曝气生物滤池在处理炼油高浓度废水中的应用.doc

曝气生物滤池在处理炼油高浓度废水中的应用摘要：介绍了曝气生物滤池的工艺原理和主要特点，以及在处理炼油厂高浓度生产废水中的应用，分析了影响曝气生物滤池运行的主要因素有温度、pH值和碱度、水力负荷、溶解氧等，曝气生物滤池在高浓度污水处理中有很好的应用前景。关键词：曝气生物滤池；高浓度废水；影响因素曝气生物滤池（Biological Aerated Filter）简称BAF，是20世纪80年代末90年代初在普通生物滤池的基础上，并借鉴给水滤池工艺而开发的污水处理新工艺。BAF最初用于污水的三级处理，后发展成直接用于二级处理，以曝气生物滤池为基础的多种组合工艺现不仅仅用于生活污水的处理，还可以用于工业废水的处理【1】。1 BAF的工艺原理和主要特点1.1 BAF工艺原理BAF处理污水的原理是反应器内填料上所附生物膜中微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用【2】。通过微生物的培养，微生物附着生长在填料表面，污水流经载体表面过程中，通过有机营养物的吸附，氧向生物膜内部的扩散以及发生在膜内部的生物氧化作用，对污染物进行分解，最终形成各种代谢物（CO2,水等）。曝气生物滤池的过滤作用依靠填料本身所具有的吸附作用和机械截留作用。BAF进水中颗粒较大的悬浮物质被截留，填料上生长的大量微生物在新陈代谢时可产生粘性物质，与悬浮颗粒粘在一起，形成细小絮体，通过接触絮凝作用而被去除。BAF中的微生物生长在具有较大比表面积的填料表面上，这使得池中可以容纳大量的微生物，从而在体现出容积负荷高，停留时间短的特点的同时，又能保证滤池在较低的污泥负荷下运行，为进一步降解污水中的有机污染物提供了可靠的保证，从而获得了优良的处理效果，保证出水稳定性。1.2 BAF的主要特点与传统生物处理工艺相比，BAF具有如下特点：1.2.1 生物浓度高，有机负荷高BAF采用高比表面积的填料，并设有曝气系统，为微生物提供了更佳的生长环境，易于挂膜和稳定运行，单位体积内微生物量可达1015g/L，因而其容积负荷远高于传统工艺，处理能力更大。1.2.2 除污能力强，耐冲击能力强由于BAF特殊的构造和运行方式，其中生物膜将呈现出优势菌种在不同空间位置的“生态分布”特征，使其同时具有有机物去除，硝化和反硝化等多种功能，出水水质稳定。BAF内单位体积微生物量较高，对有机负荷，水力负荷的变化不是特别敏感，具有很好的抗冲击性。1.2.3 占地面积小，基建费用低BAF的填料对污水中的悬浮物及脱落的生物膜具有高效的截留作用，所以，不需要设置二沉池进行泥水分离。另外，高浓度的微生物量使得BAF的容积负荷增大，进而减少了池容积和占地面积，使基建费用大大降低【3】。2 BAF在处理炼油高浓度废水中的应用某炼油厂在生产过程中，产生电脱盐废水、气分碱洗水、碱渣、环烷酸回收废水等高浓度废水。炼油污水处理场为实现污污分流治理，提高污水处理效率以及污水回用率，将这股高浓度污水从低浓度污水中分流出来单独处理。高浓度污水混合后水质、水量见表1。表1 高浓度污水混合后的水质和水量项目水量石油类CODCr氨氮挥发酚硫化物混合污水42m3/h278mg/L2941 mg/L43 mg/L48 mg/L54 mg/L该炼油厂的高浓度污水处理装置设计处理能力为50m3/h，采用酸碱中和、油水分离、微电解和气浮技术对高浓度污水进行预处理，预处理后的高浓度水进入曝气生物滤池进行生化处理，曝气生物滤池的出水进入到该污水处理厂的低浓度含油污水处理系统的传统推流式曝气池进行进一步生化处理后排放。工艺流程示意图如图1。气分碱洗水、碱渣中和池涡凹气浮设备含油污水系统曝气池曝气生物滤池环烷酸回收废水均质罐电脱盐废水油水分离器排放微电解池污水回用设施图1 高浓度废水处理工艺流程2.1 高浓度废水处理设施简介2.1.1 中和池中和池的作用是利用酸碱中和反应，调节废水的pH值。该装置的中和池将酸性的环烷酸回收废水和碱性的气分碱洗水、碱渣按一定比例混合，使废水的pH值符合装置处理要求。2.1.2均质罐均质罐的作用是克服各生产装置污水排放的不均匀性，均衡调节污水的水质和水量的变化，使后面生物处理设施的进水量均匀，降低污水的不一致性对生物处理设施的影响。同时，该均质罐具有收油和排泥设施，利用物理方法，可以初步的去除污水中携带的浮油和污泥。2.1.3油水分离器油水分离器的作用是进一步去除污水中的浮油。污水经离心泵加压后进入油水分离器，由于水和油的密度不同，污水经过旋流分离器时在收缩腔、尾锥内产生高速旋转所产生的离心力，将较重的液体抛向外侧，呈螺旋状从底流口排出，而较轻的液体则在尾锥中心低压区形成油芯，并从溢流口排出，从而实现油水分离的目的。2.1.4微电解池微电解池是利用酸性污水通过含铁、炭成分的特制填料时，形成的无数微小腐蚀电池所发生的氧化还原反应处理污水。微电解池内设有铁屑层，并根据需要投加硫酸亚铁，同时鼓风曝气，反应生成的硫化亚铁及氢氧化铁等产物。微电解池消除硫对生化处理的不利影响，同时可吸附大分子和溶解度较小的有机物，降低污水的COD值和色度。2.1.5 涡凹气浮设备涡凹气浮设备主要由混凝区、曝气区、气浮区、刮渣和排泥设施等几部分组成。废水自上游处理设施自流进入到气浮设备前端的混凝区，在混凝区前投加有机高分子絮凝剂。絮凝剂的投加能够使颗粒物质在发生有效碰撞后长大，而后与气泡相互粘附上浮去除。混凝区设有隔板，污水和絮凝剂的混合物在隔板通道间流动过程中充分混合。混合后的污水进入到气浮设备的曝气区。曝气区设有曝气机，使水中产生很多微细气泡，悬浮物和油珠与微细气泡结合浮到水面，污水经出水槽流入曝气生物滤池。水面的浮渣和底部积泥利用刮渣和排泥设施排出气浮设备。2.1.6曝气生物滤池生化处理是废水处理中最核心的部分。该曝气生物滤池是一个大的池体，内部分四间，每间可以独立运行，每间分三级。废水从第一级底部进入，之后溢流进入第二级，再从底部进入第三级，溢流出水。因该炼油厂生产废水中的氨氮含量不高，所以，该BAF只设置了好氧段。每间池用钢架和丝网分成3层，最底层安装曝气器和排泥设施。第二层和第三层都是填料层。填料是软性填料，具有较好的吸水性和较大的比表面积，有利于过滤和微生物的生长。2.1.7含油污水系统曝气池 该曝气池采用传统的活性污泥工艺。曝气生物滤池出水在曝气池前与经隔油、浮选处理后的低浓度含油污水混合后进入曝气池中，出水进入二沉池泥水分离后，部分进入污水回用设施，部分排放。2.2 曝气生物滤池处理效果 见表1。表1 曝气生物滤池进出水水质和去除率项目 石油类 氨氮 COD pH值进水水质78.3 85.2 1175 7.67 出水水质 17.0 32.0 372 7.45 去除率 78.3 62.5 68.3 -注：表中数值为9次取样所监测的平均值。单位mg/L（pH值和去除率除外）。从表中可以看出，曝气生物滤池对石油类和COD的去除率分别为78.3和68.3，氨氮的去除率为62.5。曝气生物滤池不但对石油类和COD有很好的去除效果，对氨氮也有较高的去除率，对氨氮的去除有利于污水回用。3 影响曝气生物滤池的主要因素3.1 温度温度是影响微生物正常代谢的主要因素之一。任何微生物都有一个最佳的生长温度。在一定的温度范围内，大多数微生物的新陈代谢活动都会随着温度的升高而增强，随温度的下降而减弱。好氧微生物的适应范围是1030，一般水温低于10或高于30时，对生物处理的净化效果将产生不利影响。当温度高于40或低于5时，微生物活动甚至会完全停止。所以，在温度高的夏季，生物处理效果最好；而在冬季水温低，生物膜的活性受到抑制，处理效果受到影响。水温在接近细菌生长的最高生长温度时，细菌的代谢速率达到最大值，此时，可使胶体基质作为呼吸基质而消耗，当水温继续升高时，会导致微生物死亡。3.2 pH值和碱度微生物的生长繁殖与pH值有着密切关系。对于好氧微生物来说，pH值在6.58.5之间较为适宜。微生物对pH值的波动十分敏感，即使在适宜的pH值范围内，pH值突然改变也会引起细菌活性的明显下降。因此，应尽量避免曝气生物滤池进水pH值的突然变化。碱度影响微生物的硝化反应。因为硝化反应是一个好氧过程，其适宜的pH值范围在7.08.5之间，超出其适宜范围，硝化细菌的活性便急剧下降，使氨氮的去除率降低。3.3 水力负荷水力负荷大小直接影响到污水在池中与载体上生物膜的接触时间。微生物对有机物的降解需要一定的接触时间作保证，水力负荷愈小，污水与生物膜接触时间愈长，处理效果愈好，反之亦然。另外，当水力负荷过高时，水力冲刷作用过强，会造成生物膜的流失。但水力负荷与工程造价密切相关，在满足处理要求的情况下，应该尽量减小水力负荷。3.4 溶解氧在曝气生物滤池中，微生物以好氧菌为主，溶解氧是影响生物膜生长和出水效果的重要因素。生物膜的量、微生物的代谢能力和代谢过程、有机物的去除动力学、出水中有机物的浓度，均与氧的供给密切相关。如果溶解氧不足，好氧微生物由于得不到足够的氧，正常生长规律受到影响甚至被破坏，严重时，导致生物膜恶化变质，发黑发臭，出水水质明显下降。曝气量大，滤池中的溶解氧高，提高好氧微生物的活性和生物膜内氧化分解有机物的速率，从而出水中的COD就低【4】。此外，加大曝气量后气流上升产生的剪应力有助于老化的生物膜脱落，防止生物膜过厚，并防止堵塞，提高滤池中的传质速率，有利于废水在滤池中的扩散。但是，过大的曝气量也会对生物膜的生长产生负面影响，特别是对于待处理污水的污染物浓度低，且生化可降解性不好时，在大曝气量情况下，微生物极易在营养不够的情况下消耗自身，难以在填料表面附着生长【5】。4 结论曝气生物滤池具有生物浓度高，有机负荷高，除污能力强，耐冲击能力强，占地面积小，基建费用低等特点。在处理炼油厂高浓度生产废水的应用中，对废水中的石油类、COD和氨氮都有较高的去除率，对氨氮的去除有利于污水回用。温度、pH值和碱度、水力负荷、溶解氧是影响曝气生物滤池处理效果的主要因素。曝气生物滤池在高浓度废水处理方面有很好的应用前景，在今后的水处理中应该广泛应用。参考文献1 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