臭氧＋BAF工艺在石化废水深度处理中的应用实例

舒作舟

（中石化长岭分公司，湖南 岳阳 414012）

1 引言

大连西太平洋石油化工有限公司（简称WEPEC）是经国务院批准、由中法合资建设的大型中外合资石化企业。其初建规模500×104t／年，总投资10.13×108美元，占地面积2.5km2。

WEPEC原污水处理厂设计能力为650m3／h，所采用的工艺流程为沉砂→调节→隔油→一级浮选→二级浮选→活性污泥法→沉淀→砂滤，出水达到沿海城市国家二级排放标准，排入大海。为响应国家对石化企业节能减排的号召，决定对部分污水（350m3／h）进行三级处理并回用作公司循环水场冷却水。经过多方技术研讨及中试试验，最后选定大连善水德水务工程有限责任公司专有的“臭氧＋BAF”即化学预氧化与生化相结合的工艺作为深度处理项目的主体工艺。WEPEC 350m3／h污水深度处理项目设计进、出水水质见表1，其工艺流程见图1。

表1 WEPEC 350m3／h污水深度处理项目设计进、出水水质

图1 WEPEC 350m3／h污水深度处理项目工艺流程

2 主要构筑物和设备参数

2.1 集水池

集水池为钢筋混凝土结构，地下式，尺寸为16m×12m×4m，有效容积672m3，HRT 2h。提升水泵2台（1用1备），Q＝360m3／h，H＝16m，N＝22kW。

2.2 气浮系统

高效溶气气浮机2台，单台额定处理量为180m3／h。包括溶气泵2台，N＝18.5kW，刮渣机2套，N＝1.1kW，絮凝搅拌机4台，N＝0.55kW。设置絮凝剂、助凝剂加药系统各一套。

2.3 臭氧反应单元

臭氧反应单元包括臭氧制备系统1套，臭氧接触反应池1座。其中臭氧发生器选用瑞士ozonia，最大臭氧产量为4.6kg／h。臭氧接触反应池为钢筋混凝土结构，地下式，尺寸为20m×7m×6m，有效容积770m3设计成两级，每级均设有不同数量的微孔曝气盘。整个臭氧单元总耗能约为101kW·h。

2.4 BAF系统

BAF系统根据厂地，设计成两级，每级4座BAF池并联。单座BAF池为钢筋混泥土结构，半地上，尺寸为7.6m×7.6m×7.5m，有效容积为404m3。每座BAF池内均设有49块滤板，采用长柄滤头配水，反冲洗（水）则按照大阻力配水系统设计。BAF系统采用鼓风曝气方式，每级配备鼓风机3台，2用1备，Q＝8.85m3／min，H＝7m，N＝18.5kW。曝气器采用单孔膜空气扩散器，安装密度为36～49个／m2。

BAF单元采用单独气洗－气水联合－单独水洗的方式来定期进行反冲洗，其中反冲洗水泵3台（2用1备），Q＝480m3／h，H＝16m，N＝30kW。反冲洗风机2台（1用1备），Q＝29m3／min，H＝8m，N＝75kW。BAF系统设计排空泵1台，Q＝100m3／h，H＝146m，N＝5.5kW，用于池体放空检修。

2.5 过滤单元

过滤单元包括中间水池1座，过滤提升泵2台（1用1备），反冲洗水泵兼做循环水补水泵2台（1用1备），高效纤维束过滤装置3台（2用1备）。

中间水池为钢筋混凝土结构，全地下，尺寸为12m×12m×4m，有效容积504m3。过滤提升泵规格参数为Q＝360m3／h，H＝16m，N＝22kW。高效纤维束过滤器单台处理量为180m3／h，旋翼式纤维过滤料，采用单独气洗－气水联合－单独水洗的方式来定期进行反冲洗，厂内工业风为反洗风，反冲洗水泵Q＝360m3／h，H＝16m，N＝22kW。

2.6 消毒单元

清水池1座，钢筋混凝土结构，全地下，尺寸为12m×12m×4m，有效容积504m3。二氧化氯发生装置1套，采用德国普罗名特产品，利用盐酸和亚氯酸钠反应来制备二氧化氯，其发生量为1.8kg／h有效氯。

3 调试与运行

3.1 工程调试

WEPEC 350m3／h污水深度处理项目于2009年6月底竣工，随后，进入生产调试阶段。该项目调试重点为臭氧＋BAF单元。针对臭氧、BAF单元的特点，将调试工作划分为3部分进行：BAF单元生物挂膜、臭氧单元投加量确定与BAF单元生物膜驯化、BAF单元反冲洗参数确定。

BAF单元生物膜的培养采用接种污泥挂膜法，接种污泥取自二沉池的剩余污泥。每座池体接种污泥的数量约为单池有效容积的10%，污泥接种完毕后注入混合废水至BAF池体设计水深。混合废水由适量的大粪水、甲醇、砂滤出水勾兑而成。由于大粪水（细菌碳源、微量元素的提供者）中含有的杂质较多，因此须经粗滤之后由BAF池上部加入，而砂滤出水可由BAF池底部配水区进入。投加甲醇，控制F／M＝5～10，开始闷曝挂膜启动。挂膜初期，每天排出1／3的上清液，补充新鲜的混合废水（碳源量要保持不变），同时检测上清液的COD、氨氮指标，通过COD、氨氮指标的去除率判定BAF池内微生物生长情况。20d左右，BAF滤料表面就形成了生物膜。通过生物相镜检，发现钟虫、盾纤虫、裂口虫、玫瑰轮虫等多种原生、后生动物，表明生物膜已经成熟。在生物挂膜期间，要每日定时记录pH值、DO仪表读数，以便于判断生化过程所处阶段并且能够及时调整工艺参数。另外在生物挂膜阶段，尽可能不冲洗BAF系统。如果BAF池内出现气量分配不均的现象，则可以适当反冲洗。但是反冲洗的强度要控制得当。

在生物挂膜前期，由于整个系统处于较高的负荷，因此微生物处于对数增长期。随着微生物大量繁衍、增殖，营养物质逐步成为微生物增殖的控制因素，微生物增殖速度减慢，增殖速度几乎和衰亡速度相等，微生物活体数达到最高水平，但整个生化系统逐渐趋与稳定。当滤料上的微生物系统处于这个阶段，就意味着挂膜工作基本结束了。

在BAF滤料挂膜成功后，开始启动生物驯化工作。驯化水为经过臭氧氧化的原水。驯化工作分为两个阶段：第一阶段，确定合适的臭氧投加量；第二阶段，在第一阶段的基础上，逐步提高臭氧氧化出水的比例直至系统对有机物的降解效果达到最佳。在驯化工作的第一阶段，根据BAF滤料生物相镜检结果，BAF系统进出水COD指标的去除率，确定臭氧的投加量，此阶段臭氧＋BAF系统的进水量为设计水量的1／3。经过20d左右，可以确定针对WEPEC砂滤出水，臭氧最佳投加量为12～15mg／L。在此基础上，按照20%的比例分阶段逐步提高臭氧＋BAF系统的进水量直至系统满负荷运行。

臭氧＋BAF系统微生物培养驯化工作结束后，就可以通过试运行来摸索BAF单元反冲洗周期，BAF单元反洗强度（反冲洗水、反冲洗气）。BAF单元反冲洗周期的确定要从两方面结合考虑：一是BAF出水的悬浮物指标；二是脱落生物膜的生物相镜检。WEPEC 350m3／h污水深度处理项目经过20d左右的试运行，确定BAF系统反冲洗周期为4d，反冲洗气冲强度为10L／s·m2，历时5min，气水联合反冲洗历时8min，反冲洗水冲强度为6L／s·m2，历时15min。

3.2 工程运行情况

WEPEC 350m3／h污水深度处理装置试运行一个月后，正式交付生产使用。经环保部门检测，各项指标达到且优于初级再生水用于循环水补水的水质控制指标。经过近10个月的连续运行，目前整个系统运行稳定，各项参数正常。WEPEC 350m3／h污水深度处理装置2009年10月～2010年6月主要单元的处理效果见表2。

表2 2009年10月～2010年6月深度处理装置主要单元处理效果

3.3 投资与运行费用

WEPEC 350m3／h污水深度处理项目工程总投资4 200万元，运行费用为1.49元／t。其中运行费用组成为设备折旧费用0.65元／t（设备折旧按照14年计算），电费0.48元／t，新鲜水0.23元／t，药剂费0.09元／t，人工费0.04元／t。

WEPEC 350m3／h污水深度处理装置未建成之前，WEPEC每日需要外购中水8400m3，中水价格2.3元／t。该项目投入使用后，每年可直接节省费用238万元左右，给建设方带来了显著的经济效益同时由于本项目被评为辽宁省优质环保项目，也给建设方带来了良好的社会效益。

4 结语

（1）可生化性低（BOD5／COD低于0.1）是本工程废水的主要特点，也是处理的难点。采用臭氧工艺，通过臭氧及其自由基的强氧化作用，将水中不可降解的、难生化降解的溶解性有机物氧化成短链、失稳的小分子物质，从而被后续生化单元中的微生物摄取、分解代谢。通过本工程案例，说明臭氧＋BAF应用于石化废水深度处理中是可行的，对石化企业节能减排工作具有推进作用。

（2）臭氧与BAF系统不是两个孤立的单元，是相互依存的统一体。针对废水中残存的有机物，投加不同量的臭氧，会得到不同的氧化产物，不同的氧化产物会产生不同的适宜菌群，而不同的菌种又有不同的世代时间，BAF容积负荷的选取和反冲洗周期恰恰是由这些菌种所决定的。因此在工程设计中，臭氧＋BAF单元应该统一考虑。

（3）臭氧＋BAF单元进水悬浮物含量要尽可能的控制在较低的水平，以免影响臭氧单元氧化效率以及避免BAF单元因为悬浮物堵塞而被迫反冲洗。

（4）BAF单元用产水反冲洗，不能采用深度处理装置最终出水反冲洗。因为最终出水经二氧化氯消毒后，水中余氯含量大于0.1mg／L，而残存的余氯将对BAF单元的微生物起到毒害作用。

［1］张自杰，林荣枕，金儒霖.排水工程［M］.北京：中国建筑工业出版社，1999.

［2］克里斯蒂安·戈特沙克.水和废水臭氧氧化－臭氧及其应用指南［M］.北京：中国建筑工业出版社，2004.

［3］郑 俊，吴浩汀，程寒飞.曝气生物滤池污水处理新技术及工程实例［M］.北京：化学工业出版社，2002.