臭氧＋BAF工藝在石化廢水深度處理中的應用實例

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）是經國務院批準、由中法合資建設的大型中外合資石化企業。其初建規模500×104t／年，總投資10.13×108美元，占地面積2.5km2。

WEPEC原污水處理廠設計能力為650m3／h，所采用的工藝流程為沉砂→調節→隔油→一級浮選→二級浮選→活性污泥法→沉淀→砂濾，出水達到沿海城市國家二級排放標準，排入大海。為響應國家對石化企業節能減排的號召，決定對部分污水（350m3／h）進行三級處理并回用作公司循環水場冷卻水。經過多方技術研討及中試試驗，最后選定大連善水德水務工程有限責任公司專有的“臭氧＋BAF”即化學預氧化與生化相結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計進、出水水質見表1，其工藝流程見圖1。

表1 WEPEC 350m3／h污水深度處理項目設計進、出水水質

圖1 WEPEC 350m3／h污水深度處理項目工藝流程

2 主要構筑物和設備參數

2.1 集水池

集水池為鋼筋混凝土結構，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

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。設置絮凝劑、助凝劑加藥系統各一套。

2.3 臭氧反應單元

臭氧反應單元包括臭氧制備系統1套，臭氧接觸反應池1座。其中臭氧發生器選用瑞士ozonia，最大臭氧產量為4.6kg／h。臭氧接觸反應池為鋼筋混凝土結構，地下式，尺寸為20m×7m×6m，有效容積770m3設計成兩級，每級均設有不同數量的微孔曝氣盤。整個臭氧單元總耗能約為101kW·h。

2.4 BAF系統

BAF系統根據廠地，設計成兩級，每級4座BAF池并聯。單座BAF池為鋼筋混泥土結構，半地上，尺寸為7.6m×7.6m×7.5m，有效容積為404m3。每座BAF池內均設有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設計。BAF系統采用鼓風曝氣方式，每級配備鼓風機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。反沖洗風機2臺（1用1備），Q＝29m3／min，H＝8m，N＝75kW。BAF系統設計排空泵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構，全地下，尺寸為12m×12m×4m，有效容積504m3。過濾提升泵規格參數為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－氣水聯合－單獨水洗的方式來定期進行反沖洗，廠內工業風為反洗風，反沖洗水泵Q＝360m3／h，H＝16m，N＝22kW。

2.6 消毒單元

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

3 調試與運行

3.1 工程調試

WEPEC 350m3／h污水深度處理項目于2009年6月底竣工，隨后，進入生產調試階段。該項目調試重點為臭氧＋BAF單元。針對臭氧、BAF單元的特點，將調試工作劃分為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單元反沖洗參數確定。

BAF單元生物膜的培養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池體設計水深。混合廢水由適量的大糞水、甲醇、砂濾出水勾兌而成。由于大糞水（細菌碳源、微量元素的提供者）中含有的雜質較多，因此須經粗濾之后由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，通過COD、氨氮指標的去除率判定BAF池內微生物生長情況。20d左右，BAF濾料表面就形成了生物膜。通過生物相鏡檢，發現鐘蟲、盾纖蟲、裂口蟲、玫瑰輪蟲等多種原生、后生動物，表明生物膜已經成熟。在生物掛膜期間，要每日定時記錄pH值、DO儀表讀數，以便于判斷生化過程所處階段并且能夠及時調整工藝參數。另外在生物掛膜階段，盡可能不沖洗BAF系統。如果BAF池內出現氣量分配不均的現象，則可以適當反沖洗。但是反沖洗的強度要控制得當。

在生物掛膜前期，由于整個系統處于較高的負荷，因此微生物處于對數增長期。隨著微生物大量繁衍、增殖，營養物質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，微生物活體數達到最高水平，但整個生化系統逐漸趨與穩定。當濾料上的微生物系統處于這個階段，就意味著掛膜工作基本結束了。

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，在第一階段的基礎上，逐步提高臭氧氧化出水的比例直至系統對有機物的降解效果達到最佳。在馴化工作的第一階段，根據BAF濾料生物相鏡檢結果，BAF系統進出水COD指標的去除率，確定臭氧的投加量，此階段臭氧＋BAF系統的進水量為設計水量的1／3。經過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。在此基礎上，按照20%的比例分階段逐步提高臭氧＋BAF系統的進水量直至系統滿負荷運行。

臭氧＋BAF系統微生物培養馴化工作結束后，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合考慮：一是BAF出水的懸浮物指標；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過20d左右的試運行，確定BAF系統反沖洗周期為4d，反沖洗氣沖強度為10L／s·m2，歷時5min，氣水聯合反沖洗歷時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，正式交付生產使用。經環保部門檢測，各項指標達到且優于初級再生水用于循環水補水的水質控制指標。經過近10個月的連續運行，目前整個系統運行穩定，各項參數正常。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備折舊費用0.65元／t（設備折舊按照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，每年可直接節省費用238萬元左右，給建設方帶來了顯著的經濟效益同時由于本項目被評為遼寧省優質環保項目，也給建設方帶來了良好的社會效益。

4 結語

（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、失穩的小分子物質，從而被后續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應用于石化廢水深度處理中是可行的，對石化企業節能減排工作具有推進作用。

（2）臭氧與BAF系統不是兩個孤立的單元，是相互依存的統一體。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物，不同的氧化產物會產生不同的適宜菌群，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。因此在工程設計中，臭氧＋BAF單元應該統一考慮。

（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－臭氧及其應用指南［M］.北京：中國建筑工業出版社，2004.

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