李开红，聂春梅，方新湘，于 娟
（中石油克拉玛依石化有限责任公司炼油化工研究院，新疆 克拉玛依 834000）
随着劣质稠油加工比重的增加，某公司上游装置所排污水污染负荷大幅度提高，难降解有机物增加，污水处理场生化处理单元的正常运行受到高盐、高COD、高硫化物的冲击，影响了生化系统的处理效果，同时出水不稳定对污水深度处理装置的正常运行增加了困难［1～3］。根据污水水质变化情况，在净化过程中经常会投加不同种类的水处理药剂，以满足处理工艺、水质特点和提高处理效果等需要［4，5］。该公司水处理成本构成中药剂成本占污水处理直接运行成本的25%，因而根据现场污水处理工艺组合、水质状况等运行参数，定期进行各类药剂评价和优化筛选，有利于发挥设备性能和优化工艺路线，确保各类净水剂的投加合理化、精准化、效益化［6～8］。
某公司工业水车间600 m3/h污水处理装置1浮、2浮运行效果不好，多次出现气浮出水水质浑浊、COD超标等问题。受上游来水冲击，1浮、2浮混凝剂加药浓度从参考加入量20～80 mg/L提高至220～260 mg/L，合计加入量为440～520 mg/L，远超设计指标。基于此，文中对气浮工艺水质进行除浊度、除COD效果评价，并在此基础上，优化评选出较佳的药剂添加量。
1.1 试验原料
试验原料：工业水车间600 m3/h污水处理装置提供隔油池出水、1浮出水和2浮出水，其水质分析与产水指标见表1。
由表1可知，隔油池出水水质浑浊，浊度可达271 NTU，COD为1 164 mg/L；
1浮出水悬浮物明显偏高，浊度可达939 NTU，出水COD与隔油池出水接近，水中颗粒有絮凝沉降性，推测可能原因为浮渣未及时刮出或颗粒沉降时间较长未及时浮出；
2浮出水较隔油池清澈，COD为983 mg/L（超出指标范围），浊度为249 NTU。原料中氨氮、石油类含量小，满足出水指标，因而后续絮凝评价中主要参考COD和浊度分析。
表1 试验原料水质分析与产水指标
试验药剂：PAFC、PAC、APAM、CPAM由工业水车间现场提供；
净水剂（PAFT），絮凝剂（HPAM），除油剂（OPL和OPV）由K公司提供。
1.2 试验设备及仪器
HH-6A六联同步电动搅拌器，常州中捷实验仪器制造有限公司；
BSA224S-CW电子天平，赛多利斯科学仪器有限公司；
CR4200型加热消解器，WTW。
试验试剂：COD预制试剂14540（德国WTW）；
2100N型实验室浊度仪，美国哈希公司（HACH）。
1.3 工艺流程简介
600 m3/h污水处理装置的原料为公司的工业废水和部分生活污水，厂废水中污染物的种类很多，且水质、水量波动幅度较大，首先通过设置调节罐、调节池均衡调节污水的水质、水量、水温的变化，减轻高污染废水对生物处理单元的冲击，然后进入隔油池，利用油、水密度差进行沉降分离。含油污水经过2级气浮，借助混凝剂和助凝剂后，使污染物更易于下沉或上浮而被去除。
脱油除渣后的气浮水进入A/O生化工艺，去除BOD、COD，同时还可去除氨氮、酚、硫化物等污染物。生化出水经过2沉池沉淀后提升至好气滤池或直流入3浮处理，好气滤池集过滤、生化为一体，经过滤的出水指标能够保证达到国家2级标准，该工艺流程出水可直接作为绿化水或深度污水处理装置的原料水，见图1。
图1 600 m3/h污水处理流程
1.4 试验方法
取烧杯若干，分别加入1 000 mL水样，并排放在搅拌桨的下方，使搅拌桨偏离烧杯中心，记录试验开始时水样的温度。启动多联搅拌器，在转速120 r/min下快速搅拌10 min后，按预定的次序将每种配置好的絮凝剂添加液快速倾入每个烧杯中。加完所有溶液或悬浮液后，快速搅拌1 min。记录快速搅拌的转迷和时间。低转速到40 r/min慢速搅拌20 min，记录首次观察到絮团形成的时间。转速的选择要保证在整个慢速搅拌时间内，絮团能均匀悬浮，并不致使已经形成的絮团破碎。絮团沉降时间：慢速搅拌之后，移去搅拌桨，记录絮团相对尺寸和大部分絮团沉降到烧杯底所需要的时间。絮团沉积层：静置沉降20 min后，记录在烧杯底的絮团沉积层的厚度和外观。最后用吸管从烧杯中水样深度50%处移取足够体积的上层清液，进行COD及浊度分析。
2.1 隔油池出水评价
2.1.1 单一药剂评价PAFC和PAC都是无机高分子混凝剂，水解形成Fe（nOH）mx+、Al（nOH）mx+胶体，而此类胶体通过絮凝作用使难降解的大分子有机物形成絮体，对水中胶体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用，增强了生物吸附和网捕作用，从而去除污水中的污染物，达到净化水的目的［9～11］。
综合考虑沉积物量、COD、浊度等指标因素，针对隔油池出水，在同等混凝剂浓度下，污水沉降时间接近，PAFC的COD去除率略好于PAC，但浊度去除率低于PAC。PAM由于其分子链中含有一定数量的极性基团，它能通过吸附水中悬浮的固体粒子，使粒子间架桥或通过电荷中和使粒子凝聚形成大的絮凝物，故可加速悬浮液中粒子的沉降，有非常明显的加快污水体系澄清，促进过滤等效果［12，13］。
总体看，单一絮凝剂对污水处理效果并不理想，污水处理后的COD和浊度值较高，见表2。
表2 隔油池单剂效果评价
2.1.2 复配药剂评价单一絮凝剂对污水处理效果不佳，故将PAFC、PAC分别和APAM进行复配考察其絮凝效果。200 mg/L的PAFC+1 mg/L的APAM与200 mg/L的PAC+0.5 mg/L的APAM的效果相近，沉积物体积均小于100 mL，COD去除率分别为11.4%、12.4%，浊度去除率分别为84.7%、86.1%，但后者的沉降速度最快，见表3。综合评价结果，针对隔油池出水的气浮药剂方案可选择200 mg/L的PAC+0.5 mg/L的APAM，出水COD低于1浮运行结果（1 169 mg/L），出水浊度低且泥渣量较少。
表3 混凝剂和絮凝剂的复配效果评价
经调研得知，K公司提供的净水剂与现有PAFC絮凝效果相似，絮凝剂与现有APAM成分相似，除油剂主要是去除污水中以水包油形式存在的油类物质，几种药剂的评选结果见表4。
表4 K公司水处理剂絮凝效果评价
针对隔油池出水的气浮加药方案，可以优选200 mg/L的PAFT+3 mg/L的HPAM+30 mg/L的OPL，出水COD去除率约40%，浊度去除率约85%，且沉降的泥渣量较少；
其次可选300 mg/L的PAFT+1 mg/L的HPAM，出水COD去除率也是40%，但浊度去除率略低，为75%，沉降的泥渣量稍多。2者上清液COD均优于现有2浮出水指标及出水实际情况。
2.2 1浮出水评价
2.2.1 不同浓度单一药剂考察从工艺流程可知，1浮出水即为2浮进水，为了考察2浮的药剂添加浓度和运行情况，接着考察了PAFC、PAC、阴离子PAM和阳离子PAM的絮凝沉降效果。不同浓度单一药剂对2浮处理效果的评价见表5。
从表5可知，随着PAFC的浓度增加，沉降后上清液的浊度逐渐降低，浓度为20～50 mg/L时，沉降时间逐渐缩短，沉积物量呈降低趋势，浓度为50～100 mg/L时，沉降时间基本一致，沉积物量呈增加趋势。PAFC浓度在20～100 mg/L时，2浮水质COD去除率变化不大，维持在24%左右，但浊度去除率随浓度的增大而增大。PAC浓度为100 mg/L时，COD和浊度均较浓度50 mg/L时低，虽沉降性能基本一致，但沉积物量明显增加，上清液有微量油花。当药剂浓度为100 mg/L时，PAC的浊度去除率高于PAFC；
当絮凝剂的浓度为1 mg/L时，加入阴离子PAM的效果优于阳离子PAM，但是当阳离子PAM浓度为3 mg/L时，上清液浊度最低，可从939NTU降为44.1NTU。
表5 不同浓度单一药剂对2浮处理效果的评价
总体看，1浮出水中单独添加PAFC与PAC时，浊度去除率低，沉降时间长，单独添加阴、阳离子PAM时，沉降时间大大缩短，浊度去除率高，但COD去除率略低。
复配药剂对2浮处理效果的评价见表6。由表6可知，从APAM、CPAM分别与PAFC复配效果来看，100 mg/L的PAFC+1 mg/L的APAM的效果最好，沉降时间仅为1 min，沉降后上清液的浊度去除率为30%，COD去除率为87.4%。从APAM、CPAM分别与PAC复配效果来看，50 mg/L的PAC+1 mg/L的APAM沉降后上清液的浊度去除率较高，但COD去除率不佳；
100 mg/L的PAC+1 mg/L的APAM沉降后上清液的COD去除率较好，但浊度去除率欠佳。综合上述结果，在现有1浮的加药方案应选择：100 mg/L的PAFC+1 mg/L的APAM。
表6 复配药剂对2浮处理效果的评价
2.3 实验数据汇总
药剂用量与处理效果的条件见表7。由表7可见，与现有的处理条件相比，配方2、3均有较好的气浮效果，且用量低于现有配方用量，浊度去除率在85%以上，且出水COD满足指标要求，可为后续的A/O生化系统提供有力保障。配方1和配方4可以作为备选，为车间优化药剂方案提供参考。
表7 优化配方汇总
（1）针对隔油池出水的现有气浮药剂评选，配方1（200 mg/L PAC+0.5 mg/L APAM）实验效果较好，出水浊度去除率高达96%，污染物颗粒沉降速度快，且泥渣量较少。
（2）针对1浮出水，考虑到系统一致性，可采用配方3（100 mg/L的PAFC+1 mg/L的APAM），沉降时间仅为1 min，沉降后上清液的浊度去除率为87.4%，COD去除率为30%。如果隔油池出水采用药剂PAC，可采用配方4（50 mg/L的PAC+1 mg/L的APAM），沉降后上清液的浊度为166 NTU，COD去除率为82.3%。
（3）利用K公司药剂得到的配方2（200 mg/L的PAFT+3 mg/L的HPAM+30 mg/L的OPL），产生沉积物量最少，絮凝效果最为明显。
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