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天然氣凈化廠污水處理工藝

序批式生物膜反應器（Sequencing　Batch　Biofilm Reactor——SBBR）是在序批式活性污泥反應器（SBR）中引入生物膜而開發出來的一種新型復合式生物膜反應器，該工藝具有SBR法基建費用少、操作簡單、靈活、能有效脫氮除磷的優點，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點。

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

該污水處理工程總投資290萬元，于2008年9月建成并投入實際運行，經過運行結果檢測，工藝出水各項水質指標均符合GB　8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級標準。

1 凈化廠常用污水處理方法

天然氣凈化廠所產生污水的共同特點是日均污水 量小（5m3/h～20m3/h）、沖擊負荷大、COD值高（200mg/L～10　000mg/L及以上）。其雜質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根據實際條件的變化而做相應的調整并有所側重。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逐步被生化處理工藝取代，從石化污水延續下來的“老三套”工藝經過逐步改造和發展，形成了目前常用的工藝：“曝氣調節—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質后進入處理流程。

傳統工藝的好氧生化段也經歷了從“活性污泥曝氣法→接觸氧化法→SBR”的發展階段，并在川內多個天然氣凈化廠得到實際應用。

2 污水水量和水質

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、鍋爐和水處理系統藥劑。設計污水量和水質見表2。

表2　全廠污水設計水量和水質表?。?rho;/（mg·L-1）］

 3 工藝設計

1992年，Wilderer首次將序批式運行方式引入生物膜反應器，并提出生物膜反應器的SBBR工藝。該工藝兼有活性污泥法和生物膜法的優點，并能周期性地保持好氧、缺氧和兼氧處理狀態，具有良好脫氮除磷和耐沖擊負荷能力。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反應池內可實現同步硝化與反硝化脫氮，與傳統SBR 相比，SBBR去除NH3-N 的能力有所增加。因此，設計上考慮取消缺氧池，并采用SBBR工藝替換傳統的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％）以及進入產品氣中的微量H2S。

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

（3）由于進水COD值變化幅度較大，進水水質調配不均時常對傳統工藝造成沖擊。因此，強化COD的預處理，使進水COD值恒定地控制在600mg/L以下，對于減輕后續處理的負荷，保證出水水質達標非常重要。因天然氣凈化廠污水中的沖擊負荷主要來自檢修污水以及藥劑流失，由于操作不當引起藥劑流失帶來的廢水COD 值甚至高達10×104　mg/L以上。而UASB反應池能夠承受具有較高的進水負荷和沖擊負荷，對天然氣凈化廠污水的COD去除率可達40％～60％以上。

（4）SBBR池反應周期時間為6h，其中進水并曝氣2h、單曝氣1．5h、沉淀1．5h、排水1h。當周期性水量和水質負荷變化較大時，可根據實際運行效果調節周期時間和各段操作時間。

4 主要構筑物設計

4．1 檢修污水池

采用鋼筋混凝土結構，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，設置彎管通氣管。

4．2 UASB反應池

采用鋼筋混凝土結構，尺寸為3．5m×3．5m×5．0 m，HRT 采用10h，運行溫度控制在（35±2）℃，溶解氧控制在0．2mg/L～0．5mg/L，反應池內設置不銹鋼雙層三項分離器，進水COD 值≤8000mg/L，間斷進水，外部循環。穿孔管進水，底部反射槽。

4．3 水解酸化池

采用鋼筋混凝土結構，尺寸為4．0m×5．0m×5．2m，HRT采用8h，溶解氧≤0．2mg/L。內設置高效組合填料，PPR穿孔管底部配水。

4．4 SBBR池

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

4．5 污泥濃縮池

采用重力式污泥濃縮池，鋼筋混凝土結構，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節池，濃縮污泥進入臥螺式脫水機，脫水處理后外運填埋。

5運行調試數據

5．1 運行啟動

污水處理裝置區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酵污泥，引生活污水作為營養源，分別對UASB系統和水解酸化-SBBR系統進行運行啟動。

UASB池的調試溫度控制在36℃以內，試運行時隨時補充堿度以調節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勢菌種。逐步加入工藝試運行的檢修污水，在4個月試運行期后，UASB池逐步進入穩定運行狀態。水解酸化-SBBR的啟動時間在2個月左右，經檢測，填料載體的生物膜厚度可達到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，生物環境培養基本成熟。

5．2 運行數據

污水處理裝置經過4個月左右的運行啟動和調試后，水質分析監測結果見表3。

表3　污水處理前后水質檢測結果　［ρ/（mg·L-1）］

 由此可見，SBBR池裝置運行良好，隨著運行時間推移，COD的總去除率逐漸增高，穩定運行去除率達到90％以上，出水水質全部達到GB 8978-1996中的一級標準。

5．3 費用分析

污水處理裝置區運行費用包括電費、藥劑費和人工費。正常運行時，電耗量為320kWh/d，電費約0．5元/kWh，單位電費0．67元/m3；藥劑費用為15元/d（0．06元/m3）；裝置區管理人員工資1200元/月（操作定員1人），人工費0．17元/m3，總計運行費約0．90元/m3。具體參見privilege-habitat.com更多相關技術文檔。

6 結論和建議

6．1 結論

（1）與傳統工藝相比，該工藝增加了前端厭氧工藝（UASB池），但通過簡化后續處理流程，仍可比傳統工藝減少占地面積22％以上，節省運行電耗9％左右，實現了更好的經濟效益。

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

6．2 建議

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

（2）小型工業污水處理系統應引入PLC自控系統，并根據水量水質變化特點和對應的處理效果，建立多種應變調節體系，以實現小型工業污水處理系統的全自動化運行。