個/mL。200 nm陶瓷膜管對細菌總數(shù)的去除效果見圖8。

圖8 200 nm陶瓷膜管對細菌總數(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的陶瓷膜管進行了除菌實驗，出水細菌總數(shù)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(shù)基本約100個/mL。

3 結(jié) 論

1)經(jīng)過化學(xué)法所用藥劑研究和現(xiàn)場運用，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，且運行成本低廉。經(jīng)過現(xiàn)場實驗，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菌總數(shù)。