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b a f 深度处理氯碱工业污水处理站尾水中试研究 摘要 氯碱化工是一个耗水量大的行业，为实现经济社会和环境的可持续发 展，有必要对废水回用的深度处理技术进行深入研究。本课题以安徽氯碱 化工集团为对象，根据企业集团废水回用的目的，选择曝气生物滤池( b a f ) 和生物接触氧化工艺，采用并联组合的方式，对该企业集团污水处理站的 二沉池出水，开展深度处理技术的中试试验研究。在生物驯化和成功挂膜 的基础上，重点就b a f 工艺中气水比、温度、p h 、水力负荷、有机负荷、 氨氮负荷等因素对出水水质的影响进行探讨，建立了相应的b a f 动力学模 型，并与接触氧化工艺的深度处理效果进行了分析、对比。 中试结果表明，在进水c o d 浓度处于7 9 4 8 - 1 3 1 2 7m g l 之间，当气 水比处于( 3 5 ) ：1 ，水力负荷为1 1 4 - 2 2 7m h 时，c o d 去除率能够稳定在 3 2 左右；当气水比为5 ：1 ，水力负荷选择在0 5 7 - 1 5 3m h 时，可以获得较 为稳定的氨氮去除率，去除率达2 0 左右；当气水比为5 ：l ，进水有机负荷 在1 4 - 2 3 0k gc o d ( m 3 d ) 时，c o d 去除率稳定在3 2 左右；进水有机 负荷在o 8 7 - 1 6 2k g c o d ( m 3 d ) 时，氨氮去除率稳定在2 0 左右。水力负 荷为1 5 3 m h ，气水比为5 ：1 ，当进水氨氮负荷低于o 5 1k g n h 3 n ( m 3 d ) 时， 反应器对氨氮有较好的去除效果，氨氮平均去除率达到2 0 7 。b a f 工艺 具有一定的抗冲击能力，但较大的负荷冲击会影响出水水质，建议将水力 负荷控制在1 5 3 m h 以下，进水c o d 浓度控制在1 5 0m g l 以下。总体上， 温度、p h 等对c o d 的去除影响较小，对氨氮去除的影响较大：接触氧化 工艺对氯碱化工废水二级出水进行深度处理时，对c o d 有定的去除效果， 略低于b a f 工艺，但对氨氮的去除效果不佳。 通过试验得到曝气生物滤池降解c o d 一级反应动力学指数衰减模型。 试验根据m o n o d 方程进行动力学试验模拟，得到动力学方程。 关键词：氯碱化工废水；深度处理技术；曝气生物滤池；水力负荷；气水比 p i l o ts t u d yo na d v a n c e dt r e a t m e n to f t a i l r a c ei nc h l o r - a l k a l i i n d u s t r ye f f l u e n tt r e a t m e m ts t a t i o nb yb a f a b s t r a c t c h l o r i n e a l k a l ic h e m i c a li n d u s t r yi so n ek i n do fh i g hw a t e rc o n s u m p t i o nt r a d e i ti se s s e n t i a l t od e l v ei n t ot h ea d v a n c e dt r e a t m e n tt e c h n o l o g yo fw a s t e w a t e rr e u s ef o rt h er e a l i z a t i o no ft h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n de n v i r o n m e n t t h ep r e s e n tr e s e a r c ht a k e sa n h u ic h l o r oa l k a l ic h e m i c a lg r o u pc o 1 t da st h es u b j e c tt oc a r r y o u tt h ep i l o t - s c a l ee x p e r i m e n to ns e c o n d a r ye f f l u e n to ft h es e w a g et r e a t m e n ts t a t i o ni n t h i s e n t e r p r i s eg r o u p t h et e s ta d o p t sb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ( b a f ) a n db i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n ， w i t hc o m b i n a t i o nm o d eo fp a r a l l e lc o n n e c t i o n b a s e do nt h em i c r o b ea c c l i m a t i o na n db i o f i l m c o l o n i z a t i o n ，t h ee x i p e r i m e n ti n s p e c t st h ei n f e c t i o no ft h er a t i oo fg a sa n dw a t e r , t e m p e r a t u r e ，p h ， h y d r a u l i cl o a d ，o r g a n i cl o a da n da m m o n i cn i t r o g e nl o a dt ot h ee f f l u e n tq u a l i t y w h a t sm o r e ，t h e c o r r e s p o n d i n gb a fd y n a m i cm o d e li ss e tu p ，a n dt h ec o m p a r i s o nw i t ht h ea d v a n c e dt r e a t m e n to f c o n t a c to x i d a t i o ni sa l s oa n a l y z e di nt h i st h e s i s t h er e s u l to ft h ee x p e r i m e n ts h o w sa sf o l l o w i n g ： ( 1 ) t h ec o dr e m o v a le f f i c i e n c yi s a r o u n d3 2 w h e ni n f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o ni sa t 7 9 4 8 131 2 7m g l ，t h er a t i oo fg a sa n dw a t e ri s ( 3 5 ) ：1a n dt h eh y d r a u l i cl o a di nt h er a n g eo f 1 1 4 2 2 7m h ( 2 ) w h e nt h er a t i oo fg a sa n dw a t e ri s5 ：1 ，a n dt h eh y d r a u l i c1 0 a dc h a n g e sf r o m0 5 7m ht o 1 5 3m h ，t h ea m m o n i c n i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c ym a t a i n sa t2 0 ( 3 ) w h e nt h er a t i oo fg a sa n dw a t e ri s5 ：1 ，a n dt h eo r g a n i cl o a dc h a n g e sf r o m1 4 0k gc o d ( m 3 d ) t o2 3 0k gc o d ( m 3 d ) ，龇c o dr e m o v a le f f i c i e n c yi sa r o u n d3 2 ；w h e nt h eo r g a n i c l o a di sb e t w e e no 8 7 姆c o d ( m 3 d ) t o1 6 2k gc o d ( m d ) ，t h ea n u n o n i cn i t r o g e nr e m o v a l e f f i c i e n c yi sa r o u n d2 0 ( 4 ) o nt h ec o n d i t i o nt h a tt h eh y d r a u l i cl o a di s1 5 3m h ，t h er a t i oo fg a sa n dw a t e ri s5 ：1 ，a n d t h ea m m o n i cn i t r o g e nl o a di su n d e r0 51k g n h s - n ( m s d ) ，t h er e m o v a le f f e c to fa m m o n i an i t r o g e n i sb e t t e ri nt h er e a c t o r i ng e n e r a l ，t e m p e r a t u r ea n dp ha r eo fl i t t l ei m p o r t a n c ei nt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d ，b u t o ft r e m e n d o u si m p o r t a n c ei na m m o n i cn i t r o g e nr e m o v a l ；c o n t a c to x i d a t i o nh a sc e r t a i nr e m o v a l e f f i c i e n c yf o rc o d ，b u tn o t a sg o o da sb a f t e c h n o l o g y t h er e a c t i o nk i n e t i c so ft h ec o dd e g r a d a t i o ni nb a fc a nb es i m u l a t e dw i t hf i r s to r d e r e x p o n e n t i a ld e c a ym o d e l a c c o r d i n gt om o n o de q u a t i o n , t h ee x p e r i m e n ts i m u l a t e st h ek i n e t i c st e s ta n da c h i v e st h ek i n e t i c s e q u a t i o n k e y w o r d s ：w a s t e w a t e ro fc h l o r i n e - a l k a l ic h e m i c a li n d u s t r y ；a d v a n c e dt r e a t m e n tt e c h n o l o g y ； b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ( b a f ) ；h y d r a u l i cl o a d ；r a t i oo fg a st ow a t e r 插图清单 图2 1b i o c a r b o w e 生物滤池结构示意图7 图2 2b i o f o r 生物滤池结构示意图9 图3 1 废水二级处理流程1 3 图3 2 污水深度处理流程1 4 图3 3 a 现场试验装置图1 4 图3 3 b 现场试验装置图1 5 图3 4 b a f 中试设备设计图一1 6 图3 5 氧化池中试设备设计图1 7 图4 1c o d 去除率随挂膜时间的变化曲线2 0 图4 2 气水比对处理效果影响2 l 图4 3 气水比对处理效果影响2 1 图4 4 水力负荷对c o d 去除率的影响2 2 图4 5 水力负荷对c o d 去除率的影响2 3 图4 6 有机负荷对c o d 去除率的影响2 4 图4 7 水力负荷对氨氮去除的影响2 9 图4 8 有机负荷对氨氮去除率的影响3 0 图4 9 气水比对氨氮去除的影响3 1 图4 1 0 气水比对c o d 和氨氮的去除率的影响对比3 2 图4 1 1 氨氮负荷对氨氮去除的影响。3 3 图4 1 2 温度对硝化细菌的冲击影响3 3 图4 1 3b a f 的除磷效果3 5 图5 1 好氧生物处理过程中有机物转化示意图3 6 图5 2 零级反应示意图3 7 图5 3 一级反应示意图3 7 图5 4 二级反应示意图3 7 图5 5s s o 关系图3 8 图5 6l n s l n s o 关系图3 9 图5 71 s 1 慨关系图3 9 图5 81 v 和1 s 的关系4 l 图6 1 挂膜对比试验运行结果4 4 图6 2c o d 去除效果对比4 5 图6 3n h 3 - n 去除效果对比4 7 表格清单 表1 1 深度处理技术比较5 表3 1 废水性质情况表1 2 表3 2 试验期间进水水质1 3 表3 3 中试试验设备及参数1 5 表3 4 陶粒性能指标1 7 表3 5 监测分析方法及相应仪器1 9 表4 1挂膜的各项运行数据1 9 表4 2 气水比变化对处理效果的影响2 1 表4 3 水力负荷对c o d 去除率的影响2 3 表4 4 有机负荷对c o d 去除率的影响2 4 表4 5b a f 脱氮效果。2 7 表4 6 水力负荷对氨氮去除的影响2 8 表4 7 有机负荷对氨氮去除率的影响3 0 表4 8 氨氮负荷对氨氮去除的影响3 2 表5 1c o d 降解动力学试验数据3 8 表5 2 动力学试验数据4 1 表6 1 挂膜对比试验运行结果4 3 表6 2c o d 去除效果对比4 5 表6 3n h 3 - n 去除效果对比4 6 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得 金月巴王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：范传勇 签字e t 期：2 0 1 0 4 趸以名 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金熙至些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金目墨王 些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：慈俄 导师签名：豸士 j 签字日期：矽p 中 签字日期： 莎q ，护夕i 么 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮箱：f c y 2 0 0 9 h a p p y s i n a c o l a 致谢 在合肥工业大学的三年研究生学习生活是我人生历程中的重要一页， 工作多年后又重新进入校园学习，感受颇深。在此，谨向所有给予我关心 和帮助的各位老师、同学们，致以最崇高的敬意和衷心的感谢! 首先要感谢我的导师李如忠教授。李老师治学严谨、知识渊博，从论 文选题、开题报告、写作提纲到论文中的每一个细节都精益求精。正是在 李老师的悉心指导和热情帮助下，我的学业才得以顺利完成。读研阶段有 幸参加了国家水体污染控制与治理科技重大专项课题一一工业园区水污染 控制与水资源综合利用技术研究与示范课题，并依托该课题的子课题完成 了硕士学位论文，使我受益颇多。在此，谨向给予我这一机会的课题负责 人洪天求教授表示深深的谢意! 这里，我要真诚地感谢崔康平副教授，感谢崔老师在试验选题、试验 工艺设计以及试验过程中所给予的无私帮助和提供的重要技术指导。同时， 也向提供宝贵意见和建议，并给予技术指导的周元祥副教授，表示衷心感 谢! 感谢安徽氯碱化工集团污水处理站郑站长以及各位朋友的帮助! 此外，我还要感谢在试验过程中给予我很大帮助的周文娟、李继、舒 琨和汪嘉源等各位同学。 最后，我要把最深切的谢意送给我的父母和爱人，感谢他们对我生活 上无微不至的关怀和精神上的支持与鼓励! 碑右：筅传勇 2 0 1 0 年4 月1 0 曰 第一章绪论 1 1 氯碱工业废水现状 随着我国经济的高速发展，工业化速度加快，污水排放量迅速增加，加大了 淡水资源的短缺和水环境的污染，严重制约了我国经济社会可持续发展。氯碱工 业是我国的基础化工工业，具有耗水量大，排污量大的特点。如何治理和回收利用 氯碱生产过程中产生的大量废水，提高氯碱生产的重复用水率和单位产品排水量， 成为企业重要的研究课题，也是国家环保法的要求。氯碱企业产生的大量废水经 二级生化处理后，其中的污染物浓度已经较低，若直接排放，不仅增加周边水环境 污染负荷，而且也是水资源的极大浪费，选择合适的回用深度处理技术对二级出水 进行处理，促进氯碱行业持续、快速、健康的发展成为一个重要课题。 1 2 氯碱工业废水处理技术及进展 1 2 1 氯碱废水的水质特点 氯碱废水来自不同的工段，水质差异比较大，成分复杂 1 2 】。无机盐和悬浮物 含量高，主要是因电化盐水工段洗盐水及电石工段电石渣上清液等含有大量氯化 物、钙镁氢氧化物、硫酸盐、硅酸盐、碳酸盐等无机盐和酸性废水，主要有燃煤 锅炉水膜除尘水及氯化氢合成、氯乙烯精馏、氯氢工序等排出的废水；碱性废水， 主要有电解液蒸发浓缩冷凝水、氯乙烯工序碱洗水、电石渣上清夜等废水；各生 产工艺冷却水、设备机冷水及冲洗杂用水；另外，现代企业由于市场竞争加剧， 氯碱企业逐渐由单一的氯碱化工向农用化工、精细化工和塑料化工发展，使得废 水成分复杂多样，生物难降解物质多，可生化性差，抑制生物生长的毒物多。 根据氯碱废水的特点，废水主要处理的对象是酸碱性、各种难生物降解的残 液、母液及有毒物质，考虑到回用，还必须对含盐量进行控制。用于氯碱废水处 理的方法主要有物理法、化学法、一般生物处理法和物化法等废水处理技术。随 着氯碱企业逐渐由单一的氯碱化工向农用化工、精细化工和塑料化工发展，使得 废水难度加大以及国家对环保的重视，制定了更严格的排放标准，许多企业原有 的处理工艺达不到新的要求，许多新的处理技术如生物强化处理、膜技术、膜生 物反应器、以及高级氧化技术正逐步在氯碱化工废水处理中被应用和推广。 1 2 2 氯碱工业废水处理技术进展 1 2 2 1 常规废水处理技术 废水处理技术按其原理大致可以分为物理法、化学法、生物法和物化法等三大 类【3 刮。其中，物理法是利用水中悬浮物颗粒的大小及密度等物理性质达到固液分 离的一种方法，主要有沉淀、浮上、过滤等。沉淀法是水处理中最基本的方法之 一，它是利用水中悬浮物颗粒的可沉降性能，在重力作用下产生下沉作用，以达 到固液分离的一种过程；浮上法常用于对颗粒密度接近或小于水的细小粒颗的分 离；过滤法是利用水中悬浮物颗粒的大小进行分离的一种方法。 化学处理是利用化学反应的作用以去除水中的杂质，主要有化学混凝、中和 法、化学沉淀和氧化还原法。化学混凝法是通过向水中投加混凝剂、助凝剂，由 于吸附架桥和网捕作用，使水中的微小悬浮物和胶体杂质粘结成大块颗粒而去除： 中和法是通过向废水中投加中和剂使废水有合适的p h 值，以利于废水的进一步 处理；化学沉淀法是用沉淀剂使溶液中某些离子以它的一种难溶的盐或氢氧化物 从溶液中析出的方法：氧化还原法是利用氧化还原反应使废水中的有害还原性物 质被除去，常见的有臭氧氧化、h ：0 2 、f e n t o n 和氯氧化等，有时也用于废水的预处 理【7 1 。 生物法是利用微生物生命运动过程中的生化作用，将有害有机物分解转化为 无害的简单物质达到废水净化的目的，根据微生物的类型可分为好氧生物处理和 厌氧生物处理。目前国内化工废水的处理以好氧生物处理比较多。好氧生物处理 对b o d 去除效果较好，一般可达到7 5 左右【8 】，但对c o d 的去除率不高，尤其 对现在的精细化工生产中的一些残液、母液，由于其可生化性差，仅仅用单纯的 好氧处理，出水很难达标，为了寻求高效、低耗、低成本的处理方法，近年，水 处理工作者大破传统，联合好氧和厌氧技术以处理废水，取得了很突出的效果。 有些废水，含有很多复杂的有机物，对好氧生物而言是属于难生物降解或不能降 解的，但这些有机物往往可以通过厌氧菌分解为较小分子的有机物，而那些较小 分子的有机物可以通过好氧菌进一步降解。物化法是利用物理化学的原理和化工 单元操作去除污水中的难于生物降解的无机或有机杂质，常见的物化处理方法有： 混凝沉淀、过滤技术、活性炭吸附、氧化技术等。 1 2 2 2 氯碱废水处理技术 目前，国内大多数氯碱企业都采用生物法( 厌氧或兼氧水解+ 好氧处理+ 沉淀) 这种传统的方法【6 1 1 ，由于其投资和运行成本较低，管理方便，如果能保持进水水 质的稳定和对处理系统进行很好的维护，处理出水一般能达综合污水排放 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 二级标准。但现代企业由于市场竞争加剧，氯碱企业正逐步由 单一的氯碱化工向农用化工、精细化工和塑料化工发展，使得废水成分复杂多样， 普通的生物处理很难稳定达标排放，而且废水排放量大，仍然会对周围的环境造 成污染，且氯碱企业需大量冷却用水。随着废水处理技术的发展和对氯碱废水处 理技术的进一步研究，许多新型废水处理技术在氯碱化工废水中被研究和应用。 ( 1 ) 物化处理 在生物处理之后增加诸如过滤、活性炭吸附、混凝沉淀、氧化、消毒等后续 处理等技术【9 】。它以进一步去除水中微细颗粒物及二级生化处理未能除去的胶体 物质、微量有机污染物和微量金属离子、色度及病毒等方面作用显著，再经过消 毒制出回用水，适用作工业循环冷却水和市政杂用水。其优点是处理成本低，安全实 用，操作简单。缺点是对二级出水要求较高。据文献【lo j 中国石化齐鲁股份有限公 司氯碱厂将蒸汽冷凝液收集经过锰砂过滤、活性炭吸附、精密过滤和混床离子交 换处理为一级脱盐水，用作生产工艺用水，冷凝液含盐低，纯度高，处理后作为 工艺用水是可行的。据资料介绍，天津化工总厂污水厂二级出水经絮凝过滤、消 毒处理后供工业冷却水及居民小区冲厕，1 万t d 。 ( 2 ) 强化生物处理 生物技术不仅用于氯碱废水的二级处理，还可以作为氯碱废水的回用深度处 理技术。由于二级出水中污染物b c 低，可生化性差，难生物降解，宣采用强化 生物技术。现在比较有代表性的有生物活性炭法( b a c ) 、曝气生物滤池( b i o l o g i c a l a e r a t e df i l t e r ，b a f ) 、m b r 等【1 1 1 。m b r 是2 0 世纪末发展起来的水处理高新技术， 它是超滤或微滤与传统的活性污泥生化处理技术相结合的废水处理技术，结合了 二者的优点，处理后的污水水质清澈，有机物含量极低，可直接回用i l 列。缺点是 膜污堵问题 7 1 。 生物活性炭法( b a c ) 是将活性炭吸附和生物处理相结合的处理工艺。曝气 生物滤池( b a f ) 是一种集物理吸附、过滤和生物降解于一体的新型生物膜处理 技术，适用于低悬浮物和低c o d 废水的处理【13 1 。刘景明【14 】等用活性炭b a f 技术 深度处理二级生化后的综合化工废水。难降解有机物首先被吸附过滤，延长了难 降解物质和生物的接触时间。结果表明，在气水比为4 ：l 和停留时间为3 h 时，处 理效果良好，进水c o d 订和氨氮的浓度分别从l1 9 9 7 m g l 和2 5 0 3 m g l 降到1 6 4 9 m g l 和4 7 3m g l 。b a f 出水经过精密过滤和离子交换除去无机盐之后，就可达 到回用的要求。胡保安等【l 副利用b a f 中试规模处理石化废水二级出水，试验研 究结果表明，平均去除率为3 4 1 3 5 3 。 ( 3 ) 膜分离技术 将不同的膜分离技术，如微滤( m f ) 、超滤f ) 、纳滤、渗析、电渗析、反渗 透( r o ) 等进行组合，是氯碱废水深度处理的一个发展方向。文献表明，传统工 艺与膜技术组合，可有效地去除水中的s s 、并在一定程度上降低b o d 5 、c o d 、 总氮和总磷等污染物浓度，获得优异的出水水质【1 6 】。但能否解决膜的污染问题是 此工艺的关键。李旭升【1 7 】等用双膜组合工艺对氯碱废水进行回用研究，当进水 c o d 为4 4 m g l ，总硬1 3 3 m g l ，浊度1 6 4 2 ( n t u ) 时，出水c o d 2m g l ，总硬 为0 7 9m g l ，浊度为0 ，采用b a f + ( 微絮凝) 纤维过滤+ 超滤( u f ) + 反渗透( r o ) 工艺，b a f 出水经超滤除菌除浊、反渗透脱盐处理后，效果明显，能够满足锅炉 原水补充水的要求。 1 2 3 氯碱废水处理发展思路 ( 1 ) 选用清洁生产工艺，改造污染严重的生产工艺，从源头上降低水耗，减少 新鲜补充水，提高水的重复利用率。当前世界氯碱工业技术正朝着节能环保的方 向发展。隔膜法生产氯碱，水耗大，能耗高，产品质量差，正在逐步被淘汰，离 子膜法烧碱已成为发展方向，离子膜法电解技术，具有碱液浓度高、质量高、水 耗少、能耗低、无汞害、无石棉污染等特点，是制碱工业的方向【1 8 】。据资料某氯 碱集团将年产5 万t 隔膜法烧碱淘汰改用离子膜法，工业废水的排放量减少o 7 万t d 。 ( 2 ) 根据生产过程中产生的碱性、酸性、含氯等废水的特点，优化氯碱生产工 序，通过调整不同生产工艺的用水量，使得酸碱废水可以相互中和，加强氯碱企 业各生产工序用水的内部封闭循环及生产工艺相关性，降低生产中水的消耗，对 各工序废水进行预处理和回收利用，提高水的重复利用率，减少废水的排放，减轻 后续混合废水的处理难度，建立循环经济型企业。 据文献【1 9 j 某氯碱生产企业氯气处理工段的氯水及电解工段的淡盐水经脱氯 处理后与直接冷却氢气的微碱水一起回用到盐水工段作为化盐水；鳌合树脂交换 再生塔废水经收集、中和并除去钙镁离子后回用作化盐水；乙炔发生器排出的废 水经过浓缩，上清夜作为锅炉烟气洗涤水，浓浆经板框压滤机过滤后滤液一部分 回用发生器，一部分用来中和酸性废水，既利用废水，又减少了外加石灰石，大 大提高了水的重复利用率；其副产的冷凝液经回用处理后作为氯乙烯合成工艺用 水，氯碱厂副产冷凝液，可实现冷凝液的高质高用。据资料安徽氯碱集团现有冷 却装置3 5 套，冷却能力达到2 6 6 2 5 m 3 h ，每小时可循环量达2 0 6 3 3m 3 h ；冷却循 环水要求不高，经冷却和回用处理后可循环使用，但再生水的c o d 、总溶解固体 ( t d s ) 较高，回用于冷却循环水后易引起这两项指标的升高，如采用脱盐工艺 进行处理，可大大提高回用水的质量圈。 ( 3 ) 废水深度处理和回用是解决水资源短缺的重要途径，根据不同的回用目的 及污水特征，选择合适的废水深度处理及回用技术，就能有效经济地实现污水回 用的目的 2 0 - 2 1 】。深度处理技术比较，见表1 1 。 4 表1 1 深度处理技术比较口仉2 踟 根据表1 1 ，在对比目前国内外处理化工废水技术优劣的基础上，结合安徽氯 碱化工集团现有废水处理设施及回用水水质要求，本课题选择生物曝气滤池处理 技术对氯碱化工废水二级出水进行中试试验研究，并与生物接触氧化工艺作对比 试验研究。 1 3 主要研究内容 1 3 1 课题来源 本课题是国家“十一五 水体污染控制与治理科技重大专项子课题“氯碱工 业循环经济的开发以及废水回用的深度处理技术( 2 0 0 8 z x 0 7 3 1 6 0 0 3 ) 的主要研 究任务之一【2 3 】。 1 3 2 课题主要研究内容 氯碱化工生产废水经二级生化处理后，其中的污染物浓度一般已较低，这给 深度处理中深化处理技术的选择带来很大困难。本文依托中试试验装置，对安徽 氯碱化工集团二级污水处理废水开展深度处理技术研究，并以b a f 工艺为研究主 体，重点开展如下几方面工作： 1 ) 考察在自然挂膜过程中细菌的培养、驯化规律 2 ) 研究不同气水比对处理效果的影响 溶解氧是生物处理的一个重要控制因素，b a f 中因填料粒经很小，可增加传 质效果，提高氧的利用率。本次试验研究在其它工况条件不变的情况下，拟对不 同气水比对有机污染物去除规律的影响开展研究。 3 ) 研究不同水力负荷对处理效果的影响 水力负荷的大小应控制在一定范围，过小，生物膜量增多时易发生堵塞；水 力负荷过大，水力冲刷作用过强，造成生物膜流失，出水出质将相应下降。本次 试验研究在其它条件不变的情况下，不同水力负荷对有机污染物的去除规律。 4 ) 研究不同有机负荷对处理效果的影响 有机负荷是反映曝气生物滤池净化效果的重要指标。有机负荷过小，处理效 率降低，有机负荷过大，影响出水水质。本试验研究在不同的有机负荷条件下对 c o d 、n h 3 - n 去除的影响。 5 ) 研究不同的温度、p h 对处理效果的影响 温度是影响微生物正常代谢的重要因素之一，本试验同时考察了温度、p h 对 处理效果的影响。 6 ) 在试验的基础上，根据m o n o d 方程对b a f 动力学模型进行试验模拟。 7 ) 对比接触氧化工艺对氯碱废水二级处理出水深度处理的效果。 接触氧化法是发展较为成熟的生物处理工艺，一般多用于各种废水的二级处 理，出水比较稳定。本研究过程中，拟就接触氧化工艺与b a f 工艺对氯碱废水二 级处理出水的深度处理效果，开展一些对比分析。 1 3 3 意义 本课题以安徽氯碱化工集团为对象，根据安徽氯碱化工集团废水的性质，在 现有污水处理工艺基础上，增加深度处理单元，开展以污水回用为目的的深度处 理技术研究。通过中试试验，提出优化的水处理工艺参数，以期为安徽氯碱化工 集团污水回用技术改造和工程实践提供重要参考，有利于实现氯碱化工废水节水 减排，减少污染物向水体的排放，获得较好的社会经济效益和环境效益。 6 第二章b a f 工艺特点及影响因素 2 1 曝气生物滤池简介 曝气生物滤池( b i o l o g i c a l a e r a t e d f i l t e r ，简称b a f ) 是2 0 世纪8 0 年代末9 0 年 代初在普通生物滤池的基础上借鉴给水快滤池工艺而开发的污水处理系统新工 艺，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于体i ”- 2 9 3 。其基本原理 属于生物膜法范畴，污水经滤料上附着生长的微生物膜吸附降解及物理过滤作用 沿水流方向形成的食物链分级捕食作用而得以去除污水中的有机物、悬浮物、 n h 3 - n 等，是集生物降解、圃液分离于一体的污水处理设备。该技术最早由法国 o t v 公司研发，由于设施简单，基建投资省，运行安全可靠，节能，无大量污泥 等优点在法、德、日本等发达国家得到广泛的应用。本世纪初，对b a f 有了进一 步的研究，其良好的出水水质和操作稳定性使其在污水回用领域的应用已成为 国内外学者的研究热点。依据所选填料及进水方式的不同，主要有如下几种工艺 形式口5 】： ( 1 ) 所选填料为密度大于水的生物填料水流上进下出，气水逆向，代表工 艺如b i o c a r b o w e 工艺如图2l 。 图2lb i o c a r b o w e 生物滤池结构示意圈 水 经预处理后的污水从滤池顶部流入，向下流出滤池，并在滤池中下部进行曝 气，气、水处于逆流。在反应器中，有机物被微生物氧化分解，n h 3 - n 被氧化成 n 0 3 _ n ，另外由于在生物膜内部存在厌氧兼氧环境，在硝化的同时能实现部分反 硝化m 】。在系统无脱氮要求的情况下，经处理后从滤池底部的出水可直接排出系 统。随着滤池中生物反应过程的进行，填料表面新产生的生物量越来越多，同时 滤层中截留的s s 不断增加，在滤层上部形成表面堵塞层，阻止气泡的释放和水 的向下过滤，导致水头损失迅速上升，很快达到极限水头损失，此时应立即对滤 层进行反冲洗，以去除滤床内过量的生物膜及s s ，恢复处理能力。该生物滤池的 反冲洗采用气水联合反冲洗，反冲水从滤池底部进入而从上部流出，反冲洗空气 来自底部单独的反冲气管，反冲洗时关闭底部进水和工艺空气，水气交替单独反 冲，最后用水漂洗，在气、水对滤料的水力冲刷和滤料间的相互摩擦下，老化的 生物膜与被截留的s s 与填料分离，随反冲洗排水一起被排出滤池，并被回流至 预处理部分进行分离。国内多家科研单位对此类型的曝气生物滤池进行了研究， 如清华大学和哈尔滨工业大学等均采用该类型的曝气生物滤池进行了处理污水试 验。 ( 2 ) 所选填料为密度小于水的生物填料，水流下进上出，气水同向，代表工艺 有o t v 开发的b i o s t y r 工艺。b i o s t y r 生物滤池是法国o t v 公司对其原有 b i o c a r b o w e 的一个改进，经预处理的污水与经硝化的滤池出水按一定回流比 混合后进入滤池底部。曝气在滤池中间进行，根据反硝化程度的不同将滤池分为 不同体积的好氧和缺氧区。在缺氧区，一方面反硝化菌利用进水中的有机物作为 碳源，将滤池中的n 0 3 - n 转化为n 2 ，实现反硝化，另一方面，滤料上的微生物 利用进水中的溶解氧和反硝化产生的氧降解b o d 。与此同时，一部分s s 被截留 在滤床内，这样便减轻了好氧段的固体负荷。经过缺氧段处理的污水进入好氧段， 在好氧段微生物利用从气泡转移到水中的溶解氧进一步降解b o d ，硝化菌将 n h 3 - n 氧化成n 0 3 - - n ，滤床继续截留在缺氧段没有被去除的s s ，流出滤层的水 经上部滤头排出。b i o s t y r 中随着过滤的进行，当水头损失达到极限水头损失 时，应立即对滤层进行反冲洗以恢复处理能力。反冲洗时采用气水联合反冲洗， 反冲水采用下向流冲散压实状态的滤料，反冲水从底部流出。 ( 3 ) 所选填料为密度大于水的生物填料，水流下进上出，气水同向，代表工 艺有法国d e g r e m o n t 公司开发的b i o f o r 工艺，其结构如图2 2 。 8 反冲洗出 反冲气 图2 2 b i o f o r 生物滤池结构示意圈 此种结构的曝气生物滤池的底部为气水混合室( 配水区) 之上为滤板和专用 滤头、承托层、滤料，曝气器位于承托层内，提供微生物新陈代谢所需的氧分。 b i o f o r 与b i o s t y r 相比不同的是采用密度大于水的滤料，自然堆积，滤板和 滤头在滤料层的下部，咀支撑滤料的重量。b i o f o r 工艺运行时采用上向流，污 水从底部进入气水混合室，气水同向。反冲洗时，气水同时进入混合室反冲洗 出水流入初沉池，与原处理水合并处理。 按功能又可分为除碳曝气生物滤池、硝化曝气生物滤池、反硝化曝气生物滤池 等。 2 2 曝气生物滤池的结构 b a f 在空间上分成三个区域，即配水区、承托层及滤料层和出水区( 如图23 ) 。 污水由管道流入配水区，经布水系统混合均匀后均匀流过滤料层经滤料上附着 生长的微生物膜净化处理后经出水区排出。其主体由池体、滤料层、承托层、布 水布气系统、反冲洗系统、出水系统、管道和控制系统组成。 ( 1 ) 滤池池体 滤池池体的形状有圆形、长方形和矩形三种。结构形式有钢结构和钢筋混凝 土结构等。一般当处理水量较小池体容积较小时，采用圆形钢结构较多。 ( 2 ) 滤料 填料的选取非常重要。目前国内外通常选用规则粒状和不规则粒状等。由于 滤料的种类不同而产生了不同的工艺；粒径大小对去除污染物有重要影响。 ( 3 ) 承托层 承托层主要是为了支承滤料，防止滤料流失和堵塞。常选用卵石作为承托层。 ( 4 ) 布水布气系统 污水进入滤池先进入布水区，在此进行一定程度的混合，防止对滤池造成太 的冲击：通过布水系统能使污水均匀通过滤料层，使滤料层最大限度地参与生化 反应。布气系统能使滤池中保持足够的溶解氧，维持池内的生物活性，另外还需 满足反冲洗时的供气。曝气生物滤池一般采用鼓风曝气形式。 ( 5 ) 反冲洗系统 反冲洗的主要作用是去除运行过程中截留的各种颗粒及老化脱落的生物膜。 反冲洗分为单独气冲、水洗及气一水联合反冲洗。在此过程中必须控制好冲洗强 度和冲洗时间，既要将截留物质冲洗出滤池，又要避免对滤料过分冲洗使微生物 膜过分脱落而影响处理效果。 2 3b a f 工艺的特点 总体上看，与普通活性污泥法和接触氧化法相比，曝气生物滤池具有如下特 占 2 5 ，3 0 - 3 6 j 、 ( 1 ) 具有更高的生物浓度和有机负荷。曝气生物滤池中采用的粗糙多孔的粒状 填料为微生物提供了更佳的生长环境，易于挂膜及稳定。 ( 2 ) 工艺简单、高质量地处理出水 由于填料的机械截留作用及滤料表面的微生物和代谢中产生的粒状物质形成 的吸附作用，使得出水s s 很低，其出水s s 可保持在1 0 m g l 以下，因此可省去 二沉池和污泥回流泵房，使处理流程简化。 ( 3 ) 抗冲击负荷能力强、耐低温 文献资料表明，曝气生物滤池可在正常负荷2 3 倍的短期冲击负荷下运行， 出水水质变化很小，对废水量的变化有较强的适应性。另外，曝气生物滤池为封 闭或半封闭结构，水温波动小，低温运行较稳定，处理效果受温度的影响小。 ( 4 ) 氧的传输效率高，动力消耗降低 在b a f 中因填料粒经很小，气泡在上升过程中，不断被切割，加大了气泡接 触面积，增加了传质效果。另外由于填料粗糙多孔，使得气泡必须经过滤料的孔 隙，延长了停留时间，提高了氧的利用率，一般氧的利用率可增加1 0 0 o - 1 5 。 ( 5 ) 易挂膜、启动快 b a f 在短期不使用的情况下可关闭运行。一旦通水曝气，可在很短的时间内 恢复正常。根据齐兵强 3 7 1 等人的试验，曝气生物滤池在水温1 0 c 1 5 c 下2 3 周 即可完成挂膜过程。本次试验过程中直接利用清水挂膜，约经过2 8 天，b a f 达 到较稳定的去除率。 ( 6 ) 基建费用、运转费用低，管理简单 该技术流程短、池容积小，不设二次沉淀池，使基建费用低；充氧效率高， 可节省功力消耗；抗冲击能力强，无污泥膨胀，日常管理简单。 l o 2 4b a f 工艺影响因素 b a f 是一种生物膜反应器。污水中有机污染物的降解主要是依靠附着在填料 上的微生物的生物氧化作用。因此，凡影响微生物生长代谢活动的因素都会影响 到b a f 的净化效果。b a f 处理效果的主要因素有填料的种类特征、温度、p h 值、 溶解氧、水力负荷、有机负荷、反冲洗工艺等【3 8 - 4 4 1 。 ( 1 ) 填料的种类及粒经 b a f 中的填料根据密度不同可分为悬浮填料和沉没填料。根据材质可分为无 机填料和有机高分子填料，由于选用了不同的滤料而产生了不同的工艺。填料粒 经是影响b a f 效果的重要因素。粒经小的填料不适应高的水力负荷，而粒经大的 填料不利于氮和磷的去除。本次试验选取的生物陶粒的粒经为3 - 6 m m 。 ( 2 ) 水温 温度是影响微生物正常代谢的重要因素之一。大多数微生物的新陈代谢会随 温度的升高而增强。好氧微生物的适宜温度范围是1 0 3 5 。一般水温低于 1 0 ，对生物处理的净化效果将产