（化学工艺专业论文）cbaf工艺处理炼油厂轻度污染废水研究.pdf

明 的指导下独立进行研 用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：颤世平日期：沙9 午年争月彩e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 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 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密囱，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ) 作者签名：颜跫千 导师签名：砰乏生 e t 期：，矿，十年中月ge t e l 期：沙牛年牛月g 日 摘要 摘要 茂名石化炼油厂轻度污染废水排放量占该厂工业废水排放总量的8 0 ，这导 致该厂对新鲜水的需求量一直居高不下。当前对轻度污染废水的深度处理技术已 经比较成熟，但由于采用目前的成熟技术对轻污染废水进行处理并回用，成本要 高于使用新鲜水，故难以被该厂所采用。为了节约有限的水资源，提高企业经济 效益，有效保护当地的水环境，必须找到合适的方法将这些轻污染废水进行处理 并回用。 通过对该厂轻污染废水的水质分析可知，其主要污染物是c o d 、石油类、氨 氮、s s 等，污染物含量不高，但波动较大。这些污染物经过该厂多年的处理经验 证明，c o d 、石油类、氨氮等均为容易生化降解的物质，而对比各种废水处理方 法，生化法的费用最低，如果能够有效提高生化处理的效率，使该轻度污染废水 得到有效处理并回用，符合企业提高经济效益的要求，则会推动该厂对轻度污染 废水进行处理和回用。 本文综述了多种废水的深度处理方法，结合当前最新的曝气生物滤池技术 ( b a f ) 和生物接触氧化技术，并对两种技术做了结合与改进，采用隔离曝气的 方式，即新的循环曝气生物滤池( c b a f ) 技术，对该厂的轻度污染废水进行生 化深度处理，结果表明，污染物的去除效果良好，出水的c o d 、石油类、氨氮的 含量均符合或低于该厂对循环冷却水的使用要求，c o d 、石油类、氨氮的去除率 均分别达到5 5 o 、6 6 1 、和9 6 0 。采用通常的石英砂过滤不能做到出水s s 的达标，因此对砂滤池进行了改进，在通常的砂滤池中混入了一定量的陶粒，结 果表明，采用改进的沙滤池提高了s s 的去除效果，出水的s s 也达到了该厂对循 环冷却水的使用要求，并且砂滤池还具有一定的生化处理功能。出水只需进行简 单的杀菌工作就能够回用。循环比( 循环量进水量) 是全面深刻理解c b a f 技术 的一个关键问题，本文初步探讨了循环比对处理效果的影响，但由于时间和条件 的限制，未做长时间的对比试验。 本试验为工业规模的中试试验，在取得上述较好的处理效果之后，本文结合 该技术的实际，初步对采用c b a f 工艺深度处理轻污染废水的技术经济性做了分 析，结果表明，大规模采用该工艺在技术上可行，经济上合理，固定投资回收期 不足一年时间。此外该工艺操作管理方便，自动化程度高，有较好的工业应用前 景。 关键词：轻度污染废水，水回用，砂滤，循环曝气生物滤池( c b a f ) t h a to fu s i n gf r e s h w a t e r ，t h el o w e rp o l l u t i o nw a s t e w a t e ri sd i s c h a r g e di nm a n y i n d u s t r i a lp r o c e s s e s i no r d e rt or e d u c et h ec o n s u m p t i o no ff r e s h w a t e r , p r o t e c tw a t e r e n v i r o n m e n t ，a n di m p r o v et h ep r o f i to fm p r p , t h ea p p r o p r i a t em e t h o dm us tb ef o u n d t ot r e a tt h el o w e rp o l l u t i o nw a s t e w a t e ra n dm a k ei tr e u s e t h ea n a l y s i so ft h el o w e rp o l l u t i o nw a s t e w a t e ri nm p r ps h o w st h a tt h em a i n p o l l u t a n t sa r ec o d ，o i l ，n h 3 一na n ds s ，r e s p e c t i v e l y t h ep o l l u t i o nl e v e li sl o w ，b u t t h ef l u c t u a t i o nr a n g eo fp o l l u t a n t sc o n c e n t r a t i o ni sh i g h t h ep r i m a r ye x p e r i m e n t a l r e s u l t si n d i c a t e dt h a tc o d ，o i la n dn h 3 一nc a nb ee a s i l yd e g r a d e db ym i c r o b e c o m p a r i n gt oo t h e rt r e a t i n gp r o c e s s e so fw a s t e w a t e r ，t h ec o s to fb i o c h e m i c a li st h e l o w e s t ，s oi fah i g he f f i c i e n tb i o c h e m i c a lp r o c e s s e sc a nb eu s e dt o t r e a tt h el o w e r p o l l u t i o nw a s t e w a t e ra n dm a k ei tr e u s e ，a n dt h ep r o f i to fm p r p c a nb ei n c r e a s e db y w a t e rr e u s e ，t h i st e c h n o l o g yc a nb ea c c e p t e db ym p r p m a n y k i n d so fw a s t e w a t e rt r e a t m e n t t e c h n o l o g i e s a r es u m m a r i z e da n d o v e r v i e w e di nt h i st h e s i s c o m b i n i n ga n dc o u p l i n gt h el a t e s tp r o c e s s e so fb i o l o g i c a l a 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 tp r o c e s s ，t h ei s o l a t e da e r a t i o nd e v i c ew a s p u tf o r w a r d ，a n dan e wm o d e l ：t h ec y c l eb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ( c b a f ) u s e dt ot r e a t t h el o w e rp o l l u t i o nw a s t e w a t e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e m o v a le f f i c i e n c yo f p o l l u t a n t s w a sq u i t e h i g h ，t h er e m o v a l r a t e so fc o d ，o i l ，a n dn h 3 - nw e r e r e s p e c t i v e l y5 5 o ，6 6 1 ，a n d9 6 o a n dt h e s ep o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o n so fo u t l e t w e r es a t i s f i e dw i t ht h er e u s es t a n d a r d t h et r a d i t i o n a ls a n df i l t e rb e i n ge m p l o y e d a l o n e ，t h es so fo u t l e tc a n n o tr e a c ht h er e u s es t a n d a r d w h e nt h eg r a n u l a rc e r a m i c s w a sa d d e dt ot h es a n df i l t e r , t h eo u t l e tc o n c e n t r a t i o no fs sr e a c h e dt h er e u s es t a n d a r d w i t ht h i si m p r o v e m e n t ，a n db i o c h e m i c a lr e a c t i o nw a sa l s oo b s e r v e di ns a n df i l t e r t h e o u t l e tc a nb er e u s e di n c o o l i n g w a t e rr e c y c l es y s t e ma f t e rs t e r i l i z a t i o n t h e c i r c u l a t i o nr a t i o ( c i r c u l a t i o n i n l e t ) i st h ek e yf a c t o ro ft h ep r o c e s so fc b a f , a n dd e e p u n d e r s t a n d i n go fc i r c u l a t i o nr a t i of o rc b a fi sv e r yi m p o r t a n ti nt h i sr e s e a r c h t h e r e l a t i o nb e t w e e nr a t i oo fc i r c u l a t i o na n dt r e a t i n g e f f i c i e n c y w a s e x p l o r e d p r e l i m i n a r i l y i nt h i s e x p e r i m e n t b u tb e c a u s e o ft h el i m i t a t i o n o ft i m ea n d e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ，t h i se x p e r i m e n td i d n tp e r s i s ti nal o n gt i m e t h i se x p e r i m e n tw a sap i l o ts c a l eo n e a f t e r a c h i e v i n gt h et r e a t i n ge f f e c t m e n t i o n e da b o v e ，a n dc o m b i n i n gt ot h er e a l i t yo ft h i sp r o c e s s ，ap r i m a r yt e c h n i c a la n d e c o n o m i ca n a l y s i sw a sd i s c u s s e di n t h i s t h e s i s ，a n dt h er e s u l ts h o w st h a tt h e t e c h n o l o g yu t i l i z e di nl a r g es c a l ei sf e a s i b l ea n dt h ee c o n o m yi s a c c e p t a b l e ，t h e r e c o v e r yt i m eo fe q u i p m e n ti n v e s t m e n ti sl e s st h a no n ey e a r t h eo p e r a t i o na n d a d m i n i s t r a t i o no ft h i sp r o c e s sa r ec o n v e n i e n ta n dt h ea u t o m a t i o nd e g r e ei sh i g h t h i s p r o c e s sh a sag o o dp r a c t i c a lp r o s p e c ti ni n d u s t r y k e yw o r d s ：l o w e rp o l l u t i o nw a s t e w a t e r ，s a n df i l t e r ，w a t e rr e u s e ，t h ec y c l eb i o l o g i c a l a e r a t e df i l t e r ( c b a f ) 华南理t 大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r c t 。i i 第一章绪论 1 1 弓f 言1 1 2 近几年我国水污染情况概述1 1 3 当前国内外污水回用现状2 1 4 我国石油化工企业用水现状3 1 5 国内外污水处理、回用方面的技术与进展4 1 5 1 物理方法4 1 5 2 化学方法5 1 5 3 生化法7 1 6 我国石化行业废水处理与回用现状1 1 1 7 本研究课题的来源和主要研究内容1 3 1 7 1 本研究课题的来源1 3 1 7 2 本课题的主要研究内容1 4 本章小结1 4 第二章试验方案的选择及原理1 5 2 1 废水的来源和污染物组成1 5 2 2 工艺路线的选择1 5 2 3 试验装置工艺流程及说明1 7 2 4 分析仪器及分析方法1 8 2 4 1 分析仪器1 8 2 4 2 分析方法1 9 2 5 主要设备1 9 2 6 相关的计算1 9 本章小结2 0 第三章试验过程、结果和讨论2 l 3 1 试验用的填料2 1 3 2 微生物的培养和驯化2 1 3 3 结果和讨论2 2 i v 目录 3 3 1 停留时间对处理效果的影响2 2 3 3 2 气水比对处理效果的影响2 5 3 3 3 填料粒径大小对处理效果的影响2 8 3 3 4 反冲洗周期2 9 3 3 5 填料高度对处理效果的影响3 l 3 3 6 砂滤池对污染物的处理3 4 3 3 7 循环量的测量及其对处理效果的影响3 5 3 3 8 稳定各项参数后的连续性试验3 6 3 3 9 其他影响微生物处理效果的因素3 9 本章小结3 9 第四章c b a f 工艺的技术经济分析4 0 4 1c b a f 工艺用于轻度污染废水处理的技术可行性分析4 0 4 2c b a f 工艺在经济上的可行性4 0 结论4 2 参考文献4 4 攻读学位期间发表论文4 7 致谢z l 8 v 第一章绪论 第一章绪论 贫乏的国家，淡水资源的人均占有量为世界平均水平的四 市约有4 0 0 座城市缺水，1 0 0 多座城市严重缺水。随着我 济的发展，生产、生活用水都在逐年增长，年取水量已经 的1 2 ，是用水最多的国家之一，这使我国水资源的供需 ，每年因缺水造成的工业经济损失上千亿元，农田受旱面 水资源的合理有效利用问题是我国当前和未来相当长一段 题。工业用水在近年来消耗全国用水量的2 0 ，如何在工 业界合理使用本以贫乏的水资源问题是本文探讨的一个主要方面。 1 2 近几年我国水污染情况概述 2 0 0 2 年国家环保总局对国内七大水系的7 4 1 个重点监测断面的监测结果表 明，2 9 1 的断面为i 类水质要求，3 0 o 的断面属、v 类水质，4 0 。9 的 断面属劣v 类水质，水污染形式非常严峻。近几年来我国废水及主要污染物的排 放统计见表1 1 。 表1 1 我国历年来废水及主要污染物排放统计嘲 t a b l e1 一lt h ee f f l u e n to fw a s t e w a t e ra n dm a i np o l l u t a n t so fc h i n ai nr e c e n ty e a r s 废水排放量( 亿吨)c o d 排放量( 亿吨) 年度 工业 生活合计 工业 生活合计 1 9 9 8 2 0 0 51 9 4 83 9 5 38 0 0 6 6 9 5 01 4 9 5 6 1 9 9 9 1 9 7 3 2 0 3 84 0 1 16 9 1 76 9 7 21 3 8 8 9 2 0 0 01 9 4 22 2 0 94 1 5 27 0 4 57 4 0 51 4 4 5 0 2 0 0 12 0 2 62 3 0 34 3 2 96 0 7 57 9 7 31 4 0 4 8 2 0 0 22 0 7 22 3 2 34 3 9 55 8 4 07 8 2 9l3 6 6 9 从表l 一1 中不难看出，我国工业废水的排放量在近几年保持在一个较为稳定 的水平，约2 0 0 亿吨年，但同时居民生活用水的排放量却在逐年增。与之相对应 的是生活用水的处理率不高，上世纪9 0 年代末全国城市废水处理率仅为1 3 6 5 ， 许多城市至今还没有污水处理厂。工业废水的处 于此数，许多处理设施并没有正常运行，甚至基 式。大量废水、污水的排放造成了水体的严重污 生产1 3 l ，对环境造成破坏。 与此同 量约9 0m 3 ， 为美国的八 而发达国家 废水处 能够适用当 三点，一是 业放任不管 的保护；二是排放标准过于宽松，许多虽然达标排放的废水仍然对环境造成很大 的污染；三是处理费用过高，难以让用户接受，他们宁愿缴纳排污费也不愿意对 废水进行有效处理。要想解决这些问题，保持经济的可持续发展，必须保护环境， 这就要求环保部门要加强管理，严格控制企业的超标排污问题；同时应该制定更 为严格的排放标准，促使企业投入更多资金保护环境；最后还要积极推广高新技 术，在保证处理效果的前提下最大限度的减小企业的投入，甚至给企业带来效益， 使保护环境和提高企业经济效益不成为矛盾，这有助于提高企业保护环境的积极 性，是问题的关键所在。 1 3 当前国内外污水回用现状 国内外的许多研究均表明，污水回用是解决水资源供需矛盾的一个有效方法， 许多例子表明，通过适当的方法进行污水回用，不但不会给用户增加额外费用， 反而会使费用得到节约h 。，。 当前我国国内城市污水的处理率过低，而城市污水回用的比例则很低。但随 着我国水资源相对紧缺的情况不断加剧以及政府和人民对环境问题的日益重视， 近年来中水回用技术在一些城市也得到了应用。中水回用技术，也叫中水道技术， 使用已经有2 0 多年，其名称起源于日本，是指生活污水或工业污水经过处理达到 一定标准后，可在一定范围内重复使用的非饮用水口1 ，能广泛应用在城市绿化、 洗车、灌溉、工业回用等领域。自1 9 8 5 年以来，我国的北京、天津、大连、青岛、 深圳、西安、济南、石家庄等城市都相继建立了中水回用项目 8 1 ，例如青岛市是 我国严重缺水的城市之一，该市于1 9 9 9 年建成了第一座年产量为4 0 ，0 0 0 吨的中 水厂，其工艺是利用二级出水经混凝、沉淀、脱色、消毒、过滤等工序生产出符 合生活杂用水标准的中水，并用于附近单位的冷却、绿化、卫生、施工等方面一1 ， 取得了良好的经济、环境和社会效益。但总体上，由于资金缺乏和政策方面的原 因，中水回用项目在我国还没有得到大面积推广。 西方发达国家对污水的回用率已经到了很高的程度。例如以色列地 旱地区，人均年水资源占有量仅4 7 6 m 3 ，其直接和间接用于回用的 2 国家，目前中 表1 22 0 0 0 年我国炼油企业用水情况【3 1 t a b l e1 - 2t h es t a t u sq u oo fw a t e rc o n s u m ei nc h i n e s ep e t r o l e u mr e f i n e r yp l a n t s 从表1 1 可以知道，2 0 0 2 年我国工业企业排放的废水总量为2 0 7 2 亿吨，占 3 工业和生活废水 石油化工、造纸 工业用水按 说，工艺用水的 使用完后便含有 用量最大的水是 之间只有能量交 此这些废水完全 以达到提高企业内部水循环利用的目的，但实际过程中的渗漏接触难以避免，使 得这些循环冷却水需要进行一定的处理才能回用。1 9 9 8 年国内石化行业的用水量 为5 8 亿m 3 ，重复利用率为7 8 ，其中，最高的9 7 ，而最低的只有1 2 ；每加 工1 吨原油耗水，世界先进水平为0 5m 3 ，我国平均为2 4m 3 ；我国当前生产1 吨乙烯耗水，最先进的为1 5 81 1 1 3 ，但平均则为1 8 6m 3 ，总体上与国外先进水平 差距较大，工业节水潜力巨大1 1 3 1 。近年来，随着各种新技术、新工艺的应用，我 国石化企业的水重复利用率提高到了9 0 t l s l 。表1 2 为我国近期部分炼油企业的 用水状况，从中可见，多数企业吨原油耗水量与世界先进水平仍有较大差距。 1 5 国内外污水处理、回用方面的技术与进展 按照对污染物去除机理大致可分为物理方法、化学法和生化法。现分别进行 讨论。 1 5 1 物理方法 物理方法可去除水中的悬浮污染物( s s ) 和其他污染物。常见的物理方法有 自然沉降、油水分离、冷却、吸附分离、膜过滤技术等。自然沉降法可用来处理 含有大颗粒易沉降污染物的废水，通常用来进行废水的预处理，以降低后续处理 工艺的麻烦。用于处理回用的废水一般都是二级出水或者轻污染废水，其中的s s 含量不会太高，即使相对较高也不容易自然沉降，故该方法较少用于水回用。油 水分离技术在个别行业有应用，如石化行业，但该行业的用水量很大，应该予以 关注。目前通常采用隔油、浮选等方法进行油水分离，油水分离技术常常用作废 水的预处理，要想做到水回用，还需要结合其他方法综合应用。循环冷凝水是工 业应用中用量最大的部分，它不直接和工艺物料接触，理论上不会带入污染物， 可直接冷却回用，但有时冷却水难以避免与物料的接触，故通常会采用药剂法或 其他方法进行处理回用。 吸附分离法是目前常见的物理处理技术，该技术是采用多孔吸附剂吸附流经 吸附剂的废水或者废气中的污染物，通常用来除去水中的色度、臭味以及一些极 性和非极性污染物。常见的吸附剂有活性炭、硅藻土、活性氧化铝、沸石等多孔 4 第一章绪论 物质。其中，活性炭由于内表面积约占其总面积的9 5 以上，是目前性能较好、 价格适中、容易获得的吸附剂，故其应用比较广泛，例如国外石化企业通常采用 活性炭处理回用二级出水，通过大规模使用获得规模效益。活性炭有可再生活性 炭和不可再生活性炭，可再生活性炭价格较高，但可重复使用，不可再生活性炭 价格低廉，但大规模使用费用过高，另外活性炭的经常更换会使操作复杂。 膜过滤技术是近年来发展迅速的新兴技术，其原理是给废水附加能量作为动 力通过高分子薄膜，使污染物得到截留。过去膜分离技术常用来脱盐，如海水淡 化，现在已经广泛应用到污水处理的领域。按照膜孔径的大小可分为微滤、超滤、 纳滤、反渗透等四种类型。该技术的优点是可以通过选用不同孔径的膜对所处理 的污水水质进行调节，如超滤和微滤膜可用来除去分子量超过1 0 0 0 的物质，纳滤 用来除去分子量3 0 0 1 0 0 0 的有机物，反渗透用来除去更小分子量的污染物，缺点 是投资运行费用高、易发生孔堵塞、需要高水平的预处理和化学清洗。在我国， 膜过滤技术已广泛应用于纯净水和桶装饮用水的生产中。膜过滤技术的关键取决 于膜的性能，近些年来，随着各种新型膜的不断开发研制，该技术在工业废水处 理、海水淡化、饮用水制造等方面得到了广泛应用，其缺点也得到了一定程度的 克服。如b r u e q q e r ，a n d r e a s 等人采用聚芳族聚酰胺( p a ) 和聚丙稀腈( p a n ) 膜 处理饮用水厂的滤池反冲洗水回用，在流量1 1 5l m 之h 。的情况下，膜的化学清洗 周期可以达到3 - 一4 个月 1 6 1 。s o n g ，h 等人使用微滤技术处理饮用水厂的滤池反冲 洗水用于回用，在压力小于l b a r 、流量为1 0 0 - 2 0 0 l m 乏h j 的条件下，其所用微 滤膜的化学清洗周期达到2 0 天1 1 7 1 。s c h a e f e r ，j 报道了采用综合膜分离系统 ( i n t e g r a t e dm e m b r a n es y s t e m s ) 在澳大利亚的b r i s b a n e 、美国的s a nd i e g o 。c a 、 墨西哥的p a n e lr e y 等地进行城市和工业污水的处理、回用和回灌地下等方面的 应用，采用其综合膜分离系统降低了4 0 的操作费用、获得了更长的膜化学清洗 周期【l 引。j a d w i g as 6 j k a l e d a k o w i c z ，报道了在不同温度和压力下应用超滤和反渗 透膜处理印染废水，在色度、c o d 、盐的去处方面得到了良好的效果，其中超滤 出水可以在有限的工艺中回用，而反渗透出水则完全达到工艺回用要求，但没有 报道膜的化学清洗周期1 1 9 1 ，c i a r d e l l i ，g 等人在此基础上也进行了相关研究，采用 生物二级出水进行超滤和反渗透研究，也同样得出了符合工艺回用要求的水2 0 1 。 可以预见，随着膜制造技术的不断提高，膜工艺在污水处理、尤其是污水回用领 域将有更广泛的应用。 1 5 2 化学方法 目前常见的化学法主要有混凝沉淀法、氧化法、高级氧化法( 如臭氧氧化、 h 2 0 2 氧化等) 、光化学催化氧化法等。 混凝沉淀法的基本原理是通过往废水中加入混凝剂，形成网状的高分子混凝 物，通过吸附、架桥、中和、包埋等作用去除水中的污 5 华南理工大学硕士学位论文 混凝剂和有机混凝剂，常用的无机混凝剂有聚合氯化铝( p a c ) 或者聚合硫酸铁 ( p f s ) 等，炼油厂污水处理厂常用这两种混凝剂进行工艺污水的预处理。有机高分 子混凝剂的混凝效果要好于无机高分子混凝剂，我国当前使用较多的是聚丙稀酰 胺，但有机高分子混凝剂制造过程复杂，价格较贵，且聚合使用的单体丙稀酰胺 有一定的毒性，故使用中应予以关注。单独采用混凝剂不能取得良好效果时，就 需要加入一定量的助凝剂来改善效果。混凝沉淀法也可以用来进行二级和三级深 度处理，如前面提到的青岛海泊河污水处理厂中水回用项目就是将二级出水先进 行混凝沉淀，故该法应用广泛。 氧化法是指依靠氧化剂的氧化作用来分解破坏水中污染物的结构，以达到分 解水中污染物的目的。最常用的氧化剂有氯气、漂白粉等，其主要目的是用来杀 灭水中的微生物。氧化法历史悠久、价格低廉，目前仍然广泛应用，如在国内常 用作生活饮用水的杀菌剂，但加氯氧化有可能会形成三氯甲烷等有害物质。在工 业领域，回用水往往对氯离子的浓度有要求，因此工业领域常常使用其他方法进 行杀菌。 臭氧氧化和h 2 0 2 氧化法在当前通常归类到高级氧化，其机理为水被o h 一或其 他物质诱发生成氢氧自由基( o h 。) ，利用其强氧化作用使水中的污染物得到比较 彻底的分解，如该方法对废水色度的去除非常彻底，这是生物法所难以达到的。 此外一些难氧化有机物，如卤代烃，在紫外线的作用下也能被臭氧氧化降解。由 于臭氧杀菌、杀灭微生物的效果为氯的6 0 0 一3 0 0 0 倍，且比起常规消毒剂，臭氧 能自行分解为无害物质，在水中无残留，因此臭氧技术常用作饮料行业的消毒， 如纯水制造过程中杀菌1 2 1 1 ，在德国臭氧还用作游泳池水的消毒，此技术我国也已 应用，如2 0 0 1 年在我国举办的友好运动会上就采用该工艺进行游泳池水的消毒。 此外廖远威和赖万东分别对用臭氧处理工业循环冷却水做了研究，认为臭氧能够 代替常规化学法来处理工业循环冷却水，且臭氧还能去除冷却水系统中各个部件 的垢层，防止重新结垢，抑制设备腐蚀【2 2 2 3 1 。采用臭氧处理废水也有其缺点，臭 氧的产生需要消耗大量的电能，大规模应用不经济，因此虽然有关臭氧在污水处 理领域的研究很多，但是实际工业应用却不多。 光化学催化氧化法实际是利用高能量的紫外光( u v ) 对污水照射，使得污 染物得到分解的方法，如李俊杰等人做过利用紫外线去除水中微量的苯的研究【2 4 ， 显示紫外线能够导致水中微量的苯降解。紫外光还可作为催化剂，加速某些化学 反应以分解水中的污染物。目前该法主要用于作为催化剂加速一些氧化反应的速 度，如将紫外光和臭氧或h 2 0 2 耦合应用，如臭氧紫外光、h 2 0 2 紫外光或臭氧+ h 2 0 2 ，紫外光等耦合应用，则使得臭氧或h 2 0 2 分解污染物的速率大大提高，有研 究表明，采用臭氧+ h ：0 2 紫外光等耦合法，能使水中的污染物的去处速率在没有 紫外光存在的条件下提高1 0 倍。紫外线由于具有较强的辐射，对水中的微生物有 6 第一章绪论 较强的杀灭作用，因此也被饮料厂用作纯净水的杀菌消毒。 还有其他一些化学方法，如湿法氧化、超临界催化氧化、电解等方法，但应 用范围不广，主要是针对少量、特定的高毒性废水或难以生物降解的废水，很少 作为废水深度处理技术。 1 5 3 生化法 生物法是目前广泛用于工业和生活污水的处理方法。其基本原理是利用水中 微生物的新陈代谢作用，使污水中的一部分污染物变为微生物的营养加以利用， 使得污染物得到降解。目前该法主要应用于污水的二级处理，如现在广泛使用的 活性污泥法、生物滤池、厌氧技术、生物转盘、生物流化床、生物接触氧化和曝 气生物滤池等方法，根据水质不同，其中的一些方法也可以用于三级和深度处理， 现分别予以论述。 1 活性污泥法 活性污泥法是历史最为悠久的废水生化处理方法，从诞生到现在，其历史已 经接近1 0 0 年，目前仍然广泛应用于工业和城市废水处理工艺。其基本原理是利 用人工培养或驯化的絮状微生物群体，通过微生物自身的新陈代谢作用，吸附并 分解废水中的污染物，使之一部分转化为微生物自身的细胞质，一部分分解为无 害的无机物。 空气 剩余污泥 图1 - 1 活性污泥法工艺流程图 f i g u r e1 - 1t h ef l o wd i a g r a mo fa c t i v es l u d g e 常见的活性污泥工艺的流程图见图1 1 ，污水在经过初沉池等前处理工艺后， 进入曝气池进行生化处理，然后经二沉池排放，一部分污泥回流，剩余污泥则排 放。对于用水量大且水质波动相对平稳的城市生活污水和工业污水来说，活性污 泥法具有运行稳定、费用低廉、便于管理等优点，其缺点是对水质、水量要求高、 负荷低、不耐冲击、易发生污泥膨胀和中毒，并且占地面积大、一次性投资高。 经过多年的使用和改进，活性污泥法产生了多种改进的方法，如氧化沟、s b r 法、 a o 工艺、a b 工艺等，这些方法目前在包括石化废水处理方面得到了广泛应用， 是成熟的污水二级处理技术。该工艺的改进工艺也可用于城市污水的三级处理， 7 华南理工大学硕士学位论文 使其具有除磷脱氮的功能，如a o 工艺和b a r d e n p h o 工艺可用于生物脱氮，a o 工艺和p h o s t r i p 工艺可用于生物除磷，a 2 o 工艺、改进的b a r d e n p h o 工艺、u c t 工艺和s b r 工艺等可同时脱氮除磷。该工艺较少用于回用水的处理。 2 生物滤池法 生物滤池法是在砂滤池的基础上发展起来的一种生物处理法，该方法是利用 污水流经滤料表面形成的微生物膜来净化废水的。其机理是污染物首先被生物膜 所吸附，然后进入微生物的细胞内，被微生物分解利用。外部的生物膜由于和废 水直接接触，容易从水中获得氧，形成好氧层，而内部的生物膜则难以获得氧气， 形成厌氧层。随着微生物的生长，两层膜之间失去平衡，生物膜老化脱落，最终 生物膜获得更新，又形成了新的生物膜。 生物滤池的流程见图l 一2 ，由图可见，生物滤池由布水设备，滤床和排水系 统组成。滤料通常采用蜂窝装块状滤料，布水设备是为了保证污水能均匀分布在 滤床表面，排水系统主要起到收集污水和生物膜、保证通风和支撑滤料的作用， 通风采用自然拔风的形式。 排水f 朗赢 图1 2 采用固定式喷嘴布水系统的生物滤池 f i g u r e1 - 2t h eb i o f i l t e rw i t hf i x e di n j e c t i n gn o z z l ew a t e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m 生物滤池法一般用于较高浓度的二级生化预处理，以保证后续二级生化处理 有稳定的处理效果，该方法具有处理效果稳定，耐冲击性强的优点。但传统生物 滤池处理效率不高，目前生物滤池一般通过回流或采用塔式滤池来提高处理效率。 生物滤池一般不用于污水的深度处理。 3 厌氧技术 厌氧技术是利用微生物在没有溶解氧或溶解氧浓度很低的条件下，被迫分解 水中的有机物以获得营养和能量，从而水中的污染物得到降解，并且能够得到沼 气，如果将这些沼气加以利用，又起到了节能的作用。厌氧技术具有能耗低、负 荷大的特点，主要用来对难生化、高浓度的有机废水进行预处理，能提高废水后 续工艺的可生化性，一般不用于深度处理。 4 生物转盘 8 第一章绪论 生物转盘是在生物过滤法上发展起来的技术，去除水中有机物的机理与生物 滤池基本相同，但构造形式则与生物滤池完全不同。生物转盘是通过盘面的转动， 盘片表面的生物膜交替与废水和空气接触。好盘片运转时，大部分盘面在空气中， 生物膜将吸附的有机污染物，在氧的作用下降解。也有厌氧生物转盘，和好氧生 物转盘不同的时其大部分盘面在水中，仅有小部分与空气接触。生物转盘法法具 有运行简单、耗电少、冲洗简便等优点，适合小规模的废水处理，缺点是占地面 积大，基建投资大，盘材昂贵。另外在处理还有挥发性有机物的废水时，容易对 大气产生污染。目前还没有采用该方法对污水进行深度处理的报道。 5 生物流化床 生物流化床技术是借助流体( 气体、液体) 使表面生长着微生物的固体颗粒 呈流化态，同时进行去除和降解有机污染物的生物膜处理技术。该技术于7 0 年代 用于污水处理。图1 3 为三相生物流化床，流化床内载体表面的生物膜依靠气体 的搅动作用，颗粒之间激烈摩擦，使生物膜脱落，不必另设充氧和脱膜设备。三 相流化床设备简单，操作也容易，具有容积负荷高、抗冲击负荷能力强的优点。 此外，由于生物膜薄、更新快，微生物具有活性强、传质效果好的特点。采用该 方法在实验室中对一些污水进行深度处理，取得了较好的效果。但较强的流化状 态所造成的剪切作用大，会导致挂膜不易。此外生物流化床还存在设备磨损严重、 载体在湍动过程中会磨损变小、生物颗粒容易流失的问题，在工业放大过程中也 遇到很多问题，因此目前该技术较少有实际的工业应用，如上述问题能得到较好 的解决，有可能成为较好的废水生物处理方法。 篪耽滚 6 生物接触氧化 图1 - 3 三相生物流化床 f i g u r e1 - 3t h et h r e e - p h a s eb i o - f l u i d i z e db e d 9 华南理工人学硕士学位论文 生物接触氧化技术是近年来国内研究比较广泛的污水生物处理技术。该技术 是在曝气池中填充填料，使填料表面形成生物膜，通过底部或表面曝气，废水流 过填料层与生物膜接触，污染物获得降解。 生物接触氧化的工艺较多，图1 4 所示的是侧面曝气的生物接触氧化池，由 图可见，在曝气设备的作用下，在生物接触氧化池内形成了一个循环流，污水由 于曝气获得溶解氧，在填料层中的好氧生物膜作用下得到降解。生物接触氧化法 要求填料的比表面积大、空隙率大、水力阻力小、强度大、化学和生物稳定性好、 经久耐用。目前常用聚氯乙烯塑料、聚丙稀塑料等性或半软性的悬浮填料、环氧 玻璃钢等做成的蜂窝状和波纹板填料，也有使用陶瓷填料的例子。 生物接触氧化技术的优点是废水流动的水力性能好、填料表面生物量高、传 质效果好、污泥生成量小、容积负荷大、运行管理方便等。缺点是填料间水流缓 慢水力冲击小，生物膜自我更新慢。国内有人对用生物接触氧化工艺对炼油废水 做了一些深度处理的研究，如陈洪斌等人采用该方法处理炼油二级出水，但处理 效果尚不能达到回用标准【2 卯。 空气 图1 4 侧面曝气的生物接触氧化池 f i g u r e1 - 4t h eb i o l o g i c a lc o n t a c tp r o c e s sw i t hs i d ea e r a t i o n 7 曝气生物滤池 曝气生物滤池技术是近年来发展迅速的废水处理方法，由法国o t v 公司首 先开发出来。该工艺现在已经在北美、日本等发达国家得到广泛应用，全世界已 经有数百家污水处理厂采用曝气生物滤池的技术，我国的北京、马鞍山等地也有 数家示范工程投入应用 2 6 1 。常见的曝气生物滤池结构如图1 5 所示： 1 0 图1 5 曝气生物滤池结构图 f i g u r e1 - 5t h es t r u c t u r eo fb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r 图1 5 所示的是上流式曝气生物滤池的结构图，水从下部进水滤池，此外 还有下流式。但是研究显示，采用上流式的处理效果好于下流式，故通常都采 用上流式。曝气生物滤池是一种高负荷污水处理技术，结合了生化反应和吸附过 滤的功能，将微生物去除有机物、氨氮、总氮、磷等污染物和过滤除去悬浮物结 合起来，省去了二沉池。相对于其他生物处理方法，曝气生物滤池具有高生物量、 高生物活性和高传质速度的特点。此外，该工艺还具有总体投资少、运行费用 低、处理速度快、抗冲击性能好、出水水质高的特点。国内有人采用该工艺进 行生活污水深度处理的研究，取得了较好的效果1 2 7 ，显示出生化法在废水深度 处理方面的有广阔的应用前景。 1 6 我国石化行业废水处理与回用现状 在我国，石化行业的废水回用已经有近3 0 年的历史，如上个世纪7 0 、8 0 年 代我国的长岭炼油厂将处理过的废水用于回用，但由于水质的原因，长期使用效 果不好。随着技术的进步和资金的投入，我国石化行业近些年来节水率有了较大 的提高