氣水比對BAF工藝深度處理石化污水效果的影響

張 雪，吳昌永，周岳溪，陳學(xué)民，張彥福

（1. 蘭州交通大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2. 中國環(huán)境科學(xué)研究院 水污染控制技術(shù)研究中心，北京 100012；3. 中國石油 吉林石化公司污水處理廠，吉林 吉林 132021）

臭氧氧化與曝氣生物濾池（BAF）組合工藝是一種污水深度處理工藝，它將化學(xué)氧化的有效性與生物處理的經(jīng)濟性結(jié)合起來，提高了污水中難降解有機物的去除率。該組合工藝已在污水深度處理中得到了較廣泛的應(yīng)用，是目前國內(nèi)外污水深度處理技術(shù)的研究熱點之一［1-3］。

可生物降解溶解性有機碳（BDOC）是指污水中能被異養(yǎng)菌降解的有機物。提高BDOC值即可提高污水的可生化性，這是臭氧氧化作為BAF單元預(yù)處理的主要目的［4］。研究表明，污水廠二級生化處理出水經(jīng)臭氧氧化處理后，可一定程度地提高其可生化性，有利于下一步的生物處理［5］。王樹濤［6］研究發(fā)現(xiàn)，臭氧氧化處理可使污水的BDOC值升高245%。通常情況下，用于硝化處理的BAF應(yīng)采用較高的氣水比，而僅用于碳化處理的BAF可采用較低的氣水比。有研究表明，當氣水比由7∶1增大至10∶1 時，升流式BAF對NH3-N的去除率僅增大4.2%，但能耗卻顯著增加［7］。所以，在BAF工藝中選擇合適的氣水比至關(guān)重要，尤其是BAF具有除碳、脫氮和除磷的復(fù)合功能時，氣水比的選擇更加重要。

本工作采用臭氧氧化與BAF組合工藝深度處理某石化污水廠二級生化處理出水，研究了氣水比對BAF單元處理效果的影響。

1 實驗部分

1.1 材料、試劑和儀器

污水取自某石化污水廠二級生化處理出水。污水pH為 7.20～7.80，COD為70～108 mg/L，ρ（NH3-N）為1.2～3.0 mg/L，ρ（NO3--N）為5～12 mg/L，TN為9.0～18.3 mg/L，ρ（PO43--P ）為1.3～2.6 mg/L。

以空氣為氣源，采用高壓放電的方式通過臭氧發(fā)生器制取臭氧。臭氧氧化柱：有機玻璃材質(zhì)，填料為錳砂和陶粒。BAF：有機玻璃材質(zhì)，內(nèi)徑0.1 m，高2 m，填料為火山巖，火山巖粒徑為4～6 mm。

YG-5型臭氧發(fā)生器：北京山美水美公司；CTL-12型COD速測儀：承德市華通環(huán)保儀器有限公司；Multi 340i型便攜式溶解氧快速測定儀：德國WTW公司；BT100-1J型蠕動泵：保定蘭格恒流泵有限公司。

1.2 實驗方法

采用蠕動泵以1 L/h的流量將污水送入臭氧氧化柱內(nèi)，臭氧加入量為10 mg/L，接觸氧化時間為4 min，臭氧氧化處理后出水進入BAF。

實驗前17 d為BAF掛膜穩(wěn)定階段，然后調(diào)節(jié)BAF單元的氣水比分別為0.4∶1，0.8∶1，1.5∶1，3∶1，5∶1，測定各氣水比條件下BAF處理后出水的水質(zhì)指標。

1.3 分析方法

按照國家標準方法測定ρ（NH3-N），TN，ρ（NO3--N），ρ（PO43--P ）［8］。采用COD速測儀測定COD；采用便攜式溶解氧快速測定儀測定pH、DO、溫度。

2 結(jié)果與討論

2.1 氣水比對COD去除率的影響

氣水比對BAF單元COD去除率的影響見圖1。由圖1可見，氣水比在（0.4∶1）～（5∶1）的范圍內(nèi)變化，BAF單元的COD去除率受氣水比變化的影響不大，維持在19%～48%。由此可見，即使在較低的氣水比的情況下，微生物也能將臭氧氧化出水中增加的BDOC全部降解。綜合考慮能耗和COD去除率，在BAF單元只需要維持較低的氣水比。

石化污水廠二級生化處理出水COD為70～108 mg/L，經(jīng)臭氧氧化處理后COD降至20～40 mg/L，再經(jīng)BAF單元處理后COD降至8～30 mg/L。臭氧氧化與BAF組合工藝的總COD去除率為37%～62%，平均出水COD為47.6 mg/L，優(yōu)于GB8978—1996《污水綜合排放標準》中的一級標準［9］。

圖1 氣水比對BAF單元COD去除率的影響

2.2 氣水比對NH3-N去除率的影響

氣水比對BAF單元NH3-N去除率的影響見圖2。由圖2可見：氣水比對BAF單元NH3-N去除率的影響較明顯，當氣水比由0.4∶1增加至3∶1時，NH3-N去除率隨氣水比的增大而顯著增大；當氣水比由3∶1增大至5∶1時，NH3-N去除率增大不明顯。這是因為：在BAF單元內(nèi)微生物進行硝化作用，使NH3-N得以去除；在氣水比較小的情況下，污水中的DO也較小，影響了硝化反應(yīng)的進行，使得NH3-N去除率較小［10-11］；隨著氣水比的增大，BAF中的硝化細菌數(shù)量成為硝化反應(yīng)進行的限制因素；當氣水比超過3∶1時，再增大氣水比，NH3-N去除率也不再明顯增大。

圖2 氣水比對BAF單元NH3-N去除率的影響

石化污水廠二級生化處理出水中ρ（NH3-N）為1.2～3.0 mg/L，經(jīng)臭氧氧化處理后ρ（NH3-N）略有增大，增加量小于1.5 mg/L。這是因為，NH3-N很難被氧化劑氧化，即使是氧化性很強的羥基自由基［12］，同時臭氧可將出水中的部分有機氮氧化成NH3-N，導(dǎo)致ρ（NH3-N）的增大。經(jīng)BAF單元處理后，出水中ρ（NH3-N）為0.4～2.0 mg/L。

2.3 氣水比對TN去除率的影響

氣水比對BAF單元TN去除率的影響見圖3。由圖3可見，隨氣水比減小，TN去除率逐漸增大。完整的生物脫氮包括硝化和反硝化過程，當氣水比較大時，水中的DO較大，可促進硝化反應(yīng)的進行；而反硝化反應(yīng)需要在缺氧條件下進行，兼性生物膜中 的DO過大，導(dǎo)致氧與硝酸鹽競爭電子供體，抑制反硝化反應(yīng)的進行［13］。隨氣水比的減小，DO減小，同步硝化反硝化效果逐漸好轉(zhuǎn)，這與很多研究的結(jié)論相同［14-15］。

石化污水廠二級生化處理出水中TN為9.0～18.3 mg/L，經(jīng)臭氧氧化處理后TN略有增大，但增加量不超過2.0 mg/L。經(jīng)BAF單元處理后，出水中TN為8.0～15.8 mg/L。

圖3 氣水比對BAF單元TN去除率的影響

2.4 氣水比對PO43--P去除率的影響

氣水比對BAF單元PO43--P去除率的影響見圖4。由圖4可見，隨氣水比增大，PO34--P去除率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。由于系統(tǒng)在運行期間一直沒有進行反沖洗，出水pH為6.84～7.56，化學(xué)沉淀除磷對系統(tǒng)除磷的貢獻不大，影響除磷效果的主要是生物除磷。生物除磷需經(jīng)厭氧放磷和好氧過量吸磷的過程，因此，厭氧和好氧區(qū)的存在對除磷有較大的影響。當氣水比較小時，BAF中的DO也較小，由于濃度擴散的阻力，生物膜內(nèi)的DO會隨生物膜深度的增加而減小［16］，因此對厭氧放磷效果的影響較大，而好氧吸磷效果也不佳，故整體除磷效果較差。隨氣水比增加，BAF中的DO增大，BAF的除磷效果改善。當氣水比進一步增大至5∶1時，BAF中的DO高達6 mg/L，生物膜被DO穿透，微觀的厭氧條件在一定程度上被破壞，生物除磷的效果變差。本實驗氣水比為3∶1時， PO34--P的去除率最高。

圖4 氣水比對BAF單元PO43--P去除率的影響

石化污水廠二級生化處理出水中ρ（PO43--P ）為1.3～2.6 mg/L，經(jīng)臭氧氧化處理后，ρ（PO43--P ）略有增加，但增加量不超過2.0 mg/L。經(jīng)BAF單元處理后，出水中ρ（PO34--P ）為1.1～2.3 mg/L。

3 結(jié)論

a）采用臭氧氧化與BAF組合工藝處理石化污水廠二級生化處理出水，氣水比對BAF單元的COD去除影響不大，BAF單元的COD去除率為19%～48%。

b）NH3-N去除率隨氣水比的增大而顯著增大；當氣水比由3∶1增大至5∶1時，NH3-N去除率增大不明顯。經(jīng)BAF單元處理后，出水中ρ（NH3-N）為0.4～2.0 mg/L。

c）隨氣水比減小，TN去除率逐漸增大。經(jīng)BAF單元處理后，出水中TN為8.0～15.8 mg/L。

d）隨氣水比增大，PO43--P去除率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當氣水比為3∶1時， PO34--P的去除率最高。經(jīng)BAF單元處理后，出水中ρ（PO34--P）為1.1～2.3 mg/L。

［1］ 王樹濤，馬軍，田海，等. 臭氧預(yù)氧化/曝氣生物濾池污水深度處理特性研究［J］. 現(xiàn)代化工，2006，26（11）：32-36.

［2］ Reungoat J，Escher B I，Macova M，et al. Ozonation and biological activated carbon fi ltration of wastewater treatment plant effluents［J］. Water Res，2012，46（3）：863-872.

［3］ Stalter D，Magdeburg A，Wagner M，et al. Ozonation and activated carbon treatment of sewage eff l uents：Removal of endocrine activity and cytotoxicity［J］.Water Res，2011，45（3）：1015-1024.

［4］ Wang Shutao，Ma Jun，Liu Baicang，et al. Degradation characteristics of secondary effluent of domestic wastewater by combined process of ozonation and biof i ltration［J］. J Hazard Mater，2008，150（1）：109-114.

［5］ Wang Xiaojun，Gu Xiaoyang，Lin Dexian，et al.Treatment of acid rose dye containing wastewater by ozonizing-biological aerated filter［J］. Dyes Pigm，2007，74（3）：736-740.

［6］ 王樹濤. O3/BAF聯(lián)合工藝深度處理生活污水二級出水的研究［D］. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，2007.

［7］ 李亞新，華玉妹. 生物曝氣濾池處理生活污水工藝特性研究［J］. 給水排水，2001，27（9）：31-33.

［8］ 原國家環(huán)境保護總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會. 水和廢水監(jiān)測分析方法［M］. 4版. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012：243-284.

［9］ 原國家環(huán)境保護總局. GB8978—1996污水綜合排放標準［S］. 北京：中國標準出版社，1998.

［10］ Biplob K P，Suja F，Zain S，et al. Biological aerateder fi lters (BAFs) for carbon and nitrogen removal：A review［J］. J Eng Sci Technol，2012，7（4）：428 -446.

［11］ 彭趙旭，彭永臻，吳昌永，等. 曝氣量對SBR工藝同步脫氮除磷的影響研究［J］. 中國給水排水，2008，24（3）：13-16.

［12］ Lu Xujie，Yang Bo，Chen Jihua，et al. Treatment of wastewater containing azo dye reactive brilliant red X-3B using sequential ozonation and upf l ow biological aerated fi lterprocess［J］. J Hazard Mater，2009，161（1）：241-245.

［13］ 李微，魏煒，張傳彬. 曝氣量對間歇曝氣/曝氣生物濾池效能影響［J］. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33（6）：104-106.

［14］ 吳昌永，彭永臻，王然登，等. 溶解氧濃度對A2/O工藝運行的影響［J］. 中國給水排水，2012，28（3）：5-9.

［15］ 李軍，彭永臻，顧國維，等. SBBR同步硝化反硝化處理生活污水的影響因素［J］. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2006，26（5）：728-733.

［16］ 榮宏偉，彭永臻，張朝升，等. 曝氣量對SBBR生物除磷的影響研究［J］. 中國給水排水，2008，24（5）：72-76.