臭氧催化氧化+BAF工藝在污水處理提標(biāo)改造中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

邱 杰

(中國(guó)石化海南煉油化工有限公司，海南 儋州 578101)

1 引言

海南某公司污水處理場(chǎng)于2006年建成投用，設(shè)計(jì)規(guī)模為650 m3/h，其中含油污水處理規(guī)模為450 m3/h，含鹽污水處理規(guī)模為200 m3/h。含鹽污水現(xiàn)有流程如下：調(diào)節(jié)罐→油水分離器→渦凹?xì)飧　軞鈿飧〕亍趸瘻稀炷恋沓亍O(jiān)控池→排?！，F(xiàn)有含鹽污水處理系列的處理流程短，設(shè)計(jì)規(guī)模為200 t/h，多年運(yùn)行實(shí)際效果表明，氧化溝實(shí)際處理能力在120 t/h，且處理后的污水達(dá)標(biāo)率偏低。

隨著《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB31570-2015)的頒布，新增總氮排放指標(biāo)40 mg/L，氨氮指標(biāo)由15 mg/L降低到8 mg/L。由于污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，原有一級(jí)生化處理流程難以滿足達(dá)標(biāo)排放，項(xiàng)目亟需進(jìn)行改造升級(jí)。該項(xiàng)目存在的主要問題，一是由于含鹽污水生化系統(tǒng)原始設(shè)計(jì)是一級(jí)生化，抗沖擊能力差，系統(tǒng)受沖擊后，需要10 d左右的恢復(fù)時(shí)間；二是現(xiàn)有含鹽污水系列改造前5年，主要外排指標(biāo)，如COD、NH3-N、TP、TN等，數(shù)據(jù)波動(dòng)極大；三是污水處理合格率在60.38%～92.05%之間，合格率較低。

2 改造方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)上述問題，本次改造主體工藝采用臭氧催化氧化+BAF深度工藝。作為一種高級(jí)氧化技術(shù)，臭氧催化氧化結(jié)合了臭氧的強(qiáng)氧化性和催化劑的吸附、催化特性，能較為有效地解決有機(jī)物難降解的問題[1]。與結(jié)合了生物接觸氧化法和生物膜法水處理技術(shù)的生物曝氣濾池組合使用，臭氧催化氧化具有預(yù)處理的功能，能有效提高出水水質(zhì)[2]。BAF具有抗沖擊能力強(qiáng)，占地面積少，投資運(yùn)行成本低，自動(dòng)化程度高，出水水質(zhì)好且穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)[3]。

目前含鹽污水在系統(tǒng)穩(wěn)定情況下，出水水質(zhì)已經(jīng)可以達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)，為了節(jié)約水資源，增加回用率，本次改造含鹽污水深度處理按雙系列考慮，含鹽污水處理系列處理后進(jìn)入回用水系統(tǒng)，循環(huán)水排污系列處理后合格排放。循環(huán)水排污預(yù)處理方式采用氣浮和過濾，以保證懸浮物濃度。采用反硝化工藝提高氮的祛除率[4]。考慮到BAF運(yùn)行會(huì)投加藥劑，影響硝化，故將反硝化工藝置于BAF系統(tǒng)前?？傮w形成反硝化系統(tǒng)、臭氧催化氧化+BAF的深度處理系統(tǒng)。

2.2 設(shè)計(jì)水質(zhì)和水量

現(xiàn)有含鹽污水處理流程處理后含鹽污水水量為120 m3/h，循環(huán)水排污預(yù)處理為60 m3/h，含鹽污水深度處理設(shè)計(jì)水量按200 m3/h考慮；其中，含鹽污水新增后處理設(shè)施分為兩個(gè)系列，設(shè)計(jì)規(guī)模各為100 m3/h。根據(jù)《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，總設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。

表1 總設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

3 工藝流程

3.1 循環(huán)水提標(biāo)預(yù)處理流程

循環(huán)水排污經(jīng)提升池B進(jìn)入溶氣氣浮設(shè)施,氣浮設(shè)施采用加壓溶氣氣浮，出水重力流至混凝土池型連續(xù)流砂過濾器，砂濾出水進(jìn)入含鹽污水進(jìn)水提升池與部分一級(jí)生化處理后含鹽污水混合后進(jìn)入后續(xù)處理流程。

3.2 污水提標(biāo)工藝流程

原有含鹽污水流程處理后混凝沉淀池出水進(jìn)入提升A，剩余部分與循環(huán)水排污一同進(jìn)入提升池B，由泵提升，分別與絮凝劑、外加碳源混合后進(jìn)入由移動(dòng)床反硝化反應(yīng)器構(gòu)成的反硝化系統(tǒng)，完成生物脫氮和過濾，再由頂部的出水堰，自流排出?？紤]到氧化溝出水碳源較少，本次改造采用乙酸鈉(5%～10%)作為碳源。

反硝化系統(tǒng)出水重力流至臭氧催化氧化+BAF系統(tǒng)。臭氧以為水射器形式與反硝化系統(tǒng)出水一同進(jìn)入臭氧催化氧化池，出水自流進(jìn)入曝氣生物濾池進(jìn)一步脫出氧化殘片和剩余COD。催化氧化臭氧尾氣經(jīng)尾氣破壞裝置破壞后排放。

含鹽污水的系列曝氣生物濾池出水自流進(jìn)入回用水池，可供全場(chǎng)回用；循環(huán)水排污系列曝氣生物濾池出水自流進(jìn)入監(jiān)控池，設(shè)置在線COD和總氮監(jiān)測(cè)合格后由泵送至全廠監(jiān)控池排放(圖1)。

圖1 改造工藝流程

4 主要構(gòu)筑物及工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

進(jìn)水提升池兩間(合建)，總?cè)莘e128 m3，規(guī)格8 m×4 m×4 m。循環(huán)水排污提升池兩間(合建)，總?cè)莘e128 m3，規(guī)格8 m×4 m×4 m。

溶氣氣浮成套設(shè)備處理水量60 m3/h，回流比30%，進(jìn)水石油類≤50 mg/L，SS≤150 mg/L，出水石油類≤20 mg/L，SS≤70 mg/L。連續(xù)流砂過濾器(砼安裝型)一個(gè)，處理水量60 m3/h，出水SS≤20 mg/L。

反硝化系統(tǒng)兩套，進(jìn)水TN≤60 mg/L，SS≤70 mg/L，TN≤30 mg/L，SS≤20 mg/L。

臭氧催化氧化池共12間，總?cè)莘e16.97 m3，規(guī)格L×B×H=2.5 m×2.8 m×6.7 m。氧化穩(wěn)定池兩間，總?cè)莘e250 m3，規(guī)格L×B×H=16.2 m×7.8 m×5.8 m。曝氣生物濾池4間，總?cè)莘e100 m3，規(guī)格L×B×H=6.3 m×7.8 m×5.8 m。臭氧催化氧化+BAF系統(tǒng)進(jìn)水COD≤100 mg/L，出水COD≤50 mg/L。

一體式臭氧發(fā)生器兩套，單位臭氧需空氣量100 Nm3/(kg/O3),單位臭氧冷卻水量2.0 m3/(kg/O3),單位臭氧耗電量9 kW·h(kg/O3),工作壓力0.06～0.08 MPa。

臭氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)以及臭氧+BAF工藝設(shè)計(jì)參數(shù)見表2、表3。

表2 臭氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

表3 臭氧+BAF工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

5 運(yùn)行效果

經(jīng)過兩個(gè)月的調(diào)試運(yùn)行，該工程項(xiàng)目正式運(yùn)行，運(yùn)行期間工況穩(wěn)定，出水水質(zhì)滿足《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)，含鹽系列處理量約2000 m3/d，循環(huán)水排污系列處理量約1500 m3/d。

5.1 NH3-N去除效果

兩個(gè)系列出水NH3-N如圖2所示。由圖可以知，雖然去除率有部分時(shí)間為負(fù)數(shù)，特別是循環(huán)水排污去除率波動(dòng)較大，但是出水水質(zhì)仍然達(dá)標(biāo)。含鹽水系列出水平均水質(zhì)和平均去除率分別為0.48 mg/L、55.6%，循環(huán)水排污系列分別為0.29 mg/L、50.4%。兩個(gè)系列出水NH3-N均低于5 mg/L，最高值出現(xiàn)在含鹽系列中，濃度為4.34 mg/L，合格率為100%。循環(huán)水排污系列處理效果良好，含鹽水系列去除效果好于循環(huán)水排污，說明臭氧催化氧化更適合改造以及生化處理系統(tǒng)。

圖2 出水NH3-N濃度

5.2 TN去除效果

兩個(gè)系列出水TN如圖3所示。相比NH3-N而言，TN的去除率波動(dòng)更大，最高去除率達(dá)99%，最低去除率可達(dá)-78%。含鹽系列出水TN平均濃度和去除率分別為10.49 mg/L、8.51%，循環(huán)水排污系列為14.29 mg/L、6.08%，出水綜合合格率達(dá)100%，當(dāng)TN進(jìn)水濃度較高時(shí)去除率較好。在實(shí)際運(yùn)行中，由于出水TN和NH3-N濃度已經(jīng)完全符合排放指標(biāo)，因此在反硝化過程中，為了控制成本，并未投加乙酸鈉，這也是造成TN和NH3-N去除率波動(dòng)極大的主要原因。

圖3 出水TN濃度

5.3 COD去除效果

兩個(gè)系列出水COD如圖4所示。含鹽系列出水COD平均值和平均祛除率分別為29.64 mg/L、32.6%，循環(huán)水排污分別為36.31 mg/L、28.30%。含鹽水處理效果略好于循環(huán)水排污。循環(huán)水排污出水COD不合格1次，綜合合格率達(dá)到99.63%。含鹽系列中，上游氧化溝系統(tǒng)受沖擊，運(yùn)行不良好，氧化溝進(jìn)出水COD存在上升趨勢(shì)，由于受電脫鹽來水溫度過高影響，氧化溝污泥濃度偏低，出水COD偏高，導(dǎo)致在132 d的時(shí)候，系統(tǒng)來水COD較高，受到明顯沖擊，3 d以后，出水水質(zhì)達(dá)到30 mg/L，遠(yuǎn)小于改造前的恢復(fù)時(shí)間，說明系統(tǒng)受沖擊能力強(qiáng)。

圖4 出水COD水質(zhì)

6 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

該項(xiàng)目在原有污水處理場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行，占地面積3229 m2，總投資為4647萬元(含增值稅396萬元)，其中工程費(fèi)用3866萬元，包括設(shè)備購置費(fèi)2400萬元；主要材料費(fèi)424萬元；安裝工程費(fèi)305萬元；建筑工程費(fèi)736萬元。單位電耗約為1.95 kW·h/m3，單位水處理總能耗約為0.26 kgEO/t。

7 結(jié)論

(1)采用臭氧+BAF組合工藝對(duì)含鹽系列進(jìn)行深度處理，由于一級(jí)生化系統(tǒng)來水水質(zhì)波動(dòng)以及碳源量的因素，去除率波動(dòng)較大；當(dāng)進(jìn)水濃度較高時(shí)，系統(tǒng)去除率效果較好?？傮w出水水質(zhì)好，承受沖擊能力強(qiáng)，完全滿足《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)，具有較好的工程借鑒意義。

(2)采用了一體化反硝化設(shè)備有效的降低氮含量，提高了外排NH3-N和TN的合格率；但是循環(huán)水系列沒有進(jìn)行一級(jí)生化處理，為了避免總磷超標(biāo)，建議后期循環(huán)水藥劑采用無磷配方。

(3)將含有循環(huán)水場(chǎng)排污的系列處理達(dá)標(biāo)后外排，另一系列深度處理后回用到循環(huán)水場(chǎng)作為補(bǔ)充水。這種分類處理的方式有效避免回用水中TDS的富集，既可保證外排合格率，又可以合理回用資源，節(jié)約成本。