地下水源生產(chǎn)廢水處理技術(shù)研究及工程實(shí)踐

李巖 劉睿誠(chéng) 狄茂 王教良 林曉蘭

大慶油田水務(wù)公司

一直以來，凈水廠生產(chǎn)廢水回用是水務(wù)行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一[1]。凈水廠生產(chǎn)廢水的直接排放不僅會(huì)造成收納水體的嚴(yán)重污染，而且會(huì)浪費(fèi)大量水資源[2]，科學(xué)高效的節(jié)水管理與充分開發(fā)廢水回收利用是解決水資源危機(jī)的有效途徑[3]。當(dāng)前我國(guó)大部分城市凈水廠生產(chǎn)廢水并未經(jīng)有效處理，便直接排放到水體中或市政排水管網(wǎng)。如果排放到市政污水管網(wǎng)中，占主要物理成分的泥水會(huì)破壞城市污水處理廠微生物生化性，并且會(huì)導(dǎo)致污水管道阻塞；如果排放到水體中，泥水中的化學(xué)藥劑則會(huì)影響水體中的生態(tài)平衡，因此給水廠生產(chǎn)廢水的處理問題亟待解決[4]。從城市給水廠生產(chǎn)廢水回用入手，增加回用處理工藝，進(jìn)行生產(chǎn)廢水處理及安全回用技術(shù)研究[5]。對(duì)生產(chǎn)廢水深度處理工藝開展研究，既有利于工藝的優(yōu)化運(yùn)行，又有利于水資源的可持續(xù)性利用和環(huán)境保護(hù)[6]。

1 基本情況

北方城市某水源投產(chǎn)于1974 年，共有深井31口，過濾罐22 座。2014 年增建了深度處理工藝，采用臭氧生物活性炭+超濾工藝。超濾技術(shù)主要采用無機(jī)膜和有機(jī)膜兩種過濾工藝[7]，工程設(shè)計(jì)采用有機(jī)膜過濾工藝。設(shè)計(jì)處理能力5×104m3/d。水源現(xiàn)平均每天供深度水3.5×104m3、常規(guī)水1.3×104m3，是南部油田生產(chǎn)、生活用水重要的保障單位。

按照來源分類，水源產(chǎn)生的的廢水共五種，分別是濾罐反沖洗廢水、活性炭池反沖洗廢水、超濾膜系統(tǒng)的物理清洗廢水、超濾膜化學(xué)清洗廢水，以及車間、食堂產(chǎn)生的生活污水。各種廢水的水量、水質(zhì)特點(diǎn)如表1 所示。

表1 水源生產(chǎn)廢水基本情況調(diào)查Tab.1 Survey on basic conditions of wastewater produced from water source

根據(jù)上述調(diào)查的數(shù)據(jù)分析，水源廢水中超濾膜物理清洗廢水占比大，水質(zhì)最優(yōu)；生活污水產(chǎn)量最小，水質(zhì)最差。如果把所有的廢水混合后再處理，勢(shì)必會(huì)增加水處理的難度和建設(shè)投資[8]。生產(chǎn)廢水回用的重中之重是合理控制生產(chǎn)廢水的回流比例[9]，合理控制生產(chǎn)廢水的回用比，使污染物質(zhì)通過回用的方式仍然可以得到去除，該方法是進(jìn)一步擴(kuò)大使用范圍的有效途徑[10]。根據(jù)廢水的產(chǎn)量、水質(zhì)特點(diǎn)以及產(chǎn)生的方式，采取不同的處理和回收措施，實(shí)現(xiàn)可回收盡回收。

經(jīng)對(duì)比超濾膜物理清洗廢水水質(zhì)可以達(dá)到地下水常規(guī)處理工藝原水水質(zhì)要求，這部分水可以收集后連續(xù)進(jìn)入濾罐進(jìn)水管線，作為深井來水處理，達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。回收罐底部濃泥水不能滿足過濾罐處理工藝原水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)要求，不可回收。活性炭過濾池反沖洗廢水中，含有大量的微生物、無機(jī)顆粒、有機(jī)物等雜質(zhì)，容易堵塞濾料不可回收。水源超濾膜裝置化學(xué)清洗廢水中含有殘留的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液，不能滿足地下水常規(guī)處理工藝用水、生活飲用水深度處理工藝用水的水質(zhì)要求，不可回收。可以將這三部分廢水進(jìn)行收集，與生活污水混合后，就近輸送至污水處理廠進(jìn)行處理。

2 零排放技術(shù)改革方案論證

為了驗(yàn)證上述方案的可行性、可靠性，依托水源的現(xiàn)有工藝、實(shí)驗(yàn)條件重點(diǎn)開展了廢水處理技術(shù)工藝試驗(yàn)，工藝流程如圖1 所示。

圖1 廢水處理技術(shù)工藝流程Fig.1 Wastewater treatment technology process flow

2.1 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照體積比1∶25 模擬回收水與實(shí)際進(jìn)水比例混合，化驗(yàn)評(píng)價(jià)混合后的水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)波動(dòng)極小，原水水質(zhì)特性基本保持不變（表2），對(duì)濾罐運(yùn)行無影響。

2.2 混合水水質(zhì)情況

為確保方案的可靠性，組織此部分試驗(yàn)。將超濾膜物理清洗水與深井原水混合后進(jìn)入試驗(yàn)濾柱（表3）。控制以1∶25 的比例模擬實(shí)際比例混合，化驗(yàn)后評(píng)價(jià)濾柱出水水質(zhì)（表4）。結(jié)果表明濾后水鐵錳等關(guān)鍵水質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于未回收時(shí)的指標(biāo)。分析其原因?yàn)榛厥账募尤胂♂屃嗽械蔫F錳含量，降低了濾罐的水質(zhì)負(fù)荷（圖2～圖5）。

圖2 混合后進(jìn)出水濁度對(duì)比曲線Fig.2 Comparison curve of inlet and outlet water turbidity after mixing

圖3 混合后進(jìn)出水錳含量對(duì)比曲線Fig.3 Comparison curve of manganese content in inlet and outlet water after mixing

圖4 混合后進(jìn)出水鐵含量對(duì)比曲線Fig.4 Comparison curve of iron content in inlet and outlet water after mixing

圖5 混合后進(jìn)出水高錳酸鹽指數(shù)對(duì)比曲線Fig.5 Comparison curve of permanganate index in inlet and outlet water after mixing

表3 深井原水進(jìn)入試驗(yàn)濾柱后出水清水水質(zhì)數(shù)據(jù)Tab.3 Water quality data of the effluent after deep well raw water enters the test filter column

表4 模擬1∶25 比例混合水進(jìn)入試驗(yàn)濾柱后出水清水水質(zhì)數(shù)據(jù)Tab.4 Water quality data of the effluent after the simulated mixed water with 1∶25 ratio enters the test filter column

2.3 生產(chǎn)廢水生活污水處理

沉降罐底部的濃泥水、超濾化學(xué)清洗廢水、活性炭反洗水以及小部分生活污水，這些水混合后水質(zhì)仍然達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，因含SS（懸浮物）較高、鐵錳含量以及色度都較高，如達(dá)標(biāo)排放建設(shè)運(yùn)行成本較大。可考慮距離水源1.2 km 處的一座市政污水處理廠，日處理能力5×104m3，這部分廢水日產(chǎn)出總量最高500 m3，進(jìn)入污水廠處理對(duì)原水的水質(zhì)影響不大，就近污水廠集中處理可實(shí)現(xiàn)真正的零排放綠色生產(chǎn)。將混合水與市政污水來水按照實(shí)際體積比例1∶100 混合，水質(zhì)對(duì)比如表5 所示。

表5 混合水與市政污水比例混合水質(zhì)數(shù)據(jù)Tab.5 Water quality data of mixed water and municipal wastewater after proportional mixing

在實(shí)際混合比例范圍內(nèi)，混合后的水質(zhì)變化很小，對(duì)水溫的影響基本不顯現(xiàn)（表5 和圖6）。尤其是對(duì)溫度指標(biāo)，冬季沒有拉低整體進(jìn)水溫度，證明收納這部分廢水對(duì)污水廠的生物處理池不會(huì)造成沖擊。因此，經(jīng)過與污水廠對(duì)接后管理單位同意接收該部分廢水，夏季對(duì)來水的總氮含量也有稀釋作用，對(duì)污水廠水處理達(dá)標(biāo)起到積極作用。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用

為徹底解決水源生產(chǎn)和生活污水合法、合規(guī)排放，根據(jù)水源生產(chǎn)工藝廢水實(shí)現(xiàn)零排放技術(shù)可行性研究成果，自2021 年4 月份組織實(shí)施了水源生產(chǎn)生活廢水排放、回收工藝改造工程。并于6 月底完成施工，7 月份正式投入運(yùn)行。

該工程新建了一座污水收集池，安裝3 臺(tái)潛水排污泵，1 條從污水收集池到附近污水處理廠的外排管線，總投資400 萬元。通過改造利用原有的深度水工藝污水收集池，2 臺(tái)污水提升泵以及部分排污管線，另新建1 條從污水收集池到常規(guī)工藝除鐵間的地下水深井原水工藝管線，實(shí)現(xiàn)將超濾膜裝置物理清洗廢水回收利用。

3 經(jīng)濟(jì)效益

工藝改造后地下水源超濾膜物理清洗廢水全部可回收利用，大幅提高了水資源的利用率，有效保護(hù)了西干渠水域的水質(zhì)。2021 年7 月至2022 年12月累計(jì)回收廢水95×104m3。按照地下水水源費(fèi)0.455 元/m3計(jì)算，節(jié)約地下水水資源成本費(fèi)用43 萬元，回收的物理清洗水本身是超濾處理后的優(yōu)質(zhì)水按每立方米成本2.05 元核算，可節(jié)約制水成本195 萬元。按照深井取水過程中地下水水資源成本和取水用電成本0.635 元/m3核算，可降低生產(chǎn)運(yùn)行成本60 萬元，總計(jì)節(jié)約制水成本約200 萬元。同時(shí)，社會(huì)效益顯著，年減少向環(huán)境水體排放混合污水100×104m3。該項(xiàng)目無廢水處理構(gòu)筑物建設(shè)內(nèi)容，節(jié)約基本建設(shè)投資約1 000 萬元。

4 結(jié)束語

依據(jù)凈水廠原水和各工段排水水質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合水廠實(shí)際運(yùn)行情況，在保證凈水廠運(yùn)行穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，提出了超濾物理清洗水與深井原水混合回用，沉降罐底部的濃泥水以及超濾化學(xué)清洗廢水、活性炭反洗水以及小部分生活污水就近至污水廠集中處理，實(shí)現(xiàn)了凈水廠生產(chǎn)廢水再回用和真正的零排放綠色生產(chǎn)，顯著提高了水資源的利用率，實(shí)現(xiàn)了凈水廠運(yùn)行的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益三者的有機(jī)統(tǒng)一。

通過工程實(shí)踐證明因地制宜回收和集中處理相結(jié)合的方法，對(duì)節(jié)約寶貴的水資源、保護(hù)水環(huán)境意義重大，實(shí)現(xiàn)了安全綠色生產(chǎn)，保證了油田生產(chǎn)建設(shè)的供水需求。