上下向流BAF 处理化肥厂工业废水的中试研究

　　西北地区某石化公司化肥厂有两套54 万t /h的合成氨装置, 排放废水10 000 m3 /d。经调查表明,化肥厂外排废水含尿素、甲醇、装置泄漏的氨气和少量氰化物等污染物质, COD 在100 ~ 250 mg/L, 氨氮10 ~ 100 mg/L、悬浮物< 50 mg/L, 能满足GB 8978—1988 的二级排放标准, 但远远达不到回用作循环水补水的指标。近年来, 由于企业发展对工业水的需求量逐年增加, 意识到污水回用作循环冷却水补水将带来可观的经济效益和环境效益。因此, 选用占地面积少、生物量大、处理能力强的曝气生物滤池(BAF) 工艺〔1～4〕对外排废水进行可生化性研究, 使废水达到回用指标。

　　1 实验方法

　　1.1 实验装置及流程

　　上向流工艺流程见图1, 下向流工艺流程见图2。试验用水取自某石化公司化肥厂一二化总排污水口, 用潜水泵抽入罐车, 然后运到中试场地水槽中。计量泵将污水泵入到反应柱, 装置设计处理能力60 L/h, 气源是工艺压缩空气。柱高为4 000 mm, 直径300 mm, 厌氧区高度2 000 mm, 石块垫层高度200 mm, 填料高度2 500 mm, 保护高度1 000 mm,填料直径2 ~ 4 mm, 密度1.012 g/mL, 积密度0.545g/mL。包括挂膜在内实验时间3 个月。

　　1.2 分析方法

　　( 1)COD: 重铬酸盐法, HATCH 公司COD 快速测定仪; ( 2) 氨氮: 纳氏试剂分光光度法, 751 分光光度计; ( 3) 浊度: HATCH 公司2100P 浊度计; ( 4)NO2-、NO3- : 分光光度法。

　　1.3 实验运行参数

　　实验运行参数见表1。

　　表1  实验运行参数

pH               水温/℃     气水比    反冲洗气强度/ (m3·m-2·h-1)  反冲水强度/ (m3·m-2·h-1)  水力停留时间/h 
8.0 ~ 9.0        15 ~ 50    3∶1~ 8∶1  14           7                        4.5

　　2 实验结果与讨论

　　2.1 挂膜处理

　　实验期间上下向流工艺同时运行, 以比较其出水水质来评价效果的好坏。上向流工艺采用气水同向流, 下向流工艺采用气水逆向流, 反冲洗采用此装置的工艺出水, 气水均自下而上流经陶粒层。由于要处理的废水为不易生物降解的低浓度废水, 所以采用接种强化挂膜, 以加强挂膜效果, 减少挂膜时间。将废水处理厂污泥回流池剩余活性污泥直接加入反应柱中, 同时加入一定量的有机及无机营养物〔营养物的投加按m(C) ∶m(N) ∶m( P) = 100 ∶5 ∶1〕以保证微生物生长的需要, 然后闷曝3 d。3 d 后小流量间断进待处理废水, 使微生物逐渐适应进水水质, 待出水变清澈后, 逐渐增加废水流量, 直至达到设计要求为止。经过20 d 的连续运转, CODCr 去除率稳定在70%, 确认挂膜完成。

　　2.2 两种工艺对氨氮的去除效果比较从图3 知, 上向流具有更好的脱除氨氮的能力, 出水的氨氮低于下向流出水。当氨氮负荷为0.4 kg/(m3·d) 时, 上向流出水氨氮8 mg/L, 下向流出水氨氮15 mg/L, 表现出优异的硝化反硝化功能。结合硝酸根和亚硝酸根的数据表明: 在离BAF 柱底部2 m 处存在一个氨氮脱除的突变点。关于上向流
工艺较佳的去除氨氮的机理还在进一步探索中〔5〕。

　　2.3 两种工艺对COD 的去除效果比较由图4 知, 在正常运行初期下向流工艺表现出比上向流工艺更好的处理能力, 在COD 负荷1.2 kg/(m3·d) 下, 下向流出水COD< 50 mg/L, 去除率70%。随着运行周期的延长, 上向流的出水水质变好, 对COD 的去除率增加, 在COD 负荷为3.49 kg/(m3·d) 时, 出水COD45 mg/L, 去除率为89.5%, 下向流出水COD 为123 mg/L。

　　2.4 两种工艺对出水浊度的去除情况由图5 知, 两种工艺能够显著降低浊度, 平均去除率达99%, 尤其是上向流出水, 在较低曝气比时,出水浊度和悬浮物都较低, 这说明陶粒表面的生物膜发挥了生物氧化和截留作用, 使废水中的悬浮物在较短水力停留时间内得到去除。

　　2.5 上下向流工艺出水pH 的变化情况由图6 知, 化肥废水氨氮含量高, 偏碱性, 通过曝气生物滤池后, 由于氨氧化细菌和硝化细菌的作用, 将废水中的氨氮和有机胺转化为亚硝酸根和硝酸根, 从而使出水碱度下降。尤其是上向流工艺, 出水pH 平均下降1 个单位, 最高降低2 个单位。若回用到循环水系统, 将减少工艺加酸量, 减少换热器的结垢和垢下腐蚀。

　　2.6 上下向流工艺反冲洗效果比实验期间还发现下向流工艺易于堵塞, 反冲洗频率高; 而上向流工艺具有反冲洗次数少, 反冲洗周期长的优点, 且下向流工艺抗有机负荷和氨氮负荷冲击的能力弱于上向流。因此综合考虑工程应用上优选上向流工艺。

　　3 结论

　　同时运行上下向流BAF 装置处理化肥工业废水, 使出水水质达标回用。实验表明上向流工艺比下向流工艺有如下的优势:

　　( 1) 在降解有机物去除COD 方面, 上向流表现出逐渐增加的能力, 在COD 负荷为3.49 kg/(m3·d)时, 出水COD45 mg/L, 去除率为89.5%。

　　( 2) 在整个实验期间, 上向流工艺的脱氨氮能力非常出色, 当氨氮负荷为0.4 kg/(m3·d) 时, 上向流出水的氨氮为8 mg/L, 脱除率为82%。

　　( 3) 在实验初期, 上向流出水的浊度高于下向流出水, 但随着装置的运行, 上向流陶粒的微生物膜的浓度增加, 对进水悬浮物的捕集作用明显, 上向流出水越来越清澈, 对浊度的去除率为99%。

　　( 4) 上向流工艺出水碱度明显降低, 当回用于循环水补水时, 将降低系统的加酸量, 减轻设备的腐蚀, 维持装置的长周期运行。

　　[ 参考文献]

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　　[ 4]Moore R, Quarmby J, Stephenson T. The effects of media size onthe performance of biological aerated filter[ J] . Wat. Res., 2001, 35( 10) : 2 514 - 2 522.

　　[ 5] 马军, 邱立平. 曝气生物滤池中的亚硝酸盐积累及其影响因子[ J] .环境科学, 2003, 24( 1) : 84 - 90.