臭氧催化氧化+BAF工藝在污水處理提標改造中的設計與應用

邱 杰

(中國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于2006年建成投用，設計規模為650 m3/h，其中含油污水處理規模為450 m3/h，含鹽污水處理規模為200 m3/h。含鹽污水現有流程如下：調節罐→油水分離器→渦凹氣浮→溶氣氣浮池→氧化溝→混凝沉淀池→監控池→排海。現有含鹽污水處理系列的處理流程短，設計規模為200 t/h，多年運行實際效果表明，氧化溝實際處理能力在120 t/h，且處理后的污水達標率偏低。

隨著《石油煉制工業污染物排放標準》(GB31570-2015)的頒布，新增總氮排放指標40 mg/L，氨氮指標由15 mg/L降低到8 mg/L。由于污水排放標準的提高，原有一級生化處理流程難以滿足達標排放，項目亟需進行改造升級。該項目存在的主要問題，一是由于含鹽污水生化系統原始設計是一級生化，抗沖擊能力差，系統受沖擊后，需要10 d左右的恢復時間；二是現有含鹽污水系列改造前5年，主要外排指標，如COD、NH3-N、TP、TN等，數據波動極大；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 設計思路

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

目前含鹽污水在系統穩定情況下，出水水質已經可以達到回用水標準，為了節約水資源，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入回用水系統，循環水排污系列處理后合格排放。循環水排污預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]?？紤]到BAF運行會投加藥劑，影響硝化，故將反硝化工藝置于BAF系統前?？傮w形成反硝化系統、臭氧催化氧化+BAF的深度處理系統。

2.2 設計水質和水量

現有含鹽污水處理流程處理后含鹽污水水量為120 m3/h，循環水排污預處理為60 m3/h，含鹽污水深度處理設計水量按200 m3/h考慮；其中，含鹽污水新增后處理設施分為兩個系列，設計規模各為100 m3/h。根據《石油煉制工業污染物排放標準》，總設計進、出水水質如表1所示。

表1 總設計進、出水水質

3 工藝流程

3.1 循環水提標預處理流程

循環水排污經提升池B進入溶氣氣浮設施,氣浮設施采用加壓溶氣氣浮，出水重力流至混凝土池型連續流砂過濾器，砂濾出水進入含鹽污水進水提升池與部分一級生化處理后含鹽污水混合后進入后續處理流程。

3.2 污水提標工藝流程

原有含鹽污水流程處理后混凝沉淀池出水進入提升A，剩余部分與循環水排污一同進入提升池B，由泵提升，分別與絮凝劑、外加碳源混合后進入由移動床反硝化反應器構成的反硝化系統，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。

反硝化系統出水重力流至臭氧催化氧化+BAF系統。臭氧以為水射器形式與反硝化系統出水一同進入臭氧催化氧化池，出水自流進入曝氣生物濾池進一步脫出氧化殘片和剩余COD。催化氧化臭氧尾氣經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入回用水池，可供全場回用；循環水排污系列曝氣生物濾池出水自流進入監控池，設置在線COD和總氮監測合格后由泵送至全廠監控池排放(圖1)。

圖1 改造工藝流程

4 主要構筑物及工藝設計參數

進水提升池兩間(合建)，總容積128 m3，規格8 m×4 m×4 m。循環水排污提升池兩間(合建)，總容積128 m3，規格8 m×4 m×4 m。

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

反硝化系統兩套，進水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，總容積16.97 m3，規格L×B×H=2.5 m×2.8 m×6.7 m。氧化穩定池兩間，總容積250 m3，規格L×B×H=16.2 m×7.8 m×5.8 m。曝氣生物濾池4間，總容積100 m3，規格L×B×H=6.3 m×7.8 m×5.8 m。臭氧催化氧化+BAF系統進水COD≤100 mg/L，出水COD≤50 mg/L。

一體式臭氧發生器兩套，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。

臭氧系統設計參數以及臭氧+BAF工藝設計參數見表2、表3。

表2 臭氧系統設計參數

表3 臭氧+BAF工藝設計參數

5 運行效果

經過兩個月的調試運行，該工程項目正式運行，運行期間工況穩定，出水水質滿足《石油煉制工業污染物排放標準》標準，含鹽系列處理量約2000 m3/d，循環水排污系列處理量約1500 m3/d。

5.1 NH3-N去除效果

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

圖2 出水NH3-N濃度

5.2 TN去除效果

兩個系列出水TN如圖3所示。相比NH3-N而言，TN的去除率波動更大，最高去除率達99%，最低去除率可達-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%，循環水排污系列為14.29 mg/L、6.08%，出水綜合合格率達100%，當TN進水濃度較高時去除率較好。在實際運行中，由于出水TN和NH3-N濃度已經完全符合排放指標，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去除率波動極大的主要原因。

圖3 出水TN濃度

5.3 COD去除效果

兩個系列出水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%，循環水排污分別為36.31 mg/L、28.30%。含鹽水處理效果略好于循環水排污。循環水排污出水COD不合格1次，綜合合格率達到99.63%。含鹽系列中，上游氧化溝系統受沖擊，運行不良好，氧化溝進出水COD存在上升趨勢，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，導致在132 d的時候，系統來水COD較高，受到明顯沖擊，3 d以后，出水水質達到30 mg/L，遠小于改造前的恢復時間，說明系統受沖擊能力強。

圖4 出水COD水質

6 經濟性指標

該項目在原有污水處理場內進行，占地面積3229 m2，總投資為4647萬元(含增值稅396萬元)，其中工程費用3866萬元，包括設備購置費2400萬元；主要材料費424萬元；安裝工程費305萬元；建筑工程費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 結論

(1)采用臭氧+BAF組合工藝對含鹽系列進行深度處理，由于一級生化系統來水水質波動以及碳源量的因素，去除率波動較大；當進水濃度較高時，系統去除率效果較好?？傮w出水水質好，承受沖擊能力強，完全滿足《石油煉制工業污染物排放標準》標準，具有較好的工程借鑒意義。

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

(3)將含有循環水場排污的系列處理達標后外排，另一系列深度處理后回用到循環水場作為補充水。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，節約成本。