天然气净化厂污水植物深度处理技术研究

张 镨 王薛辉 王 勇 吴 宇 刘 蔷(.中国石油西南油气田公司天然气研究院； .中国石油西南油气田公司 成都 6005)

天然气净化厂污水植物深度处理技术研究

张 镨1王薛辉2王 勇1吴 宇1刘 蔷1
(1.中国石油西南油气田公司天然气研究院； 2.中国石油西南油气田公司 成都 610051)

近年来，随着国家、行业对环保要求的重视，天然气净化厂也致力于打造污水“零排放”的新型环保工厂。文章提出了传统生化污水处理装置+植物深度处理系统的天然气净化厂污水深度处理方案，遴选了适合气候和水质特征的种植植物及种植基质，设计了污水植物深度处理系统，搭建了小试实验装置，开展了相关测试实验及量化分析工作。实验结果表明，在进水水质COD、SS、BOD5、氨氮、TP、TN的平均指标分别为67.18 mg/L、34.33 mg/L、55.82 mg/L、39.08 mg/L、0.66 mg/L、44.62 mg/L时，搭建的植物污水深度处理实验系统对污染物的平均去除率分别可达57.01%、74.78%、79.45%、82.91%、76.22%、69.76%，污水出水水质达GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》中工艺与产品用水水质指标，出水可作为工厂工艺用水，能真正实现天然气净化厂污水的零排放。

植物处理技术；深度处理；实验研究；净化厂；污水零排放

天然气净化厂污水一般有生产污水、检修污水和生活污水三个主要来源，通常采用生物化学、化学或电化学的方法，使溶解在污水中的污染物转化为无害或容易分解的物质，从而达到水质净化的目的[1]。目前，净化厂污水处理装置的出水水质满足现行GB8978-1996《污水综合排放标准》中的一级标准，但尚难以满足天然气净化厂所致力打造的“零排放”环保工厂的要求。污水植物深度处理技术，又被广泛的称作人工湿地技术，其主要是通过水、基质、种植植物、微生物等构建一个完整的生态系统，从而达到对污水中COD、BOD5、氨氮、TN、TP、Cl-、重金属等污染物深度处理的目的，是一种兼具良好生态效益和经济效益、彻底无害的污水处理方法[2-6]。文章在遴选种植基质、种植植物的基础上，设计搭建了一套用于天然气净化厂污水深度处理的小型实验系统，基于实验数据，对提出的净化厂污水深度处理技术方案的可行性、适用性进行了分析讨论。

1 实验系统介绍

1.1 填料及种植植物的遴选

填料的选择对人工湿地的处理效果有很大的影响。填料在人工湿地中为植物提供物理支持，为各种化合物和复杂离子提供反应界面，以及为微生物提供附着空间。常用的填料有土壤、砾石、砂、沸石、碎瓦片、灰渣等。根据处理目的、污染物特征的不同，有不同的填料选择。一般来说，以处理SS、COD和BOD为主要特征污染物时可选用土壤、细沙、粗砂、炉渣、砾石、碎瓦片或灰渣中的一种或几种为填料。对脱N除P要求高的，可以选择采用沸石和石灰石的结合，既考虑了沸石对氨氮的吸附，又利用了石灰石对P的高吸附特性，达到同时脱N除P的目的[7]。填料的选择多偏向于较大颗粒的粒径，原因是水流在粒径较大的填料床内的短路小，能够形成渠流，并且堵塞现象发生少，不易分散。综合考虑进入系统的水质特点及原料的易获取性，拟采用砾石、炉渣等构成植物种植系统的填料层，填料布置的示意图见图1。

图1 种植床填料布置示意图

植物去污主要体现在以下3个方面：第一，直接吸收利用污水中的N、P等营养物质，吸附和富集污水中的重金属铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)等有害物质；第二，输送氧气到植物根区，为微生物生长、繁殖和降解反应提供氧气；第三，增强和维持水体的水力传输能力。经文献及现场调研后总结的各种常见植物对水中污染物的去除特点如下表所示。

表1 常见植物对污染物的去除特点

综合考虑待处理水质情况以及川渝地区气候条件，最终选择了风车草、美人蕉、菖蒲、芦苇、凤眼莲五种植物作为拟开展研究的净水植物。

1.2 污水植物深度处理装置

实验装置的工艺流程简图及实验系统现场图如图2、3所示，实验系统主要由植物污水处理装置、循环水泵以及储水箱构成。储水箱储存一定量的外运污水，用循环水泵间歇的将储水箱中污水泵入植物污水处理装置，泵的启、停由抬高吨桶的水位控制，处理后的污水根据水质情况选择外排污水池或循环回到储水箱。

图2 实验系统工艺流程简图

植物污水处理装置由种植床填料、种植植物及布水系统构成。种植床填料(潜流池)布置示意见图1，种植植物分布示意见图4，种植区分两行平行布置，每行均由吨桶(1.0m3，1000mm×1000mm×1000mm)串联构成，左侧第一个吨桶位置抬高，提供系统内的水流动力，两行种植区的布水分别按“潜-表-潜-潜”和“潜-潜-表-潜”的形式分布，种植植物主要为菖蒲、美人蕉、风车草、芦苇以及凤眼莲，潜流池植物的种植密度为8～10株/m2。植物种植现场见图5。

图3 实验系统现场图

图4 植物种植分布示意图

图5 植物种植区现场图

1.3 试验方法

试验进水采用水泵将储水箱中的待处理污水泵入集水池后，在重力作用下经由可控制开度的阀门流入植物污水处理系统，污水流经植物种植区脱除部分污染物后，从最末级吨桶底部排除。全过程在自然条件下进行。试验周期为2个月，从2017年5月3日起，2017年7月5日结束。

取样水质以GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》规定的检测方法，量化水质中pH、COD、BOD5、氨氮、TP、TN、石油类、重金属、Cl-等指标的变化情况，分析植物污水深度处理系统的实验效果。实验期间，定期维护种植植物，保证植物的良好生长。

2 实验结果及讨论

四种不同水质状况的污水进入实验系统后，定期取样，检测污水中各项水质指标，得到具体的实验数据见表2。实验期间，系统日平均处理水量为4.2 m3，视水质情况，处理水量存在波动，波动范围为3.8 ～ 4.7m3/d。

表2 植物污水深度处理系统主要水质分析结果 单位：mg/L

*水样命名中，首位数字为待处理污水代号，括弧内数字表示水质取样距污水进入系统日期的天数。

表3 不同标准的水质指标要求

污水1为某净化厂生化装置出口污水，其各项指标均已达现行GB8978-1996《污水综合排放标准》的一级标准，本次实验将该污水引入植物深度处理装置，并每日检测各主要的污水水质指标，3日后，污水中COD为28.49 mg/L，悬浮物浓度为6mg/L，pH值为8.07，BOD5为7.37 mg/L，氨氮为2.78 mg/L，总磷为0.19 mg/L，该几项指标均达GB/T19923-2005中工艺与产品用水水质指标(表3)，其余氯化物、硫酸盐、总碱度、总硬度、铁、锰、石油类等指标均低于该标准中工艺与产品用水水质指标。因此，认为污水植物处理系统可有效深度处理天然气净化厂生化装置出口污水，深度处理后污水可用作特定工艺流程的补给水，真正实现净化厂污水零排放。

实验过程中，分别混入不同量的实验现场生活污水进入实验系统，以深入考察植物污水处理系统的处理能力。

污水2中COD为65.82 mg/L，悬浮物浓度为35mg/L，BOD5为68.32 mg/L，氨氮为46.35 mg/L，其中COD、BOD5、氨氮均高于现行GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准。进入该系统处理3日后， COD、BOD5、氨氮指标分别达29.16 mg/L、14.85 mg/L、9.68 mg/L，满足现行GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准；再经过第4日的处理后，各项主要指标均能满足GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》中工艺与产品用水水质指标，达到了污水深度处理的目标。

污水3经过4日的处理，可满足现行GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准的要求，经过5日处理后，各项主要指标满足GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》中工艺与产品用水水质指标，达到了污水深度处理的目标。

污水4经过5日的处理，COD、BOD5、氨氮指标分别为35.35 mg/L、38.34 mg/L、24.39 mg/L，其中BOD5、氨氮指标未能满足现行GB8978-1996《污水综合排放标准》中的一级标准，认为当进口水质中BOD5、氨氮分别高于90mg/L、70mg/L时，污水植物处理系统达到其处理能力限值，难以继续发挥其深度净水功效。

可以看出，当处理污水中污染物浓度越高，系统完成污水深度处理所需的时间越长，当污染物浓度超过一定限值时，系统将难以发挥其深度净水功效。对前三组实现污水深度处理的实验数据进行整理总结可得，在COD、悬浮物、BOD5、氨氮、总磷、总氮的平均指标分别为：67.18mg/L、34.33mg/L、55.82mg/L、39.08mg/L、0.66mg/L、44.62mg/L时，实验搭建的植物污水深度处理系统对污染物的平均去除率分别为：57.01%、74.78%、79.45%、82.91%、76.22%、69.76%，出水水质达GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》中工艺与产品用水水质标准，可实现污水的深度处理。

3 结论

在搭建的污水植物深度处理实验系统上，开展了系列的实验研究。得出了如下几方面结论：

(1)污水植物处理系统可有效深度处理天然气净化厂生化装置出口污水，深度处理后污水可用作工艺流程的补给水，为净化厂实现污水零排放提供一条备选的技术路线。

(2)实验表明，当进口日平均水量为4.2m3/d，水质中COD、悬浮物、BOD5、氨氮、总磷、总氮的平均指标分别为：67.18 mg/L、34.33 mg/L、55.82 mg/L、39.08 mg/L、0.66 mg/L、44.62 mg/L时，经实验系统平均处理4日后，水中污染物的平均去除率分别可达：57.01%、74.78%、79.45%、82.91%、76.22%、69.76%，出水水质达GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》中工艺与产品用水水质标准，可实现污水的深度处理；实验的平均水力负荷约0.1 m3/(m2·d)，该技术占地面积大，适合在有足够可利用场地的工厂开展相关应用。

(3)实验中，当进口水质中BOD5、氨氮分别高于90mg/L、70mg/L时，污水植物处理系统达到其处理能力限值，难以发挥其深度净水功效，表明植物深度处理技术对污水水质有严格要求，仅适合处理低浓度有机废水。

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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

净化厂污水生化处理装置出水植物深度处理技术，课题号:20150311-06。

2017-09-13； 2017-10-11修回

张镨(1986-)，男，工程师，从事天然气及场站污水处理工艺研究工作。E-mail：zhang_pu@petrochina.com.cn