臭氧＋BAF工藝在石化廢水深度處理中的應(yīng)用實例

舒作舟

（中石化長嶺分公司，湖南 岳陽 414012）

1 引言

大連西太平洋石油化工有限公司（簡稱WEPEC）是經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)、由中法合資建設(shè)的大型中外合資石化企業(yè)。其初建規(guī)模500×104t／年，總投資10.13×108美元，占地面積2.5km2。

WEPEC原污水處理廠設(shè)計能力為650m3／h，所采用的工藝流程為沉砂→調(diào)節(jié)→隔油→一級浮選→二級浮選→活性污泥法→沉淀→砂濾，出水達(dá)到沿海城市國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)，排入大海。為響應(yīng)國家對石化企業(yè)節(jié)能減排的號召，決定對部分污水（350m3／h）進行三級處理并回用作公司循環(huán)水場冷卻水。經(jīng)過多方技術(shù)研討及中試試驗，最后選定大連善水德水務(wù)工程有限責(zé)任公司專有的“臭氧＋BAF”即化學(xué)預(yù)氧化與生化相結(jié)合的工藝作為深度處理項目的主體工藝。WEPEC 350m3／h污水深度處理項目設(shè)計進、出水水質(zhì)見表1，其工藝流程見圖1。

表1 WEPEC 350m3／h污水深度處理項目設(shè)計進、出水水質(zhì)

圖1 WEPEC 350m3／h污水深度處理項目工藝流程

2 主要構(gòu)筑物和設(shè)備參數(shù)

2.1 集水池

集水池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地下式，尺寸為16m×12m×4m，有效容積672m3，HRT 2h。提升水泵2臺（1用1備），Q＝360m3／h，H＝16m，N＝22kW。

2.2 氣浮系統(tǒng)

高效溶氣氣浮機2臺，單臺額定處理量為180m3／h。包括溶氣泵2臺，N＝18.5kW，刮渣機2套，N＝1.1kW，絮凝攪拌機4臺，N＝0.55kW。設(shè)置絮凝劑、助凝劑加藥系統(tǒng)各一套。

2.3 臭氧反應(yīng)單元

臭氧反應(yīng)單元包括臭氧制備系統(tǒng)1套，臭氧接觸反應(yīng)池1座。其中臭氧發(fā)生器選用瑞士ozonia，最大臭氧產(chǎn)量為4.6kg／h。臭氧接觸反應(yīng)池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地下式，尺寸為20m×7m×6m，有效容積770m3設(shè)計成兩級，每級均設(shè)有不同數(shù)量的微孔曝氣盤。整個臭氧單元總耗能約為101kW·h。

2.4 BAF系統(tǒng)

BAF系統(tǒng)根據(jù)廠地，設(shè)計成兩級，每級4座BAF池并聯(lián)。單座BAF池為鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)，半地上，尺寸為7.6m×7.6m×7.5m，有效容積為404m3。每座BAF池內(nèi)均設(shè)有49塊濾板，采用長柄濾頭配水，反沖洗（水）則按照大阻力配水系統(tǒng)設(shè)計。BAF系統(tǒng)采用鼓風(fēng)曝氣方式，每級配備鼓風(fēng)機3臺，2用1備，Q＝8.85m3／min，H＝7m，N＝18.5kW。曝氣器采用單孔膜空氣擴散器，安裝密度為36～49個／m2。

BAF單元采用單獨氣洗－氣水聯(lián)合－單獨水洗的方式來定期進行反沖洗，其中反沖洗水泵3臺（2用1備），Q＝480m3／h，H＝16m，N＝30kW。反沖洗風(fēng)機2臺（1用1備），Q＝29m3／min，H＝8m，N＝75kW。BAF系統(tǒng)設(shè)計排空泵1臺，Q＝100m3／h，H＝146m，N＝5.5kW，用于池體放空檢修。

2.5 過濾單元

過濾單元包括中間水池1座，過濾提升泵2臺（1用1備），反沖洗水泵兼做循環(huán)水補水泵2臺（1用1備），高效纖維束過濾裝置3臺（2用1備）。

中間水池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，全地下，尺寸為12m×12m×4m，有效容積504m3。過濾提升泵規(guī)格參數(shù)為Q＝360m3／h，H＝16m，N＝22kW。高效纖維束過濾器單臺處理量為180m3／h，旋翼式纖維過濾料，采用單獨氣洗－氣水聯(lián)合－單獨水洗的方式來定期進行反沖洗，廠內(nèi)工業(yè)風(fēng)為反洗風(fēng)，反沖洗水泵Q＝360m3／h，H＝16m，N＝22kW。

2.6 消毒單元

清水池1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，全地下，尺寸為12m×12m×4m，有效容積504m3。二氧化氯發(fā)生裝置1套，采用德國普羅名特產(chǎn)品，利用鹽酸和亞氯酸鈉反應(yīng)來制備二氧化氯，其發(fā)生量為1.8kg／h有效氯。

3 調(diào)試與運行

3.1 工程調(diào)試

WEPEC 350m3／h污水深度處理項目于2009年6月底竣工，隨后，進入生產(chǎn)調(diào)試階段。該項目調(diào)試重點為臭氧＋BAF單元。針對臭氧、BAF單元的特點，將調(diào)試工作劃分為3部分進行：BAF單元生物掛膜、臭氧單元投加量確定與BAF單元生物膜馴化、BAF單元反沖洗參數(shù)確定。

BAF單元生物膜的培養(yǎng)采用接種污泥掛膜法，接種污泥取自二沉池的剩余污泥。每座池體接種污泥的數(shù)量約為單池有效容積的10%，污泥接種完畢后注入混合廢水至BAF池體設(shè)計水深?；旌蠌U水由適量的大糞水、甲醇、砂濾出水勾兌而成。由于大糞水（細(xì)菌碳源、微量元素的提供者）中含有的雜質(zhì)較多，因此須經(jīng)粗濾之后由BAF池上部加入，而砂濾出水可由BAF池底部配水區(qū)進入。投加甲醇，控制F／M＝5～10，開始悶曝掛膜啟動。掛膜初期，每天排出1／3的上清液，補充新鮮的混合廢水（碳源量要保持不變），同時檢測上清液的COD、氨氮指標(biāo)，通過COD、氨氮指標(biāo)的去除率判定BAF池內(nèi)微生物生長情況。20d左右，BAF濾料表面就形成了生物膜。通過生物相鏡檢，發(fā)現(xiàn)鐘蟲、盾纖蟲、裂口蟲、玫瑰輪蟲等多種原生、后生動物，表明生物膜已經(jīng)成熟。在生物掛膜期間，要每日定時記錄pH值、DO儀表讀數(shù)，以便于判斷生化過程所處階段并且能夠及時調(diào)整工藝參數(shù)。另外在生物掛膜階段，盡可能不沖洗BAF系統(tǒng)。如果BAF池內(nèi)出現(xiàn)氣量分配不均的現(xiàn)象，則可以適當(dāng)反沖洗。但是反沖洗的強度要控制得當(dāng)。

在生物掛膜前期，由于整個系統(tǒng)處于較高的負(fù)荷，因此微生物處于對數(shù)增長期。隨著微生物大量繁衍、增殖，營養(yǎng)物質(zhì)逐步成為微生物增殖的控制因素，微生物增殖速度減慢，增殖速度幾乎和衰亡速度相等，微生物活體數(shù)達(dá)到最高水平，但整個生化系統(tǒng)逐漸趨與穩(wěn)定。當(dāng)濾料上的微生物系統(tǒng)處于這個階段，就意味著掛膜工作基本結(jié)束了。

在BAF濾料掛膜成功后，開始啟動生物馴化工作。馴化水為經(jīng)過臭氧氧化的原水。馴化工作分為兩個階段：第一階段，確定合適的臭氧投加量；第二階段，在第一階段的基礎(chǔ)上，逐步提高臭氧氧化出水的比例直至系統(tǒng)對有機物的降解效果達(dá)到最佳。在馴化工作的第一階段，根據(jù)BAF濾料生物相鏡檢結(jié)果，BAF系統(tǒng)進出水COD指標(biāo)的去除率，確定臭氧的投加量，此階段臭氧＋BAF系統(tǒng)的進水量為設(shè)計水量的1／3。經(jīng)過20d左右，可以確定針對WEPEC砂濾出水，臭氧最佳投加量為12～15mg／L。在此基礎(chǔ)上，按照20%的比例分階段逐步提高臭氧＋BAF系統(tǒng)的進水量直至系統(tǒng)滿負(fù)荷運行。

臭氧＋BAF系統(tǒng)微生物培養(yǎng)馴化工作結(jié)束后，就可以通過試運行來摸索BAF單元反沖洗周期，BAF單元反洗強度（反沖洗水、反沖洗氣）。BAF單元反沖洗周期的確定要從兩方面結(jié)合考慮：一是BAF出水的懸浮物指標(biāo)；二是脫落生物膜的生物相鏡檢。WEPEC 350m3／h污水深度處理項目經(jīng)過20d左右的試運行，確定BAF系統(tǒng)反沖洗周期為4d，反沖洗氣沖強度為10L／s·m2，歷時5min，氣水聯(lián)合反沖洗歷時8min，反沖洗水沖強度為6L／s·m2，歷時15min。

3.2 工程運行情況

WEPEC 350m3／h污水深度處理裝置試運行一個月后，正式交付生產(chǎn)使用。經(jīng)環(huán)保部門檢測，各項指標(biāo)達(dá)到且優(yōu)于初級再生水用于循環(huán)水補水的水質(zhì)控制指標(biāo)。經(jīng)過近10個月的連續(xù)運行，目前整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項參數(shù)正常。WEPEC 350m3／h污水深度處理裝置2009年10月～2010年6月主要單元的處理效果見表2。

表2 2009年10月～2010年6月深度處理裝置主要單元處理效果

3.3 投資與運行費用

WEPEC 350m3／h污水深度處理項目工程總投資4 200萬元，運行費用為1.49元／t。其中運行費用組成為設(shè)備折舊費用0.65元／t（設(shè)備折舊按照14年計算），電費0.48元／t，新鮮水0.23元／t，藥劑費0.09元／t，人工費0.04元／t。

WEPEC 350m3／h污水深度處理裝置未建成之前，WEPEC每日需要外購中水8400m3，中水價格2.3元／t。該項目投入使用后，每年可直接節(jié)省費用238萬元左右，給建設(shè)方帶來了顯著的經(jīng)濟效益同時由于本項目被評為遼寧省優(yōu)質(zhì)環(huán)保項目，也給建設(shè)方帶來了良好的社會效益。

4 結(jié)語

（1）可生化性低（BOD5／COD低于0.1）是本工程廢水的主要特點，也是處理的難點。采用臭氧工藝，通過臭氧及其自由基的強氧化作用，將水中不可降解的、難生化降解的溶解性有機物氧化成短鏈、失穩(wěn)的小分子物質(zhì)，從而被后續(xù)生化單元中的微生物攝取、分解代謝。通過本工程案例，說明臭氧＋BAF應(yīng)用于石化廢水深度處理中是可行的，對石化企業(yè)節(jié)能減排工作具有推進作用。

（2）臭氧與BAF系統(tǒng)不是兩個孤立的單元，是相互依存的統(tǒng)一體。針對廢水中殘存的有機物，投加不同量的臭氧，會得到不同的氧化產(chǎn)物，不同的氧化產(chǎn)物會產(chǎn)生不同的適宜菌群，而不同的菌種又有不同的世代時間，BAF容積負(fù)荷的選取和反沖洗周期恰恰是由這些菌種所決定的。因此在工程設(shè)計中，臭氧＋BAF單元應(yīng)該統(tǒng)一考慮。

（3）臭氧＋BAF單元進水懸浮物含量要盡可能的控制在較低的水平，以免影響臭氧單元氧化效率以及避免BAF單元因為懸浮物堵塞而被迫反沖洗。

（4）BAF單元用產(chǎn)水反沖洗，不能采用深度處理裝置最終出水反沖洗。因為最終出水經(jīng)二氧化氯消毒后，水中余氯含量大于0.1mg／L，而殘存的余氯將對BAF單元的微生物起到毒害作用。

［1］張自杰，林榮枕，金儒霖.排水工程［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［2］克里斯蒂安·戈特沙克.水和廢水臭氧氧化－臭氧及其應(yīng)用指南［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［3］鄭 俊，吳浩汀，程寒飛.曝氣生物濾池污水處理新技術(shù)及工程實例［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.