西北地區(qū)某石化公司化肥廠有兩套54 萬(wàn)t /h的合成氨裝置, 排放廢水10 000 m3 /d。經(jīng)調(diào)查表明,化肥廠外排廢水含尿素、甲醇、裝置泄漏的氨氣和少量氰化物等污染物質(zhì), COD 在100 ~ 250 mg/L, 氨氮10 ~ 100 mg/L、懸浮物< 50 mg/L, 能滿足GB 8978—1988 的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn), 但遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到回用作循環(huán)水補(bǔ)水的指標(biāo)。近年來(lái), 由于企業(yè)發(fā)展對(duì)工業(yè)水的需求量逐年增加, 意識(shí)到污水回用作循環(huán)冷卻水補(bǔ)水將帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。因此, 選用占地面積少、生物量大、處理能力強(qiáng)的曝氣生物濾池(BAF) 工藝〔1～4〕對(duì)外排廢水進(jìn)行可生化性研究, 使廢水達(dá)到回用指標(biāo)。

　　1 實(shí)驗(yàn)方法

　　1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及流程

　　上向流工藝流程見(jiàn)圖1, 下向流工藝流程見(jiàn)圖2。試驗(yàn)用水取自某石化公司化肥廠一二化總排污水口, 用潛水泵抽入罐車, 然后運(yùn)到中試場(chǎng)地水槽中。計(jì)量泵將污水泵入到反應(yīng)柱, 裝置設(shè)計(jì)處理能力60 L/h, 氣源是工藝壓縮空氣。柱高為4 000 mm, 直徑300 mm, 厭氧區(qū)高度2 000 mm, 石塊墊層高度200 mm, 填料高度2 500 mm, 保護(hù)高度1 000 mm,填料直徑2 ~ 4 mm, 密度1.012 g/mL, 積密度0.545g/mL。包括掛膜在內(nèi)實(shí)驗(yàn)時(shí)間3 個(gè)月。

　　1.2 分析方法

　　( 1)COD: 重鉻酸鹽法, HATCH 公司COD 快速測(cè)定儀; ( 2) 氨氮: 納氏試劑分光光度法, 751 分光光度計(jì); ( 3) 濁度: HATCH 公司2100P 濁度計(jì); ( 4)NO2-、NO3- : 分光光度法。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)

　　實(shí)驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

　　表1  實(shí)驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)

pH               水溫/℃     氣水比    反沖洗氣強(qiáng)度/ (m3·m-2·h-1)  反沖水強(qiáng)度/ (m3·m-2·h-1)  水力停留時(shí)間/h 
8.0 ~ 9.0        15 ~ 50    3∶1~ 8∶1  14           7                        4.5

　　2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

　　2.1 掛膜處理

　　實(shí)驗(yàn)期間上下向流工藝同時(shí)運(yùn)行, 以比較其出水水質(zhì)來(lái)評(píng)價(jià)效果的好壞。上向流工藝采用氣水同向流, 下向流工藝采用氣水逆向流, 反沖洗采用此裝置的工藝出水, 氣水均自下而上流經(jīng)陶粒層。由于要處理的廢水為不易生物降解的低濃度廢水, 所以采用接種強(qiáng)化掛膜, 以加強(qiáng)掛膜效果, 減少掛膜時(shí)間。將廢水處理廠污泥回流池剩余活性污泥直接加入反應(yīng)柱中, 同時(shí)加入一定量的有機(jī)及無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物〔營(yíng)養(yǎng)物的投加按m(C) ∶m(N) ∶m( P) = 100 ∶5 ∶1〕以保證微生物生長(zhǎng)的需要, 然后悶曝3 d。3 d 后小流量間斷進(jìn)待處理廢水, 使微生物逐漸適應(yīng)進(jìn)水水質(zhì), 待出水變清澈后, 逐漸增加廢水流量, 直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。經(jīng)過(guò)20 d 的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn), CODCr 去除率穩(wěn)定在70%, 確認(rèn)掛膜完成。

　　2.2 兩種工藝對(duì)氨氮的去除效果比較從圖3 知, 上向流具有更好的脫除氨氮的能力, 出水的氨氮低于下向流出水。當(dāng)氨氮負(fù)荷為0.4 kg/(m3·d) 時(shí), 上向流出水氨氮8 mg/L, 下向流出水氨氮15 mg/L, 表現(xiàn)出優(yōu)異的硝化反硝化功能。結(jié)合硝酸根和亞硝酸根的數(shù)據(jù)表明: 在離BAF 柱底部2 m 處存在一個(gè)氨氮脫除的突變點(diǎn)。關(guān)于上向流
工藝較佳的去除氨氮的機(jī)理還在進(jìn)一步探索中〔5〕。

　　2.3 兩種工藝對(duì)COD 的去除效果比較由圖4 知, 在正常運(yùn)行初期下向流工藝表現(xiàn)出比上向流工藝更好的處理能力, 在COD 負(fù)荷1.2 kg/(m3·d) 下, 下向流出水COD< 50 mg/L, 去除率70%。隨著運(yùn)行周期的延長(zhǎng), 上向流的出水水質(zhì)變好, 對(duì)COD 的去除率增加, 在COD 負(fù)荷為3.49 kg/(m3·d) 時(shí), 出水COD45 mg/L, 去除率為89.5%, 下向流出水COD 為123 mg/L。

　　2.4 兩種工藝對(duì)出水濁度的去除情況由圖5 知, 兩種工藝能夠顯著降低濁度, 平均去除率達(dá)99%, 尤其是上向流出水, 在較低曝氣比時(shí),出水濁度和懸浮物都較低, 這說(shuō)明陶粒表面的生物膜發(fā)揮了生物氧化和截留作用, 使廢水中的懸浮物在較短水力停留時(shí)間內(nèi)得到去除。

　　2.5 上下向流工藝出水pH 的變化情況由圖6 知, 化肥廢水氨氮含量高, 偏堿性, 通過(guò)曝氣生物濾池后, 由于氨氧化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的作用, 將廢水中的氨氮和有機(jī)胺轉(zhuǎn)化為亞硝酸根和硝酸根, 從而使出水堿度下降。尤其是上向流工藝, 出水pH 平均下降1 個(gè)單位, 最高降低2 個(gè)單位。若回用到循環(huán)水系統(tǒng), 將減少工藝加酸量, 減少換熱器的結(jié)垢和垢下腐蝕。

　　2.6 上下向流工藝反沖洗效果比實(shí)驗(yàn)期間還發(fā)現(xiàn)下向流工藝易于堵塞, 反沖洗頻率高; 而上向流工藝具有反沖洗次數(shù)少, 反沖洗周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn), 且下向流工藝抗有機(jī)負(fù)荷和氨氮負(fù)荷沖擊的能力弱于上向流。因此綜合考慮工程應(yīng)用上優(yōu)選上向流工藝。

　　3 結(jié)論

　　同時(shí)運(yùn)行上下向流BAF 裝置處理化肥工業(yè)廢水, 使出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)回用。實(shí)驗(yàn)表明上向流工藝比下向流工藝有如下的優(yōu)勢(shì):

　　( 1) 在降解有機(jī)物去除COD 方面, 上向流表現(xiàn)出逐漸增加的能力, 在COD 負(fù)荷為3.49 kg/(m3·d)時(shí), 出水COD45 mg/L, 去除率為89.5%。

　　( 2) 在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間, 上向流工藝的脫氨氮能力非常出色, 當(dāng)氨氮負(fù)荷為0.4 kg/(m3·d) 時(shí), 上向流出水的氨氮為8 mg/L, 脫除率為82%。

　　( 3) 在實(shí)驗(yàn)初期, 上向流出水的濁度高于下向流出水, 但隨著裝置的運(yùn)行, 上向流陶粒的微生物膜的濃度增加, 對(duì)進(jìn)水懸浮物的捕集作用明顯, 上向流出水越來(lái)越清澈, 對(duì)濁度的去除率為99%。

　　( 4) 上向流工藝出水堿度明顯降低, 當(dāng)回用于循環(huán)水補(bǔ)水時(shí), 將降低系統(tǒng)的加酸量, 減輕設(shè)備的腐蝕, 維持裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

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