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天然氣凈化廠污水處理工藝

序批式生物膜反應(yīng)器（Sequencing　Batch　Biofilm Reactor——SBBR）是在序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR）中引入生物膜而開發(fā)出來的一種新型復(fù)合式生物膜反應(yīng)器，該工藝具有SBR法基建費(fèi)用少、操作簡單、靈活、能有效脫氮除磷的優(yōu)點(diǎn)，又具有生物膜法的生物相多、易于生長、存活時間長的微生物、防止污泥膨脹和減少污泥量的優(yōu)點(diǎn)。

在重慶某天然氣凈化廠（200×104　m3/d）的污水處理設(shè)計工作中，結(jié)合此前已建天然氣凈化廠的污水處理經(jīng)驗，引入了UASB/水解酸化/SBBR處理工藝，并通過優(yōu)化設(shè)計，提高了自控水平。

該污水處理工程總投資290萬元，于2008年9月建成并投入實(shí)際運(yùn)行，經(jīng)過運(yùn)行結(jié)果檢測，工藝出水各項水質(zhì)指標(biāo)均符合GB　8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)。

1 凈化廠常用污水處理方法

天然氣凈化廠所產(chǎn)生污水的共同特點(diǎn)是日均污水 量小（5m3/h～20m3/h）、沖擊負(fù)荷大、COD值高（200mg/L～10　000mg/L及以上）。其雜質(zhì)成分和含量受天然氣處理工藝、操作方法和管理水平的影響，因而在污水處理工藝選擇上也應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件的變化而做相應(yīng)的調(diào)整并有所側(cè)重。常用的污水處理工藝見表1。

表1　常用污水處理工藝對比表

 近年來，天然氣凈化廠污水處理過去常用的物化處理工藝已經(jīng)逐步被生化處理工藝取代，從石化污水延續(xù)下來的“老三套”工藝經(jīng)過逐步改造和發(fā)展，形成了目前常用的工藝：“曝氣調(diào)節(jié)—混凝氣浮—水解酸化—缺氧—好氧—儲存—外排”。高COD值的檢修污水按一年的量儲存后，平均加入處理流程前端調(diào)質(zhì)后進(jìn)入處理流程。

傳統(tǒng)工藝的好氧生化段也經(jīng)歷了從“活性污泥曝氣法→接觸氧化法→SBR”的發(fā)展階段，并在川內(nèi)多個天然氣凈化廠得到實(shí)際應(yīng)用。

2 污水水量和水質(zhì)

本工程污水中污染物主要有脫硫劑甲基乙二醇胺［CH3-N（CH2CH2OH）2］（年耗量24t/a）、脫水劑三甘醇（C6H14O4）（年耗量17t/a）、硫磺回收無機(jī)催化劑、原料氣中分離的高礦化度地層水（SO42-、Cl-）、輕烴（≥C4）、硫化物（S2-）、各種分析化驗試劑、鍋爐和水處理系統(tǒng)藥劑。設(shè)計污水量和水質(zhì)見表2。

表2　全廠污水設(shè)計水量和水質(zhì)表　［ρ/（mg·L-1）］

 3 工藝設(shè)計

1992年，Wilderer首次將序批式運(yùn)行方式引入生物膜反應(yīng)器，并提出生物膜反應(yīng)器的SBBR工藝。該工藝兼有活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點(diǎn)，并能周期性地保持好氧、缺氧和兼氧處理狀態(tài)，具有良好脫氮除磷和耐沖擊負(fù)荷能力。因此，本工程考慮在污水處理中引入該新工藝。

3．1 工藝流程圖

圖1列出了重慶某天然氣凈化廠污水處理的工藝流程。

 圖1 重慶某天然氣凈化廠污水處理流程圖

3．2 工藝流程說明

（1）傳統(tǒng)的兼氧/SBR對NH3-N 的去除率較低，甚至在處理過程中由于某些含氮有機(jī)物（如甲基乙二醇胺）的分解而使出水中的NH3-N 含量有所增加。而在成功掛膜的SBBR反應(yīng)池內(nèi)可實(shí)現(xiàn)同步硝化與反硝化脫氮，與傳統(tǒng)SBR 相比，SBBR去除NH3-N 的能力有所增加。因此，設(shè)計上考慮取消缺氧池，并采用SBBR工藝替換傳統(tǒng)的SBR工藝，簡化流程。

（2）在高含硫天然氣凈化廠中，原料氣中的硫去向主要為：產(chǎn)品硫磺（占總硫量的99％）、尾氣和鍋爐煙囪中排放的SO2 （占總硫量的0．1％～0．2％）以及進(jìn)入產(chǎn)品氣中的微量H2S。

但在每年1次～2次的開停工檢修及部分關(guān)鍵設(shè)備的定期檢修過程中，會排出大量的在工藝設(shè)備系統(tǒng)中殘留的含硫化合物廢水以及脫硫脫水藥劑廢水。通過設(shè)置前端厭氧反應(yīng)池，可以培育脫氮硫桿菌，進(jìn)行同步反硝化脫氮和除硫，從而可以大量去除含硫化合物。同時應(yīng)注意控制進(jìn)水中的硫酸鹽濃度（檢修污水不作預(yù)曝氣），減少硫酸鹽還原菌對產(chǎn)甲烷菌的生長抑制作用。

（3）由于進(jìn)水COD值變化幅度較大，進(jìn)水水質(zhì)調(diào)配不均時常對傳統(tǒng)工藝造成沖擊。因此，強(qiáng)化COD的預(yù)處理，使進(jìn)水COD值恒定地控制在600mg/L以下，對于減輕后續(xù)處理的負(fù)荷，保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)非常重要。因天然氣凈化廠污水中的沖擊負(fù)荷主要來自檢修污水以及藥劑流失，由于操作不當(dāng)引起藥劑流失帶來的廢水COD 值甚至高達(dá)10×104　mg/L以上。而UASB反應(yīng)池能夠承受具有較高的進(jìn)水負(fù)荷和沖擊負(fù)荷，對天然氣凈化廠污水的COD去除率可達(dá)40％～60％以上。

（4）SBBR池反應(yīng)周期時間為6h，其中進(jìn)水并曝氣2h、單曝氣1．5h、沉淀1．5h、排水1h。當(dāng)周期性水量和水質(zhì)負(fù)荷變化較大時，可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行效果調(diào)節(jié)周期時間和各段操作時間。

4 主要構(gòu)筑物設(shè)計

4．1 檢修污水池

采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，1座分2格，尺寸為12．0m×14．0m×5．0m，有效水深3．5m，埋地式，頂覆土300mm，設(shè)置彎管通氣管。

4．2 UASB反應(yīng)池

采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為3．5m×3．5m×5．0 m，HRT 采用10h，運(yùn)行溫度控制在（35±2）℃，溶解氧控制在0．2mg/L～0．5mg/L，反應(yīng)池內(nèi)設(shè)置不銹鋼雙層三項分離器，進(jìn)水COD 值≤8000mg/L，間斷進(jìn)水，外部循環(huán)。穿孔管進(jìn)水，底部反射槽。

4．3 水解酸化池

采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為4．0m×5．0m×5．2m，HRT采用8h，溶解氧≤0．2mg/L。內(nèi)設(shè)置高效組合填料，PPR穿孔管底部配水。

4．4 SBBR池

采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為10．0m×5．0m×5．2m，HRT 采用24h，溶解氧2mg/L～5mg/L，容積負(fù)荷0．4kg　COD/（m3·d），MLSS采用2000mg/L。反應(yīng)池內(nèi)設(shè)置高效組合填料，鼓風(fēng)曝氣，氣水比20∶1，采用氨基甲酸聚合物微孔橡膠膜曝氣頭。排水采用旋轉(zhuǎn)式潷水器，出水堰過水負(fù)荷10L/（m·s）。

4．5 污泥濃縮池

采用重力式污泥濃縮池，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，1座，尺寸3．0m×3．0m×4．5m，污泥停留時間12h，上清液回流至曝氣調(diào)節(jié)池，濃縮污泥進(jìn)入臥螺式脫水機(jī)，脫水處理后外運(yùn)填埋。

5運(yùn)行調(diào)試數(shù)據(jù)

5．1 運(yùn)行啟動

污水處理裝置區(qū)的接種污泥取自臨近的墊江某天然氣凈化廠污泥濃縮池，并加入施工臨時生活污水池的發(fā)酵污泥，引生活污水作為營養(yǎng)源，分別對UASB系統(tǒng)和水解酸化-SBBR系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行啟動。

UASB池的調(diào)試溫度控制在36℃以內(nèi)，試運(yùn)行時隨時補(bǔ)充堿度以調(diào)節(jié)pH 值，控制COD 值∶ρ（S2-）∶ρ（NH3-N）∶ρ（NO3-）∶ρ（P）比值在適宜水平，以培育脫氮硫桿菌作為優(yōu)勢菌種。逐步加入工藝試運(yùn)行的檢修污水，在4個月試運(yùn)行期后，UASB池逐步進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。水解酸化-SBBR的啟動時間在2個月左右，經(jīng)檢測，填料載體的生物膜厚度可達(dá)到20μm～50μm，鏡檢顯示存有較多桿菌、球菌等微生物和一些原生及后生動物，生物環(huán)境培養(yǎng)基本成熟。

5．2 運(yùn)行數(shù)據(jù)

污水處理裝置經(jīng)過4個月左右的運(yùn)行啟動和調(diào)試后，水質(zhì)分析監(jiān)測結(jié)果見表3。

表3　污水處理前后水質(zhì)檢測結(jié)果　［ρ/（mg·L-1）］

 由此可見，SBBR池裝置運(yùn)行良好，隨著運(yùn)行時間推移，COD的總?cè)コ手饾u增高，穩(wěn)定運(yùn)行去除率達(dá)到90％以上，出水水質(zhì)全部達(dá)到GB 8978-1996中的一級標(biāo)準(zhǔn)。

5．3 費(fèi)用分析

污水處理裝置區(qū)運(yùn)行費(fèi)用包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)和人工費(fèi)。正常運(yùn)行時，電耗量為320kWh/d，電費(fèi)約0．5元/kWh，單位電費(fèi)0．67元/m3；藥劑費(fèi)用為15元/d（0．06元/m3）；裝置區(qū)管理人員工資1200元/月（操作定員1人），人工費(fèi)0．17元/m3，總計運(yùn)行費(fèi)約0．90元/m3。具體參見m.yangzhchao.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

6 結(jié)論和建議

6．1 結(jié)論

（1）與傳統(tǒng)工藝相比，該工藝增加了前端厭氧工藝（UASB池），但通過簡化后續(xù)處理流程，仍可比傳統(tǒng)工藝減少占地面積22％以上，節(jié)省運(yùn)行電耗9％左右，實(shí)現(xiàn)了更好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）UASB/水解酸化/SBBR工藝對于具有較小流量（推薦500m3/d以下）、有機(jī)物含量高、周期性沖擊負(fù)荷大特點(diǎn)的工業(yè)污水處理具有一定的啟發(fā)和參考意義。

6．2 建議

（1）對于單列裝置，應(yīng)注意池體的容積應(yīng)能儲存足夠的水量，以保證能在給定時間內(nèi)完成更換填料和檢修設(shè)備等操作。

（2）小型工業(yè)污水處理系統(tǒng)應(yīng)引入PLC自控系統(tǒng)，并根據(jù)水量水質(zhì)變化特點(diǎn)和對應(yīng)的處理效果，建立多種應(yīng)變調(diào)節(jié)體系，以實(shí)現(xiàn)小型工業(yè)污水處理系統(tǒng)的全自動化運(yùn)行。