污水处理技术的研究与应用

2015-12-31马慧明,孙振涛,刘亚龙等

河南化工 2015年4期

关键词：除铁

污水处理技术的研究与应用

马慧明，孙振涛，刘亚龙，谷超桢，付岗

(中国石化中原油田分公司天然气处理厂，河南濮阳457162)

摘要：针对污水处理系统的特点，分析了涡凹气浮、除磷、除铁、除锰和污泥脱水等难点问题，提出一套污水处理系统升级方案，并加以实施,取得了良好的经济效益和社会效益。

关键词：涡凹气浮；除磷；除铁

中图分类号：TQ050.2,TQ085

收稿日期：2015-01-06

作者简介：马慧明(1972-)，男，工程师，从事天然气处理与净化工作，电话：18282232397。

0概况

污水处理场处理流程如图1所示，生产污水经生产污水提升池增压后与带压生产污水一同进入生产污水调节罐，然后进入SBR反应池；初期雨水经初期雨水调节罐，然后进入SBR反应池；生活污水经生活污水提升池，然后进入SBR反应池。在SBR反应池中，污水经生物和化学处理后，进入过滤提升池，然后经流砂过滤器进入监护池外排至厂区地下管网。调节罐和SBR反应池的污泥集中外运处理。

图1　污水处理场污水处理流程示意图

1存在问题

1.1SBR池处理负荷大，出水不达标

见表1，由于检修污水水质较为复杂，超过原SBR池细菌处理能力，导致出水COD和SS达不到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准，不达标水需要重新处理，增加了污水系统处理负荷。

表1　监护池不合格水水质主要化验结果

1.2外排水量大，浪费严重

每天污水处理场经监护池外排水720 m3左右，外排水量大，浪费严重。如经过进一步处理就能达到回用标准，将节约大量生产补水。

1.3缺少污泥处理工艺

原污水处理场污泥集中排入临时污泥收集池，当污泥池储存满后再进行外运处理。由于没有污泥脱水设备，污泥含水量大，外运费用高。为了解决以上问题，需要对污水处理系统进行升级。

2污水处理系统升级方案确定

2.1确定减轻SBR池处理负荷的方案

由于实际的生产污水量远大于设计的生产污水量，造成SBR池负担过重，使出水时常不达标，为了解决这个问题，在SBR池前增加一个涡凹气浮装置，对污水进行预处理，减小污水的处理难度，从而达到减轻SBR池处理负荷的目的。

涡凹气浮是专门为去除工业和城市污水中的油脂、胶状物和固体悬浮物而设计的系统。整个气浮系统由曝气机、刮泥机、螺旋输送机和气浮槽四部分组成，如图2所示。

图2　气浮机工作原理示意图

涡凹气浮机工作原理。空气经输送管进入由曝气机底部散气叶轮高速转动形成的负压区，并由散气叶轮散布为微气泡，微气泡以螺旋型上升到水面。微气泡上浮过程中，会附着到污水中悬浮物上，将污水中悬浮物带到水面。到达水面后悬浮物依靠这些气泡的支撑而漂浮在水面上。漂浮在水面上的悬浮物不断地被链条刮泥机清除到污泥排放管道中。污泥排放管道里有水平的螺旋推进器，将所收集的污泥送入集泥池中。曝气后的污水经溢流堰进入后续处理装置。

散布在气浮槽底部的回流管的作用是使污水从池底回流至曝气段重新曝气。这个过程确保了40%左右的污水能够重新曝气，并使曝气机没有进水的情况下能正常曝气。

2.2确定外排水回用方案

对比污水处理场出水水质与间冷开式循环冷却系统水质标准，污水处理场出水pH值偏低，磷、铁和锰含量偏高，悬浮物偏高。因此污水处理场出水需经再次处理后，才能满足循环水水质要求。

2.2.1除磷工艺确定

磷的去除有化学除磷和生物除磷两种工艺。生物除磷是一种相对经济的除磷方法，由于生物除磷工艺目前还不能保证稳定达到磷含量0.5 mg/L的出水标准要求，所以要达到稳定的出水标准，常需要采取化学除磷措施。化学除磷是通过化学沉析过程完成的，在污水净化工艺中，沉析和絮凝都是极为重要的工艺。化学沉析是指向污水中投加无机金属盐药剂，药剂与污水中溶解性的盐类，如磷酸盐混合后，形成颗粒状非溶解性的物质，这一过程被称为相转移过程。絮凝是细小的非溶解状的固体物互相黏结成较大形状的过程，通过固液分离步骤，得到净化的污水和固—液浓缩物(化学污泥)，达到化学除磷的目的。

用于磷沉析的金属盐药剂主要是Fe3+、Al3+和Fe2+盐和石灰。反应式如式(1)、(2)所示。

pH值6～7(1)

pH值5～5.5(2)

与沉析反应相竞争的反应是金属离子与OH-的反应，所以对于各种不同的金属盐产品应注意的是金属的离子量，反应式如式(3)、(4)所示。

(3)

(4)

金属氢氧化物会形成大块的絮凝体，这对于沉析产物的絮凝是有利的，同时还会吸附胶体状的物质、细微悬浮颗粒。沉析效果受pH值影响，金属磷酸盐的溶解性同样也受pH值的影响。对于铁盐，最佳pH值范围为5.0～5.5，铝盐的最佳pH值为6.0～7.0，pH值在此范围内FePO4或AlPO4的溶解性最小。

根据污水化验结果，pH 值在6～7，除磷采用投加聚合氯化铝效果较好。

2.2.2除铁、除锰工艺确定

除铁、除锰过滤器主要适用于工业软化水、除盐水设备的预处理。采用曝气氧化，锰砂催化、吸附、过滤、除铁、除锰，其原理为利用曝气装置将空气中的氧气溶于水中，进而将水中 Fe2+和Mn2+氧化成不溶于水的 Fe3+和MnO2，再结合天然锰砂的催化、吸附、过滤将水中铁锰离子去除。

利用多介质滤料的截留、滤除作用，去除大粒径的杂质颗粒、胶体和悬浮物，具有低成本、操作维护及管理方便等特点。常采用石英砂、无烟煤滤料、锰砂、AFM、活性炭等，滤速高，截污能力大，过滤周期长，罐体有玻璃钢、碳钢、不锈钢等多种材质，可配多路阀或电动、气动、水动阀配PLC控制，分别适用于中小流量及大流量情况，可实现自动和手动双重控制，最高过滤精度可达5 μm。

经除铁除锰过滤器处理后的水进入凉水池，再经循环水场纤维束过滤系统过滤，铁锰去除率达到95%以上。可保证整套系统处理后出水水质能满足工业循环冷却回用水需要。

2.3确定污泥脱水工艺方案

2.3.1离心式污泥脱水机

污泥脱水工艺如图3所示。离心式污泥脱水机是利用固液两相的密度差，在离心力的作用下，加快固相颗粒的沉降速度来实现固液分离的。污泥和絮凝剂药液经入口管道被送入转鼓内混合腔，在此进行混合絮凝，由于转子(螺旋和转鼓)的高速旋转和摩擦阻力，污泥在转子内部被加速并形成一个圆柱液环层(液环区)，在离心力的作用下，相对密度较大的固体颗粒沉降到转鼓内壁形成泥层(固环层)，再利用螺旋和转鼓的相对速度差把固相推向转鼓锥端，推出液面之后泥渣得以脱水干燥，推向排渣口排出，上清液从转鼓大端排出，实现固液分离。

图3　污泥脱水工艺流程示意图

2.3.2絮凝剂的优选

絮凝剂按照其化学成分总体可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类。其中无机絮凝剂又包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂；有机絮凝剂又包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。

根据污水处理场污泥性质，选择有机絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)。PAM为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的摩擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。针对絮凝剂种类和性质的特点，结合现场污泥进行了小试验，确定了阳离子型聚丙烯酰胺对现场污泥具有良好的絮凝效果。为了达到最好效果，在阳离子PAM中再进行优选，确定了特定型号阳离子PAM，并得到了最佳配药浓度为0.2%～0.5%。

3现场应用情况

污水处理系统改造包括四大部分内容，如图4所示。在调节罐与SBR池之间新增了气浮机；对污水进行预处理，减轻SBR池污水处理负荷。在监护池后出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准，如表2所示。在监护池后新增除磷装置和除铁锰装置，包括除磷加药装置和锰砂过滤罐等设备，使处理后水的水质满足间冷开式系统循环冷却水水质指标要求，如表3所示。在污泥池后新增卧式螺旋沉降离心机及配套设施，用于污泥脱水。