生物滤池用于石化废水的回用.pdf

第6 2 卷第1 期 2 0l0 年2 月 有色金属 N o n f e I T O U 8M e t a l s V o L6 2 ，N o ．1 F e b r u a r y ．201 0 生物滤池用于石化废水的回用 张令戈 大连市环境科学设计研究院，辽宁大连116 0 2 3 摘要测试活性炭、沸石、建筑陶粒以及工程陶粒等四种填料、体积1 ．2 3 L 的生物滤池性能。结果表明，装有工程陶粒的生 物滤池其出水无论是C O D 、N H 3 一N 还是浊度都要低于其他填料。在水力停留时问I ．5 h ．进水C O D 小于1 5 0 m s ／L 时，两种陶粒出水 C O D 均小于2 5 m - g ／L ，而沸石出水C O D 则达到5 0 m g ／L ，活性炭出水，为2 9 m g ／L 。当进水有机负荷为0 ．7 4 k ．g c O D ／ m 3 d 时。工程 陶粒出水C O D 甚至降低到1 0 m s ／L 以下。 关键词环境工程；石化废水；生物滤池；生化处理 中图分类号X 7 0 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 1 0 0 1 0 1 0 3 0 6 在工农业的迅速发展过程中，大量有毒有害废 水排入水体，造成了严重的水体污染。一般污水的 最终出路有排入水体、工农业利用、处理后回用。排 入水体是污水处理的传统出路，但是水体接纳污水 受其使用功能和水体自净能力的约束。向农田灌溉 渠道排放工业废水和城市污水，应保证其下游最近 的灌溉渠水点的水质符合农田灌溉水质标准。利用 工业废水和城市污水进行灌溉应当防止污染土壤、 地下水和农产品。水资源尤其是可利用的淡水资源 缺乏是全球性问题，因此充分利用水资源实现污水 回用成为当今世界水环境工程师的一大课题，也必 将成为污水的最终出路。经过处理的城市污水被看 作为水资源而回用于城市或再用于农业和工业等领 域。随着科学技术的发展，水质净化手段增多，城市 污水再生利用的数量和领域也逐渐扩大一1 。 节约用水尽管引起普遍重视，但从根本上解决 不了人类对水资源越来越多的需求。而污水回用确 是解决水资源短缺问题的有效途径。污水回用的意 义在于补充了水资源的短缺，因为污水经深度处理 后回用使得新鲜水的消耗量大大减少，缓冲了水资 源的不足。污水经回用及综合利用，自然减少了向 水域的排污量，带来了可观的环境效益，并且这种环 境效益与经济效益是统一的。某些石化公司污水处 理厂采用传统的活性污泥法，废水经生物降解后，出 水C O D 及其他如B O D 、油等均较高，达不到废水回 用标准。使用生物滤池工艺对废水处理进行处理， 收稿日期2 0 0 7 1 2 2 6 作者简介张令戈 1 9 7 6 一 ，男，辽宁大连市人，工程师，主要从事 环境科学等方面的研究。 使废水经处理后能够达到某些工艺的回用标准，进 而减少污染物排放总量和新鲜水的补充量，从而节 约工艺的运行成本。 1实验方法 1 ．1 试验流程 在如图1 所示的生物滤池反应器中 共四个 分别加以沸石、活性炭、建筑陶粒和工程陶粒作为填 料进行比较试验，滤池有效容积即填料体积为 1 ．2 3 L 。四个反应器均采用底部进水和曝气，上部出 水。 图1生物滤池试验工艺流程 F i g ．1 F l o w s h e e to fb i o f i h e re x p e r i m e n t 1 ．2 试验用水水质 试验用水全部取自某炼油厂，污水水质如表l 所示。 表1 试验验污水水质 T a b l e1 E x p e r i m e n tw a s t e w a t e rq u a l i t y 万方数据 有色金属第6 2 卷 1 ．3 测试项目与方法 测试项目包括各种常规水质指标，均采用国家 环保局水和废水监测分析方法中的标准方法进 行监测。具体水质分析方法如表2 所示。 表2 试验用水水质分析方法 T a b l e2 A n a l y t i c a lm e t h o do fe x p e r i m e n t a l w a s t e w a t e rq u a l i t y 项目方法 仪器法 碘鼍法 重铬酸钾法 仪器法 纳氏试剂比色法 仪器法 4 一氨基安替比磷盲接光度法 钼锑抗分光光度法 重量法 2 试验结果与讨论 2 ．1 生物滤池填料密度 生物滤池填料的密度大小关系到生物滤池反冲 洗强度的大小，密度越大，反冲洗强度越大，则需要 的能量消耗越大，而填料的密度越小，用于反冲洗所 消耗的能量也随之减小，因此在选择生物滤池填料 时，需测定各种填料的密度。试验中采用水置换 法。1 驯粗略测得四种填料的表观密度。先用铬酸 洗液洗净2 5 m L 容量瓶，再用蒸馏水清洗容量瓶，烘 干后称得空容量瓶的质量为G l 。将容量瓶放入 4 0 。C 恒温水浴中，0 ．5 h 后用滤纸吸于容量瓶表面水 分，称量得到容量瓶装满蒸馏水时的质量G ，则容量 瓶容积为‰ G G 1 ／P r ，P r 为溶剂在恒温时的密 度，g ／c m 3 试验中以水作溶剂，在4 0 。C 时的密度为 0 ．9 9 2 2 9 ／c m 3 。倒出溶剂，将容量瓶洗净烘干，称 取几克填料样品装入容量瓶中，称重得G 2 。缓慢注 入溶剂，使溶剂液面略高于试样液面，摇动容量瓶， 直至悬浮液中无气泡溢出为止，将容量瓶注满蒸馏 水放入4 0 ℃恒温水浴中，0 ．5 h 后取出容量瓶，用滤 纸吸于容量瓶外壁上的水，称重得G 3 。因此样品体 积V z G 2 一G 1 ／P s ，容液体积V r G 3 二一G 2 ／P r ， 由场 讫 盼，即 G G 1 ／P r G 2 一G r ／P s ‘ G 3 一G 2 ／n ，得P s G 2 一G I P ，／[ G G 1 一 G 3 一G 2 ] P g 。式中G 一容量瓶装满蒸馏水时 的质量 g ；G 1 一空容量瓶的质量 g ；G 2 一容量瓶 中加入填料后的质量 g ；G 3 一容量瓶加入填料以 及加满水后总重；v 瓶一容量瓶体积 c m 3 ；V z ．样品 体积 c m 3 ；V r 一溶液体积 t i l l 3 ；P r ．溶液密度 g ／ c m 3 ；P s 一填料密度 g ／e r a 3 ；P 窖．空气密度 g ／c m 3 。 带人数据后可以求得四种填料密度，见表3 。 表3 生物滤池填料密度 T a b l e3 S t u f f i n gd e n s i t yi nb i o f i l t e r 填料沸石建筑陶粒工程陶粒活性炭 2 ．2 生物滤池挂膜 挂膜用水均为某石化公司水处理车间废水配制， 加入填料后，每天上午配以水样并通人生物滤池中。 一个半月后，测进出水C O D ，N H ，．N 和N O ，一N 。 挂膜期间，水力停留时间均为1 ．8 6 h ，N O ，一．N 进出水浓度如图2 所示，而C O D 和N H ，．N 变化如 表4 所示。废水中有机碳的去除是靠异养菌的代谢 作用来完成的，氨氮的去除则是由自养微生物来完 成的，且两者均为耗氧过程。当废水中含有大量可 降解性有机物时，首先大量繁殖的是异养菌，发生的 是碳化过程即去除有机物的过程，然后硝化细胞才 能大量繁殖并将氨氮转化为硝态氮。由图2 可以看 出，废水中硝酸盐氮的含量在生物滤池进出水中的 浓度有了较大的变化，因此经过一个多月的培养驯 化，滤池中除含有大量异养微生物外还含有一定数 量的硝化细菌从而将氨氮转化为硝酸盐氮，使出水 中的N O ，一．N 含量明显增加。因此可以确定，废水 中有机物和氨氮的去除过程是由微生物代谢作用实 现的，而非填料的吸附作用，否则出水中硝态氮的含 量不会出现明显的增加。由表4 数据可以看出，经 过4 0 多天的挂膜，生物滤池出水基本稳定，表明挂 膜已接近成熟，可以进行试验。 6789 N H 3 - N 浓度／ n a g ‘L - 1 图2进水N H 3 - N 浓度不同时进出 水中N O ，一N 浓度变化 F i g ．2 V a r i e t i e so fN 0 3 一一Ni ni n f l u e a ta n d e f f l u e n ti nt i m e so fd i f f e ；e n tN H 3 ．N 蝴～咖一⋯∞酚磷油 5 4 3 2 l l-1．誊一、髓艇分z 万方数据 第1 期 张令戈生物滤池用于石化废水的回用 1 0 5 2 ．3 停留时间对生物滤池处理效果的影响 用某炼油厂水处理车间废水经稀释后作为生物 滤池进水，考察停留时间对生物滤池处理效果的影 响，其中进水C O D 浓度为7 7 ．3 l m g ／L ，N H 3 - N 浓度 为7 ．1 4 m g ／L ，所得结果如图3 一图5 所示。 停留时间，I ， 图3H R T 对生物滤池C O D 去除效果的影响 F i g ．3 E f f e c to fH R To nC O Dr e m o v a li nb i o f i h e r 堡 錾 稍 圣 Z 图4H R T 对生物滤池N H 3 - N 去除效果的影响 F i g ．4 E f f e c to fH R To i lNH 3 Nr e n l o v s ．1i nh i o f i h e r 空塔停留时间的延长给了微生物与水溶液充分 接触的机会，因而C O D 和N H ，一N 的去除率随之增 大。当停留时间达到1 ．5 h 时，各种填料对C O D 和 N H ，．N 的去除率趋于稳定，其中，C O D 去除率超过 7 5 ％，出水C O D 小于4 0 m g ／L ，而氨氮去除率呈现出 规律性的变化活性炭 建筑陶粒 工程陶粒 沸 堇 薯 图5 停留时间对浊度的影响 F i g ．5 E f f e c to fH R To nt u r b u d i t y 石。虽然活性炭对C O D 和N H ，一N 的去除效果最 好，但是活性炭生物滤池出水由于颜色带有明显的 黑色，而使得出水浊度最大，甚至大于入水浊度。其 他几种填料对C O D 和N H ，一N 的去处效果都比较 好，但从浊度的角度看沸石的出水浊度最小，其次为 工程陶粒和建筑陶粒。 2 ．4 进水有机负荷对生物滤池处理效果的影响 用炼油厂水处理车间废水经稀释后作为生物滤 池进水，考察生物滤池对容积负荷冲击的影响，试验 9 0 堡 錾8 0 犏 凸 87 0 6 0 1 ．01 ．52 ．02 ．53 ．0 有机负荷／ k g C O D n 一d - 1 图6 有机负荷对生物滤池C O D 去除效果的影响 F i g ．6 E f f e c to fo r g a n i cl o a d i n go n C O Dr e m o v a li nb i o f i h e r 万方数据 有色金属第6 2 卷 中H R T 1 ．5 h ，结果如图6 一图8 所示。图6 ～图8 表明，装有四种填料的生物滤池对进水有机负荷的 增大均有很好的适应能力，当进水C O D 小于 1 5 0 m g ／L 时[ 有机负荷为2 ．4 1k g C O D ／ m 3 乖d ] ，两 种陶粒出水C O D 均小于2 5 m g ／L ，而沸石生物滤池 出水C O D 则达到5 0 m g ／L ，活性炭出水则介于陶粒 和沸石之间，为2 9 m g ／L 。当进水有机负荷为 0 ．7 4 k g C O D ／ m ’唪d 时，工程陶粒出水C O D 甚至降 低到l O m g ／L 以下。很明显活性炭出水由于略带有 黑色而使得出水浊度大于进水浊度，只有建筑陶粒 和工程陶粒出水浊度保持比较稳定的趋势。 堡 錾 稍 鬃 3 卜 冬 魁 魍 图7 有机负荷对生物滤池N H 3 ．N 去除效果的影响 F i g ．7 E f f e c to fo r g a n i cl o a d i n gO H N H 3 - Nr e m o v a li nb i o f i h e r 图8有机负荷对出水浊度的影响 F i g ．8 E f f e c to fo r g a n i cl o a d i n go ne f f l u e n tt u r b u d i t y 2 ．5 气体流速对生物滤池处理效果的影响 曝气生物滤池是好氧过程，需不断进行曝气。 若曝气量过小，则不足以提供足够的溶解氧供给微 生物以降解污染物，甚至造成部分区域出现厌氧状 态，影响生物滤池的处理效果，而曝气量过大则会造 成微生物膜的大量脱落使出水浊度增大，而且由于 微生物量的减少不利于污染物的去除。 为考察通气量对生物滤池对有机物及氨氮去除 效果的影响，将某石化公司废水配置成滤池进水， C O D 浓度1 1 4 ．0 5 m g ／L ，N H ，- N 浓度8 ．2 5 m g ／L 。很 明显，如图9 一图1 1 所示，随着通气量的增大，C O D 和N H ，一N 去除率都有所增加并趋于平衡达到一个 稳定值。在进气量大于0 ．2 9 L ／m i n 时，各种填料生 物滤池对C O D 和N H ，一N 去除率都达到一个稳定 值，其中C O D 去除率分别为活性炭，7 6 ．1 9 ％；建筑 陶粒，7 1 ．4 3 ％；工程陶粒，7 3 ．8 5 ％；沸石，7 1 ．4 3 ％。 氨氮的去除率则分别达到8 3 ．3 3 ％，7 2 ．6 l ％， 6 3 ．4 0 ％和5 1 ．1 2 ％，即去除效果为活性炭 建筑陶 粒 工程陶粒 沸石。对于出水浊度，则建筑陶粒 工程陶粒 沸石 活性炭。随着进气量的增大， 气体和水溶液对活性炭的搅动作用越来越剧烈，使 活性炭生物滤池出水颜色加深从而造成其出水浊度 增大，此外微生物的脱落也是造成各生物滤池出水 浊度增大的一个原因。实际工程应用中，可根据进 水污染物浓度和出水溶解氧在2 1 左右选择合适的 气水比。 术 、 瓣 篮 稍 凸 o U 图9气体流速对生物滤池C O D 去除率的影响 F i g ．9 E f f e c to fa i rf l o wr a t eo nC O Dr e m o v a li n b i o f i l t e r 0 ．20 ．30 ．40 ．5 0 ．6 气崩‘济．泣“L m i n “ 图l O 气体流速对生物滤池 N H 。- N 去除率的影响 F i g ．1 0 E f f e c to fa i rf l o wr a t eo nN H 3 一Nr e m o v a li nb i o f i h e r 帅 ∞ 加 砷 ∞ 钔 曝l，醉笾佩z。，王z 万方数据 第1 期张令戈生物滤池用于石化废水的回用 星 羹 茎 图l l 气体流速对出水浊度的影响 F i g ．11 E f f e c to fa i rf l o wr a t eo ne f f l u e n tt u r b u d i t y 对于生物滤池填充填料的选择应综合考虑以下 因素。 1 密度。密度适当，所选择的填料使反冲 洗能以低能量成本进行而不减少滤料。 2 硬度。 即使在过滤工艺中使用许多年仍能保持其原有的颗 粒形状和大小。 3 磨损。具有高度耐腐蚀性，能 避免滤料在反冲洗过程中的磨损。 4 多孔性。多 孔性滤料可提供最佳的细菌生长条件。 从生物滤池试验阶段运行情况来看，很明显，活 性炭由于硬度小，易磨损而使得其出水浊度最大，带 参考文献 有黑色。建筑陶粒虽然对C O D 和N H 3 - N 的去除效 果较好，出水浊度也很小，但是试验中发现建筑陶粒 易结块，而反冲洗的目的是将残留的固体物和剩余 的生物体清除对C O D 和N H ，一N 的去除效果差，而 且四种填料中，沸石密度最大，达到2 0 0 0 k g ／m 3 ，不 利于反冲洗。在所考察的四种填料中，工程陶粒星 球形。密度最小 为9 4 9 k g ／m 3 ，不但对C O D 和 N H 3 - N 的去除效果好，而且出水浊度也能达到废水 回用标准，因此，工程陶粒才是生物滤池滤料的最佳 选择。 3结论 装有工程陶粒的生物滤池其出水无论是C O D 、 N H 3 - N 还是浊度都要低于其他填料。在水力停留时 间1 ．5 h ，进水C O D 小于1 5 0 m g ／L 时[ 有机负荷为 2 ．4 1 k g C O D ／ r n 3 牛d ] ，两种陶粒出水C O D 均小于 2 5 m g ／L ，而沸石出水C O D 则达到5 0 m g ／L ，活性炭出 水，为2 9 m g ／L 。当进水有机负荷为0 ．7 4 k g C O D ／ m 3 木d 时，工程陶粒出水C O D 甚至降低到l O m g ／ L 以下。 [ 1 ] 中d e e g a a dH ．A s v a n e e dc o m p a c tw a s t e w a t e rt r e a t m e n tb a s e do nc o a g u l a t i o na n dm o v i n gb e db i o f i l mp r o c e s s [ J ] ．W a t e rS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ，2 0 0 0 ，4 2 1 2 3 3 4 8 ． [ 2 ] L o a k i d o uMX ，Z o u b o u l i sAI ．C o m p a f i s i o no fb i o l o g i c a lt r e a t m e n tp r o c e s su s i n ga t t a c h e d - g r o w t hb i o m a s sf o rs a n i t a r yl a n d f i l l l e a c ha t et r e a t m e n t [ J ] ．E n v i r o n m e n t a lP o l l u t i o n ，2 0 0 1 ，1 1 1 2 7 3 2 8 1 ． [ 3 ] S k e l d o nP ．G o i n gf o rg o l d [ M ] ／／P r o c e s sE n g i n e e r i n g ．L o n d o n M o r g a n G r a m p i a n ，i9 9 5 3 3 3 4 ． [ 4 ] E g a a r dH ，B u s t e nB ，B a d i n ．C h a s m a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t sb a s e do nm o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r s [ J ] ．W a rS i cT e c h ， 1 9 9 3 ，2 8 1 0 3 5 1 3 5 9 ． [ 5 ] 朱文亭，颜玲，阎海英，等．循环移动载体生物膜反应器的试验研究[ J ] ．中国给水排水，2 0 0 0 ，1 6 1 1 5 1 5 4 ． [ 6 ] 廖克俭，姜恒．催化剂分析[ M ] ．沈阳东北大学出版社，2 0 0 0 5 6 ． [ 7 ] W i j e y c k o o nS ，M i n oT ，S a t o hH ，e ta 1 ．F i x e db e db i o l o g i c a la e r a t e df i l t r a t i o n f o rs e c o n d a r ye f f l u e n tp o l i s h i n g - e f f e c to ff i l t r a t i o n r a t eo nn i t r i f y i n gb i o l o g i c a la c t i v i t yd i s t r i b u t i o n [ J ] ．W a tS c iT e c h ，2 0 0 0 ，4 1 4 ／5 1 8 7 1 9 5 ． [ 8 ] P u j o lR ，T a c r l l oS ．T o t a ln i t r o g e nr e m o v a li nt w o s t e pb i o f i l t r i t i o n [ J ] ．W a tS c iT e c h ，2 0 0 0 ，4 1 4 ／5 6 5 6 8 ． [ 9 ] A e s 口y ，O d e g n a r dH ，B a c hK ，e ta 1 ．D e n i t r i f i c a t i o ni nap a c k e db i o f i l mr e a c t o r B i o f o r - e x p e r i m e n t sw i t hd i f f e r e n tc a r b o ns o u r c e s [ J ] ．W a tR e s ，1 9 9 8 ，3 2 5 1 4 6 3 1 4 7 0 ． [ 1 0 ] W o n - S e o kC h a n g ，S e o k W o nH o n g ，J o o n k y uP a r k ．E f f e c to fz e o l i t em e d i af o rt h et r e a t m e n to ft e x t i l ew a s t e w a t e ri nab i o l o g i c a l a e r a t e df i l t e r 【J ] ．P r o c e s sB i o c h e m i s t r y ，2 0 0 2 ， 3 7 6 9 3 6 9 8 万方数据 1 0 8 有色金属 第6 2 卷 R e u s eo fP e t r o c h e m i c a lW a s t e w a t e rb yB i o f i l t e r Z H A N G L i n g g e D a l i a nM u n i c i p a lD e s i g na n dR e s e a r c hI n s t i t u t eo f E n v i r o n m e n t a lS c i e n c e ，D a l i a n1 1 6 0 2 3 ，L i a o n i n g ，C h i n a A b s t r a c t T h ep e r f o r m a n c e so ft h e1 ．2 3Lb i o f i h e rf i l l e dw i t ha c t i v a t e d c a r b o n 。z e o l i t e ，a r c h i t e c t u r ek e r a m i c s a n d e n g i n e e r i n gk e r a m i e sa r em e a s u r e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tn om a t t e rC O D ，N H 3 一No rt u r b i d i t y ，t h ev a l u e sf r o mt h e b i o f i h e rw i t he n g i n e e r i n gk e r a m i e sa r el o w e rt h a nt h a tw i t ho t h e rs t u f f i n g s ．U n d e rt h ec i r c u m s t a n c e so fH R T 1 ．5 h ，C O D 1 5 0 m s ／L ，t h ee f f l u e n tC O Df r o mb i o f i h e r sf i l l e dw i t ht W Ok i n d so fk e r a m i c si sb e n e a t h2 5 m g ／L ， w h e r e a sC O Dv a l u e sf r o mb i o f i h e rf u l lo fz e o l i t er e a c h e s5 0 m g ／L ，a n dt h ev a l u ef r o mc a r b o nb i o f i h e ri s2 9 m g ／L ． T h eC O Dv a l u ef r o mb i o f i l t e rs t u f f e dw i t he n g i n e e r i n gk e r a m i c si sevend e p r e s s e dt ob e n e a t h1 0 m s ／Lw i t hi n f l u e n t o r g a n i cl o a d i n gb e i n g0 ．7 4k g C O D ／ m 3 木d ． K e y w o r d s e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ；p e t r o c h e m i c a lw a s t e w a t e r ；b i o f i h e r ；b i o t r e a t m e n t 万方数据