（化學工藝專業(yè)論文）cbafacf工藝深度處理輕污染水的研究.pdf

摘要 摘要 本文首先對我國石化行業(yè)的水處理情況進行了簡單介紹，對國內(nèi)外廢水深度 處理及回用情況進行了總結，介紹了輕污染水回用技術的研究進展，并評價了其 特點。 本研究主要以c o d c ，1 0 0 m g l 、油1 0m l 、揮發(fā)酚o 5m g l 、硫化物 1m e g l 、氨氮2 0m g l 的廣州乙烯廠生化出水為研究對象。通過對這種輕污 染水水質(zhì)與廣州乙烯處理流程分析，提出了采用循環(huán)曝氣生物濾池( c b a f ) 一 活性炭過濾( a c f ) 組合工藝對乙烯廢水進行深度處理，使處理出水達到工業(yè)回 用水水質(zhì)標準，并確定最佳的工藝運行參數(shù)，為深度處理乙烯廢水的工業(yè)化提供 了基本的數(shù)據(jù)及理論依據(jù)。 試驗裝置安裝在污水處理車間，直接泵入現(xiàn)場廢水進行試驗研究。通過試驗 研究發(fā)現(xiàn)t - 1 8 陶粒填料是c b a f 工藝理想的填料，采用充氧自然掛膜的方式， 掛膜速度快。乙烯廢水生化處理出水通過c b a f 處理后，各項污染物得到了良好 的降解：c o d c ，達到了4 2 5 的平均去除率，s s 的平均去除率為5 6 9 ；氨氮、 石油類達到了乙烯水回用標準；揮發(fā)酚、硫化物在較小進水指標的境況下達到了 1 0 0 的去除。c b a f 處理效果優(yōu)于乙烯廠廢水處理現(xiàn)有砂濾一活性炭工藝。c b a f 出水經(jīng)活性炭過濾后，出水c o d c r 3 0 m 。g l 以下，懸浮物1 0 m g l 以下，系統(tǒng)出水 完全達到工業(yè)回用水水質(zhì)標準。試驗結果表明，c b a f a c f 工藝是一神非常高效 的乙烯廢水深度處理方法。c b a f 工藝具有占地面積小、停留時間短、處理效率 高、反沖洗周期長、操作簡單等優(yōu)點，值得推廣應用。 通過試驗得到了影響乙烯廢水深度處理的主要因素，確定了系統(tǒng)適宜的運行 參數(shù)和工藝條件，c b a f 一工藝：氣水比3 ：1 ，停留時間1 ，o 1 5 h r ，反沖洗周期 3 5 d ；a c f 工藝：停留時間1 0 1 5 m i n ，反沖洗周期1 3 d 。為國內(nèi)石化系統(tǒng)利 用c b a f 技術處理輕污染水及實現(xiàn)工業(yè)化處理提供了寶貴的經(jīng)驗。 關鍵詞：輕污染水、乙烯廢水，c b a f 工藝，隔離曝氣技術，活性炭 華南理工大學工學碩士學位論文 a b s t r a c t t h es i t u a t i o no fw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta tc h e m i c a la n dp e t r o c h e m i c a lp l a n t1 n c h i n aw a sb r i e f l yi n t r o d u c e d ，a n dt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fa d v a n c e dt r e a t m e n ta n d r e u s eo fw a s t e w a t e ra th o m ea n do v e r s e a sw a ss u m m a r i z e d t h e n ，t e c h n o l o g y a d v a n c e so fl o wl e v e lp o l l u t e dw a s t e w a t e rr e u s ew e r ea l s or e v i e w e di nt h i st h e s i s ，a n d t h e i rc h a r a c t e r i s t i e sw e r ea l s oe v a l u a t e d i nt h i sp a p e r , t h el o wl e v e lp o l l u t e de t h e n ew a s t e w a t e rw i 也c o d c r lo o m g l o i l 1 0 m g l ， v o l a t i l i z e p h e n o l 0 5m g l ，s u l f i d e l m g l ， a m m o n i a - n i t r o g e n ( n h 4 + - n ) 2 0m g lw a sc h o s e na st a r g e tp o l l u t a n t s ，b ya n a l y z i n g e t h e n ew a s t e w a t e rc o m p o s i t i o n sa n dt h et r e a t m e n ts y s t e mo fg u a n g z h o ue t h e n ep l a n t ， w ep u tf o r w a r dt oc i r c u l a t e db i o l o g i c a la e r a t i o nf i l t e r ( c b a df o l l o w e db ya c t i v e c a r b o nf i l t e r ( a c f ) t ot r e a te t h e n ew a s t e w a t e r , a n dm a k es u r et h ee f f l u e n tc a nr e a c h t h es t a n d a r d so fi n d u s t r i a l r e c y c l e w a t e r w eo b t a i n e dt h eo p t i m u m o p e r a t i o n p a r a m e t e r s ，a n d t h u s p r o v i d e d b a s i cd a t aa n d t h e o r e t i c a lp r e d i c a t i o nf o r i n d u s t r i a l i z a t i o no fe t h e n ew a s t e w a t e ra d v a n c e dt r e a t m e r i tf o rr e u s e e x p e r i m e n t a lf a c i l i t yw a sp l a c e di nt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t t h e w a s t e w a t e rw a sf e t c h e df r o mt h ee t h e n ew a s t e w a t e ro fb i o c h e m i c a lt r e a t m e n t t h e f o l l o w i n gc o n c l u s i o n sw e r eo b t a i n e db a s e do nt h ee x p e r i m e n t a ls t u d y ：t h et y p eo f t 1 ”c e r a m i cf i l l i n gi sf e a s i b l e t h ee f f e c to ff a s tm e m b r a n ef o r m a t i o nc a nb e a c h i e v e db ym e a n so fn a t u r a lo x y g e nc h a r g i n g a f t e re t h e n ew a s t e w a t e rw a st r e a t e db y c b a f , c o n c e n t r a t i o n so fc o n t a m i n a n t si nw a s t e w a t e rw e r er e d u c e dg r e a t l y t h e a v e r a g ed e g r a d a t i o nr a t eo fc o d e rw a sa sh i g ha s4 2 5 t h er e m o v a lr a t eo f s s ( s u s p e n d e ds o l i d s ) i s0 1 1t h ea v e r a g eo f5 6 9 c o n c e n t r a t i o n so fn h 4 + - na n do i l o fc b a fo u t l e tw a t e rm e e tt h er e c y c l e - w a t e rc r i t e r i o n w h e nt h ec o n c e n t r a t i o n so f p h e n o la n ds u l f i d eo fi n l e tw a t e rw e r el o w , t h e yc a nb er e m o v e dc o m p l e t e l y t h er e s u l t o fc b a fw a sb e t t e rt h a nt h a to fs a n df i l t e r - a c t i v a t e dc a r b o nt r e a t m e n tw h i c hi sp r e s e n t i nt h ep l a n t 1 1 1 ew a s t e w a t e ro fc b a fo u t l e ti sf o l l o w e db ya c t i v ec a r b o nf i l t r a t i o n ，t h e f i n i a le f f l u e n tc o d oi sb e l o w3 0 m g l ，a n ds si ss m a l lt h a ti 0m g l ，r e s p e c t i v e l y t h u se f f l u e n tt o t a l l yc a nm e e tt h es t a n d a r d so fi n d u s t r i a l r e c y c l ew a t e r t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t et h a tt h et e c h n o l o g yo fc b a f a c fp r o c e s si sa ne f f i c i e n t e t h e n ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g y t h ea d v a n t a g e so fb a fa r ea sf o l l o w s ： s m a l l e rf i e l do c c u p i e d ，s h o r t e rr e t e n t i o nt i m e ，h i g h e rt r e a t m e n te f f i c i e n c y , l o n g e r b a c k w a s h i n gc y c l ea n ds i m p l e ro p e r a t i o n t h e r e f o r e ，t h et e c h n o l o g yi s f e a s i b l ei n 摘要 i n d u s t r i a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t b y t h e e x p e r i m e n t s o f e t h e n ew a s t e w a t e r t r e a t m e n t ，o p t i m u mo p e r a t i o n p a r a m e t e r s ，t e c h n o l o g yc o n d h i o n sa n dp r i m a r y f a c t o r so na d v a n c et r e a t m e n tw e r e o b t a i n e d t h et e c h n o l o g yo fc b a f ：t h es u i t a b l er a t i oo fg a st ow a t e ri s3 ：1 ，t h e r e t e n t i o nt i m ei s1 - 1 5 h ra n dt h ec y c l eo fb a c k w a s h i n gi s3 5 d r e s p e c t i v e l y t h e t e c h n o l o g yo fa c f ：t h er e t e n t i o nt i m ei s 1 0 1 5 m i na n dt h ec y c l eo fb a c k w a s h i n gi s 1 3 d t h e s ea l lp r o v i d ee x p e r i e n c e sf o rr e a l i z i n gi n d u s t r i a l i z a t i o no fe t h e n ew a s t e w a t e r a d v a n c e dt r e a t m e n tu s i n gt h et e c h n o l o g yo fc b a fa td o m e s t i cc h e m i c a la n d p e t r o c h e m i c a ls y s t e m k e yw o r d s ：l o wl e v e lp o l l u t e dw a s t e w a t e r ；e t h a n ew a s t e w a t e r ；c b a fp r o c e s s ； i s o l a t e da e r a t i o nm e t h o d ；a c t i v ec a r b o n i i i 華南理工大學 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進 行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外， 本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方 式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 朱遠偉 日期：邳年6 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī) 定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和 電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權華南理工大學可以將 本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采 用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 保密呵，在王年解密后適用本授權書。 本學位論文屬于 不保密口。 ( 請在以上相應方框內(nèi)打“”) 作者簽名： 導師簽名： 糨佛 彩尹0 i j 日期：勁哆年6 月歲日 日期：w 年6 月j = 日 第一章緒論 第一章緒論 1 1 水資源的問題 1 1 1 我國的水資源問題 我國是世界上1 3 個貧水國之一，年平均降水量6 3 0 m m ，低于全球陸地面積 ( 8 0 0 r a m ) 和亞洲陸地面積的年均降水量。我國年均水資源總量為2 ，8 1 萬億m 3 ， 居世界第六位，但按1 9 9 8 年1 2 4 8 億人口計算，人均水量才為2 2 5 1m 3 ，僅為世 界人均水平的四分之一，居世界1 4 9 個國家的第1 1 0 位。 我國水資源短缺主要包括資源性短缺、宏觀工程性短缺和污染性短缺。按國 際上的通行標準，人均擁有水資源2 0 0 0m 3 為嚴重缺水邊緣，人均擁有水1 0 0 0m 3 為起碼的要求線。到2 0 3 0 年，我國人口將達1 6 1 7 億，若以1 6 5 億計算，屆時 我國人均水量1 7 0 0 lm 3 。也就是說，從長期趨勢來看，我國是世界上人均資源嚴 重缺乏的國家之一。這種短缺被稱為“資源性短缺”。而且我國水資源分布嚴重不 平衡：降水東南多、西北少，山區(qū)多、平原少，雨量大致由東南向西北遞減。東 南沿海正常年份降雨量大于1 2 0 0m m ，西北廣大地區(qū)少于2 5 0 m m 。水資源南北分 布極不均衡。降水年內(nèi)分配也不均，冬春少雨，夏秋多雨。汛期雨量過于集中， 利用難度很大，非汛期又往往缺乏水量。另外，降水量的年際波動也大，豐水年 與枯水年的水量相差懸殊，致使水、旱災害頻繁發(fā)生。上述這種水資源短缺，稱 為“宏觀工程性短缺”。這種短缺導致我國的人均可用水量降低約1 4 0m 3 ，使我國 在工農(nóng)業(yè)和生活諸方面用水上處于更加艱難的境地。由于缺水每年影響工業(yè)產(chǎn)值 2 0 0 0 多億元，天津、長春、大連、青島、唐山和煙臺等城市已受到水資源短缺的 嚴重威脅【“2 1 。缺水和水資源分布的嚴重不平衡，已成為制約我國經(jīng)濟社會進一 步發(fā)展和人民生活不斷改善的重要因素。 更為嚴峻的是：在缺水的同時，我國水資源的污染十分嚴重，而且有逐漸加 劇的趨勢。據(jù)統(tǒng)計，我國有監(jiān)測的1 2 0 0 多條河流中已有8 5 0 多條受到污染，水資 源質(zhì)量日益惡化，由此更加劇了水資源的短缺強度。這就是人們通常所說的“污染 性短缺”。如果不對此予以極大的重視和治理，將會對中國二十一世紀的發(fā)展產(chǎn)生 重大的負面影響。 為了解決水資源日益緊張問題，人們在尋找新水源的同時，已把節(jié)約用水和 廢水重新利用視為與尋找新水源同等重要。據(jù)統(tǒng)計，1 9 9 3 年全國的廢水排放總量 為3 5 5 6 萬m 3 ，其中工業(yè)廢水量占7 0 。我國是一個淡水資源嚴重短缺和供需矛 盾突出的國家，廢水的重復利用更為迫切；但國內(nèi)和工業(yè)廢水回用率與發(fā)達國家 華南理t 大學工學碩士學位論文 相比差距很大，1 9 9 4 年才達到4 5 f 3 1 。因此提高工業(yè)廢水的回用率是工業(yè)節(jié)水以 緩解我國水資源緊張局面的重要途徑。 1 1 2 石化行業(yè)的用水和水處理狀況 在總耗水量中工業(yè)用水量僅次于農(nóng)業(yè)用水排第二位，且石化工業(yè)用水量大。 在化工企業(yè)中，根據(jù)水的不同用途，可分為生產(chǎn)性用水和非生產(chǎn)性用水。 生產(chǎn)性用水主要由冷卻水、鍋爐給水和工藝用水組成。在化工生產(chǎn)中，冷凝 冷卻仍是用水量最大的單元過程，約占化工企業(yè)的6 0 9 5 ，如煉油廠的循環(huán) 冷卻水用量一般占全廠總用水量的9 0 左右。工藝物料與冷卻水之間只有熱量交 換，在正常情況下，冷卻下水僅僅提高了溫度而化學成分不變，因此可以利用循 環(huán)水技術將換熱后的冷卻下水收集起來，在涼水設備中經(jīng)強制引風或自然通風降 溫后重復使用；對于鍋爐給水。與冷凝冷卻過程一樣，化工生產(chǎn)8 0 9 5 都是 通過換熱界面將熱量傳給工藝物料的，從疏水器排出的是高溫、潔凈的冷卻水， 將它回收重新作為鍋爐給水不但可以節(jié)能、節(jié)約水處理費用，而且從其數(shù)量上看， 也是一項重要的節(jié)水措施。工藝用水是指為完成工藝過程必須加入工藝系統(tǒng)內(nèi)的 那部分水，使用完后排出的水含有一定量的污染物，污染程度較重，須經(jīng)處理達 標后才能排放。 非生產(chǎn)性用水主要由沖洗用水、消防用水、生活用水等組成。非生產(chǎn)性用水 的特點是使用不連續(xù)，用量不定，用后一般直接進入地溝排放并帶有污染，其污 染物的組成也不穩(wěn)定。 化工廠所排放的污水主要為工藝用水和非生產(chǎn)性用水，若將其按成份分類處 理，將污染較輕的污水處理后回用或?qū)⑽鬯疃忍幚砗蠡赜糜诠I(yè)生產(chǎn)，盡可能 做到“少排放”甚至“零排放”。對于節(jié)水減污，保護環(huán)境具有重大的意義。 石化行業(yè)不僅是用水的大戶，而且也是廢水排放的大戶。從煉油、化工、化 肥、化纖、油田和熱電六個專業(yè)來看，無論是新鮮水用量，還是廢水排放量，煉 油企業(yè)在石化系統(tǒng)中都占有較高比例。化工廢水回用率很低，僅為廢水處理量的 1 7 0 5 ，還達不到集團公司平均水平的一半。因此，中石化集團公司已把節(jié)水計 劃納入“十五”總體發(fā)展計劃，要求各企業(yè)要制定節(jié)水減排計劃，清污分流，提高 用水效率，保護有限的z k 資源。 盡管國內(nèi)企業(yè)的污染控制在世紀之交取得了可喜的進展，但與發(fā)達國家相比， 仍然存在著較大的差距。以日本為例，日本石化企業(yè)水消耗量僅為0 0 5 t t 原油， 外排水化學耗氧量( c o d c ，) 牛3 0 m g l ，遠非我國現(xiàn)有水平可比。造成如此巨大 差距有兩方面的原因，其一，發(fā)達國家憑借其資金與技術優(yōu)勢，廣泛采用了低污 染和無污染生產(chǎn)工藝，削減了污染物的總量和污水總量；其二，在排水管理上采 2 第一章緒論 用了“清污分流、污污分流”的污水分類治理策略，在用水系統(tǒng)中采用了“中水道技 術”，即嚴格控制企業(yè)中高質(zhì)水的使用，通過利用凈化低污染水獲得的中水，取代 新鮮水使用，逐步擴大企業(yè)內(nèi)部水的循環(huán)利用率，從而降低新鮮水的需求量。 1 2 國內(nèi)外凈化污水回用現(xiàn)狀 “中水道”技術，其名稱源于日本，也稱中水回用技術。中水主要是指生活污 水或工業(yè)污水經(jīng)處理后達到一定的水質(zhì)標準，可在一定范圍內(nèi)重復使用的非飲用 水，其水質(zhì)介于上水( 飲用水) 和下水( 污水) 之間。并配以專用管道進行輸送， 這種供水系統(tǒng)名為“中水道”系統(tǒng)，這種技術被稱為“中水道”技術【6 j 。 考慮到人們的心理承受能力和安全，目前中水主要用于不與人體接觸的雜用 水或工業(yè)生產(chǎn)用水，國內(nèi)外對于中水回用主要有以下幾種途徑：( 1 ) 回用于農(nóng)田 灌溉、市政雜用，如澆灌城市綠地、沖洗街道、車輛、景觀用水等； 2 ) 居民小 區(qū)中水回用于沖洗廁所；( 3 ) 作為冷卻水和工藝用水的補充水，回用于工業(yè)企業(yè)； ( 4 ) 排放到緩流水體，補充地面水源。 污水回用在發(fā)達國家已有幾十年的歷史，而且規(guī)模很大，技術上已相當成熟。 在美國、日本、以色列等國得到了廣泛的應用。據(jù)統(tǒng)計美國1 5 5 個城市水源中每 3 0 m 3 的水中就有1 是上游的污水，4 0 的美國人口所用的水是上游用過1 次以上 的污水 4 1 。美國城市中水回用量達每年9 億m 3 ，其中農(nóng)灌和景觀回用水占6 2 ， 工業(yè)回用水占3 1 ，其余的或回灌地下控制海水入侵或供娛樂、養(yǎng)魚等。洛杉礬 地區(qū)早在1 9 7 2 年就建成了當時世界上最大的深度處理水廠( 2 1 水廠) ，處理水量 5 6 8 0 0 噸天。當?shù)氐慕?jīng)濟嚴重依賴于污水回用的繼續(xù)發(fā)展【5j 。日本是較早研究污 水回用的國家之一，其主要以處理后的污水作為生活雜用水和工業(yè)用水。 在我國，國家“七五”、“八五”科技攻關計劃都把污水回用作為重大課題加以 研究和推廣。目前大連、太原、天津、北京等城市在污水回用解決水荒上已初見 成效。污水回用設計規(guī)范己頒布實施，全國十幾個大型污水回用工程正在建設 中。如1 9 9 2 年建成的大連市春柳河污水處理廠回用示范工程，采用混凝一沉淀一 過濾一消毒技術將城市二級出水進行深度處理，回用于工業(yè)冷卻用水?；赜昧繛? 萬m 3 d ，售價0 3 元m 3 。而大連1 9 9 3 年工業(yè)水價每噸o 6 元，污水回用比從碧 流河引水節(jié)約投資2 3 ?；赜盟某杀? 加上城市污水廠處理費用) 不超過每噸 o 4 元，比自來水便宣近一半。大慶乘風污水處理廠是我國第一座利用處理后的 城市污水作為油田回注水的污水處理廠，設計規(guī)模為3 萬m 3 d 。采用的工藝流程 為沉淀一生化處理一過濾，水質(zhì)達到油田回注水的水質(zhì)要求，緩解了油田對回注 水需求量大的矛盾。這一工程的成功運行，為在我國北方及內(nèi)地油田地區(qū)推行城 市污水處理與回注提供了經(jīng)驗【”。但總體來看，中水回用在我國仍處于起步階段。 華南理工大學工學碩士學位論文 回用工程的回用量愈大，其噸水投資越小，噸水成本越低，經(jīng)濟效益越顯著。 比較而言，中水回用比遠距離引水便宜，比海水淡化經(jīng)濟，而且既節(jié)約水資源又 可消除環(huán)境污染。因此，中水回用具有廣泛的推廣應用價值，它是我們積極開辟 第二水源，實現(xiàn)污水資源化的一條有效途徑。 1 3 課題的來源與目的意義 廣州乙烯廠是9 0 年代建成投產(chǎn)的新型企業(yè)，污水處理系統(tǒng)與主體工程同步建 成，污水處理能力為1 6 0 t h ，采用了隔油一氣浮一生化表曝的“老三套”傳統(tǒng)工藝 與深度處理組合進行污水處理，凈化出水排入珠江。廣州石化廠各級領導十分重 視水污染控制問題，廣州乙烯廠的污水處理也一直走在同行業(yè)的前列。然而，隨 著2 1 世紀的到來，環(huán)境治理日益為社會所重視，污染物排放的標準更加嚴格，國 家部門及各行業(yè)都相繼出臺了配套的法規(guī)，嚴格本行業(yè)和本區(qū)域的污染控制標準， 尤其是廣東等經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)環(huán)境污染控制、生態(tài)保護與經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀的不協(xié)調(diào) 問題日益突出，現(xiàn)有污水處理狀況已不令人滿意，周邊環(huán)境也已經(jīng)不能再容納更 多的污染排放。為此，廣石化各級領導決心在現(xiàn)有污水處理的基礎上進行優(yōu)化改 造，力求使污水處理出水達到回用水的要求，使水污染控制在同行業(yè)乃至全國率 先實現(xiàn)污染零排放。 廣石化乙烯廠工藝過程的污水主要含油、有機污染物( c o d c ，= 8 0 0 1 0 0 0 m g 1 ) 和色度，這部分水量達1 0 0 1 6 0 t h 。目前經(jīng)過氣浮、生化、沙濾和活 性炭吸附后( 正常操作時c o d c 。約為4 0 6 0 m g 1 ) 直接排入珠江，而沒有加以回 用。這樣不僅增加了單位產(chǎn)品的耗水量，而且污水中的持久性難降解污染物p o p 還對環(huán)境造成了污染。原來的廢水處理工藝采用生物活性污泥法，抗干擾性差， 外界條件改變或受到?jīng)_擊后出水無法達標( c o d cr = 1 0 0 m g 1 以上) 或者要經(jīng)過相 當長一段時間( 約一個月) 才能重新達到排放標準。若能對原有的裝置進行改造， 在沙濾后引入b a f 生物曝氣濾池工藝、高級氧化技術以深度處理，則可進一步提 高出水的水質(zhì)，使出水滿足循環(huán)水的回用標準，作為循環(huán)水及補水回用。每年可 節(jié)約用水7 2 0 0 0 0 】1 5 2 0 0 0 噸，還減少了繳納排污費，其經(jīng)濟與社會效益是十分 顯著的。因此，有必要進行乙烯污水廠二沉池出水回收利用試驗，優(yōu)化處理工藝 和工藝參數(shù)，為上述污水凈化利用的實施提供可靠的方案。 本項目將以廣石化乙烯廠工藝循環(huán)廢水為背景，在原來處理工藝基礎上( 不 改變原工藝) 采用新型生物處理技術與活性炭過濾( a c f ) 技術相耦合，對原處 理工藝的廢水進行深度處理，使之滿足循環(huán)水及補水的標準，作為補水及循環(huán)水 回用。本項目的成功將為廣石化乙烯廠、以及我國石油行業(yè)廢水深度處理及工藝 水的回用提供一種經(jīng)濟可行的處理技術，為實現(xiàn)“零”排放提供示范。 第一章緒論 因此，廣石化公司決定進行乙烯廠污水深度處理及回用試驗，并由華南理工 大學化工學院和廣石化安全環(huán)保處共同進行相關研究，以尋求一種合適的工藝路 線。 1 4 國內(nèi)外污水回用的工藝技術現(xiàn)狀與進展 污水是指在使用過程中喪失了使用價值而廢棄外排的水【9 ，它是生活污水、 工業(yè)廢水、被污染的雨水及其它形式污水的總稱。按其污染程度的不同，污水可 分為輕污染水和重污染水。對于煉油污水，根據(jù)化工廠實際情況，其所有生產(chǎn)裝 置的工藝廢水，其污染物濃度高，組成較復雜，屬重污染水。而其他非工藝廢水， 例如：灌區(qū)噴淋水、機泵冷卻水等，其污染物僅為油和懸浮物，污染物單一而且 污染程度輕，這類污水都可稱為輕污染水。 不同的污水所含污染源種類和數(shù)量各不相同，就是同一污水，其雜質(zhì)成分與 含量也是隨著空間和時間而發(fā)生變化。一般來說，受污染江河水體中主要包括石 油烴、揮發(fā)酚、氨氮、農(nóng)藥、c o d 、重金屬、砷、氰化物等，這些污染物種類較 多，性質(zhì)較復雜，但濃度比較低微，尤其是那些難于降解、易于生物積累和具有 三致作用( 致突變、致畸、致癌) 的優(yōu)先控制有毒有機污染物，對人體健康毒害 很大。特別是對微污染飲用水的處理過程中，自來水廠常規(guī)凈水工藝( 即混凝、 沉淀或澄清、過濾和消毒) 又很難去除，且不能滿足安全、優(yōu)質(zhì)的水質(zhì)要求，已 經(jīng)引起人們的高度重視。 1 4 1 污水深度處理 深度處理是指在常規(guī)處理工藝以后，采用適當?shù)奶幚矸椒ǎ瑢⒊Ｒ?guī)處理工藝 不能有效去除的污染物或消毒副產(chǎn)物加以去除，提高和保證用水水質(zhì)。對于工業(yè) 廢水的深度處理常用的物理處理技術有混凝、沙濾、微絮凝、吸附、超濾、反滲 透、離子交換等。 一吸附技術 目前用于水處理的吸附劑有粒狀活性炭( g a c ) 、硅藻土、二氧化硅、活性 氧化鋁、沸石及離子交換樹脂等，其中用的最多是粒狀活性炭活性炭?；钚蕴渴?一種多孔物質(zhì)，其中用微孔( 孔徑 4 n m ) 構成的內(nèi)表面約占總面積的9 5 以上， 過濾孔和大孔僅占5 左右?；钚蕴繉ξ廴疚锏娜コ饕课⒖椎奈阶饔??；?性炭能去除水中大多數(shù)的有機物和某些無機物，包括可能有毒的痕量金屬?；钚?炭還可以有效地吸附單寧、木質(zhì)素、醚、蛋白質(zhì)類物質(zhì)、氯代烴、有機磷和氨基 甲酸酯類殺蟲劑，還能吸附苯醚、正硝基氯苯、萘乙烯、二甲苯酚、d d t 及許多 華南理工大學工學碩士學位論文 脂類和芳烴化合物j 。 在給水除污染中，常采用降流重力式活性炭濾池，一般炭層厚0 7 1 0 m ， 空床接觸時間6 2 0 m i n ，多采用氣水反沖洗。在國外，活性炭吸附裝置往往較大， 以取得規(guī)模經(jīng)濟效益。據(jù)美國國家環(huán)保局多年跟蹤研究 14 1 ，g a c 吸附裝置的 運行成本為0 0 5 8 0 0 8 7 5 m 3 ( 一年再生一次) ，可見g a c 吸附是一種經(jīng)濟可靠 的污水深度處理方法。 在設計上一般有三種使用方式：1 ) 用粒狀炭替換部分砂濾料，構成雙層濾料 濾池：2 ) 用粒狀炭替換全部砂濾料，即活性炭吸附兼過濾；3 ) 在砂濾池之后單 建活性炭濾池。 二膜過濾技術 膜過濾法是新興的高分離、濃縮、提純、凈化技術，是用高分子薄膜作介質(zhì)， 阻附加能量為推動力，對雙組分或多組分溶液進行表面過濾分離的物理處理方法。 按濾膜孔徑大小的不同可分為微濾( m f ) 、超濾、納濾( n f ) 和滲透等四種類型。 從濾膜法水處理的適用范圍來看，反滲透和納濾為脫鹽工藝，而超濾和微濾則屬 于過濾工藝。 微濾可以去除沉淀不能除去的包括細菌、病毒在內(nèi)的懸浮物，還可以除磷。 超濾已被應用于去除腐植酸等大分子有機物( 分子量大于1 0 0 0 ) 。反滲透則用于 降低礦化度和去除總溶解性固體( t d s ) 。因此，膜過濾膜技術是一種非常有前途 的方法。其優(yōu)點是有良好的調(diào)節(jié)水質(zhì)能力，去除的污染物范圍廣，從顆粒雜質(zhì)到 離子、細菌和病毒，不需要加藥劑，運轉可靠，設各緊湊和容易自動控制。但缺 點是基建投資和運行費用高，易發(fā)生堵塞，對預處理的要求高和需要定期化學清 洗，存在濃縮物處理問題。膜過濾技術在過去廣泛地應用于工業(yè)給水脫鹽、海水 淡化，近幾年朝飲用水和工業(yè)廢水深度處理回用方向發(fā)展。 三臭氧氧化技術 臭氧在水處理的應用比活性炭早。本世紀初，法國的n i c e 城就開始使用臭氧， 當時它被用作飲用水的消毒劑。美國在水處理中使用臭氧開始于1 9 4 0 年，當時的 主要目的是去除水中的色度和嗅味。由于臭氧能氧化分解水中各種雜質(zhì)，包括顯 色有機物( 如有機酸、有機染料等) ，因此能有效她去除水中雜質(zhì)所造成的色、嗅、 味，其脫色效果比氯和活性炭好。由于臭氧具有很強的氧化能力，它可以通過破 壞有機污染物的分子結構以達到改變污染物性質(zhì)的目的：將非極性物質(zhì)轉化為極 性物質(zhì)，將高分子有機物轉化為低分子有機物，將親水性有機膠團轉化為疏水性 易凝聚過濾的無機物。臭氧對水中的有機物有氧化降解作用，并可導致水中可生 物降解物質(zhì)增多，容易引起細菌繁殖，使出水生物穩(wěn)定性下降。因此臭氧氧化很 少在水處理工藝中單獨使用。 第一章緒論 四生物活性炭組合工藝 生物活性炭組合是根據(jù)多年來活性炭在飲用水處理應用實踐而提出的，利用 活性炭中大量的微孔作為微生物生長的載體，此工藝將活性炭的吸附作用和其上 附著微生物的生物氧化結合了起來。通常，生物活性炭的前提條件是應避免預氯 化處理，否則微生物就不能在活性炭上生長，因而失去生物活性炭的生物氧化作 用。根據(jù)歐洲一些國家給水處理的運行結果，采用生物活性炭比單獨采用活性炭 吸附具有以下優(yōu)點：1 ) 提高了出水水質(zhì)，可以增加水中溶解性有機物的去除效率； 2 ) 延長了活性炭的再生周期，減少了運行費用；3 ) 水中的氨氮可以被生物轉化 為硝酸鹽，從而減少了后氯化的投氯量，降低了三鹵甲烷的生成量。目前，生物 活性炭已得到廣泛的應用。 五臭氧活性炭耦合工藝 1 0 臭氧活性炭偶合采取先臭氧氧化后活性炭吸附，在活性炭中又繼續(xù)氧化，這 樣可以揚長避短，充分發(fā)揮各自所長，克服各自之短，這一工藝可以使活性炭的 吸附作用發(fā)揮更好。目前國內(nèi)水處理使用的粉末活性炭能比較有效地去除小分子 有機物，難以去除大分予有機物，而水中通常大分子有機物較多，所以活性炭的 比表面積得不到充分利用，勢必加速飽和，縮短反沖洗再生周期。但在活性炭前 或炭層中投加一定量臭氧后，一方面可破壞大分子化合物的分子結構，使其轉化 為小分子化合物，提供了有機污染物進入微小孔隙的可能性，使大孔內(nèi)與炭表面 的有機物得到氧化分解，減輕了活性炭的負擔，使活性炭充分發(fā)揮其吸附未被氧 化有機物的作用，從而達到水質(zhì)深度凈化之目的。哈爾濱煉油廠j 在進行煉油廢 水凈化回用試驗中，采用預臭氧和活性炭吸附過濾等技術，成功地將煉油廢水深 度處理后回用于循環(huán)冷卻水和鍋爐給水。 六臭氧一生物活性炭技術 活性炭是微生物生長繁殖的良好載體，只要合理運作，活性炭上的微生物對 提高水處理效果，特別是延長活性炭使用周期都會起到積極作用，這種協(xié)同作用 技術稱為生物活性炭( b a c ) 。 生物活性炭濾池的首要任務是去除水中的有機物，通常置于普通濾池之后， 并與預加臭氧結合使用，形成0 3 b a c 工藝。臭氧能使難氧化降解的高分子有機 物被氧化成易生物降解的低分子有機物，它不僅為炭柱降解有機物創(chuàng)造了條件， 也減輕了活性炭的吸附負擔。同時，臭氧氧化使水中有充足的溶解氧，反過來又 為好氧微生物的活動提供了優(yōu)良的條件。其中，生物活性炭則是利用微生物去吸 收利用被活性炭吸附的污染物，客觀上起到使活性炭再生的作用。因此，正常運 行的生物活性炭去除污染物效率高，出水水質(zhì)好，運行管理方便，這種工藝技術 華南理1 = 大學工學碩士學位論文 正曰益受到廣泛重視，并已用于生活飲用水的深度處理過程。 七電化學法 1 3 電化學法是一種利用電化學處理過程中電解氧化、電解還原和電絮凝等作用 去除凈化廢水中殘存的有機物及超標金屬離子的廢水深度處理技術。電化學法最 初用于廢水二級處理的前處理，以提高廢水的可生化性，后來也作為二級處理或 深度處理技術。 一般工業(yè)廢水中殘余的c o d 主要是由難生化降解的溶解性有機物造成的， 這些有機物在電化學過程中經(jīng)過直接或間接氧化作用分解為c 0 2 和h 2 0 。影響電 化學處理廢水效果的主要因素有電極材料、p h 值、電流密度、廢水中污染物的性 質(zhì)等。電化學法具有設備緊湊、占地面極少、操作簡便靈活、無需添加氧化劑或 絮凝劑等優(yōu)點，因此越來越受到環(huán)保工作者的重視。但是電化學法需要消耗大量 的電能，選擇合適的電極材料和操作條件以減少單位處理廢水的耗電量將是電化 學處理技術以后研究的重點。 八土地回灌技術 土地回灌技術是把工業(yè)廢水的二級處理水用于土地灌溉，使土地成為一個大 的生化處理池，工業(yè)廢水處理水經(jīng)過土地的凈化，經(jīng)過大自然的水循環(huán)系統(tǒng)再重 復利用。它是今幾十年才發(fā)展起來的，由于污染物經(jīng)過地下土層和地下包氣帶產(chǎn) 生一系列的物理、化學和生物作用，許多微生物和化學物質(zhì)通過各種反應被去除。 這些過程延遲了某些化學物質(zhì)進入地下水的速率，使部分污染物降解為無毒無害 的組分，部分物質(zhì)則被檀物所吸收，從而使污染物濃度得以降低。因此，土地回 用技術要求工業(yè)廢水處理水中不含有毒物質(zhì)，或不含對生物特別是人體有害物質(zhì)。 土地回灌技術運行周期長，費用相當?shù)?8 】。 凈化污水進行地下水回灌在國外的應用已比較廣泛。這種土地回用技術在 1 9 3 8 年已用于美國的德克薩斯州。英國需用淡水量以每年2 5 的比例增長，其 給水量的1 3 不得不取自含有污水處理后排放河流的河段。前聯(lián)邦德國7 0 年代時 的地面水污染較為嚴重，所取河灘滲濾水和人工地下水都是地面水經(jīng)過不同處理 后，再經(jīng)滲濾和回灌地下的【l “。目前美國、澳大利亞、俄羅斯、德國、丹麥等國 都在大力推行地下水回灌技術。該法投資省，處理效果好，有其是對水中的有機 氯化物和氨氮，但它有占地面積大，且日常操作運行管理不易的缺點。 1 4 2 預處理技術 預處理是指在常規(guī)處理工藝前面，采用適當物理、化學和生物的處理方法， 對水中的污染物進行初級去除，同時可以使常規(guī)處理更好地發(fā)揮作用，減輕常規(guī) 第一章緒論 處理和深度處理負擔，發(fā)揮水處理工藝整體作用，提高對污染物的去除效果，改 善和提高用水水質(zhì)。目前常用的預處理方法有化學氧化法、吸附法和生物法等。 ( d 化學氧化預處理技術 化學氧化預處理技術是指依靠氧化劑的氧化能力，分解破壞永中污染物的結 構，達到轉化或分解污染物的目的。目前采用的氧化劑有氯氣( c 1 2 ) 、高錳酸鉀 ( k m n 0 4 ) 、紫外光氧化和臭氧等。 預氯化氧化是應用最早和目前應用最廣泛的方法。在水源水輸送和進入常規(guī) 處理工藝構筑物之前，投加一定量的氯氣可以控制因水源污染生成的微生物和藻 類在管道內(nèi)和構筑物的生長，同時也可以氧化一些有機物和提高混凝效果并減少 混凝劑的使用量。 化學氧化能有效減少水中有機污染物數(shù)量，但可能化學氧化預處理的各種技 術使出水氯化后的致突變性或多或少地增加，且這些致突變物質(zhì)在常規(guī)處理中不 易被去除，因此使用已越來越謹慎“。 ( d 吸附預處理技術 吸附預處理技術主要是去除水源水中的色度和嗅味，常用的吸附劑有活性炭、 粘土等。國內(nèi)利用粉末活性炭去除污染物正處在研究之中，目前實際工程應用較 少。清華大學【】o 】在對山西大同市冊田水庫中污染物去除的研究中發(fā)現(xiàn)，當粉末活 性炭投加5 0 m g l 時，水中有機物( c o d c r ) 的去除率在6 0 7 0 之間。但粉末 活性炭目前無很好的回收再利用方法，只能作一次性使用，由此造成預處理費用 相對較高，目前還難推廣應用。粘土特別是一些改性粘土，往往也是較好的吸附 材料。粘土顆粒對水中有機物有吸附和交換作用。同時，通過投加粘土也改善和 提高了后續(xù)混凝沉淀效果。但大量的粘土投入混凝池中，也增加了沉淀池的排泥 量，給生產(chǎn)運行帶來一定的困難。 ( 多生物氧化預處理技術 生物預處理是指在常規(guī)凈水工藝之前，增設生物處理工藝，借助于微生物群 體的新陳代謝活動，去除水中的污染物，使廢水中的有機物等物質(zhì)被降解并轉化 為無害的物質(zhì)。其實質(zhì)是利用微生物新陳代謝的作用，將廢水中有機物的一部分 轉化為微生物的細胞物質(zhì)，另一部分轉化為比較穩(wěn)定的化學物質(zhì)( 無機物或簡單 有機物) 的方法 9 | 。其處理對象主要是廢水中的懸浮態(tài)和溶解態(tài)有機物、氮和磷、 鐵和錳等，而且處理成本經(jīng)濟合理。 目前常用的生物反應器大多數(shù)是生物膜類型的。研究成果表明，生物預處理 技術是去除微污染水中氨氮和有機污染物的一種行之有效的方法，在環(huán)境溫度適 9 華南理工大學工學碩士學位論文 宜的條件下，氨氮的去除率可達8 0 以上，對c o d 、鐵、錳和酚等也有較好的 去除效果1 7 卜【2 0 1 。 好氧生物處理是在有氧的條件下，由好氧菌和兼氧菌的分解作用來處理廢水 中的污染物。在好氧生物處理中，生物反應的氧需要量約為1 5 k 9 0 2 k g b o d 5 ，其 大小隨負荷雨變化。若要使生物過程具有最佳的性能，除了微量金屬( 如z n 、f e ) 外，還必須提供充足的n 和p ( 見表1 。1 ) ，這些營養(yǎng)物對微生物的生長是相當重 要的。 按照微生物的生長方式，好氧生物處理可分為懸浮生長工藝和附著生長工藝， 前者以活性污泥為代表，微生物在曝氣池內(nèi)以呈懸浮狀態(tài)的活性污泥形式存在： 表1 1 生物處理的營養(yǎng)需求【2 3 】( r a g l ) t a b l e1 - 1n u t r i t i o u sd e m a n do fb i o l o g i c a lt r e a t m e n t 而后者則以生物膜法等為代表，包括生物濾池、生物接觸氧化池、生物轉盤和生 物流化床等，微生物以膜狀固著在某種載體的表面上。生物膜法是藉生物膜來處 理廢水，生物膜是依附在固定表面上的一層黏膜。因此生物膜法所有構筑物都有 固定介質(zhì)，或是濾料、板材等。生物膜法具有容積負荷高、停留時間短、有機物 去除效果好等優(yōu)點，因此應用廣泛?，F(xiàn)將主要的好氧生物處理方法簡述如下。 1 ?；钚晕勰喾?活性污泥法是利用人工培養(yǎng)的生物絮凝體吸附和分解廢水中污染物從而凈化 廢水?；钚晕勰嘀饕珊醚跷⑸锶后w組成，經(jīng)過馴化后能對某些特定的污染物 顯示出生物化學活性。該方法是對廢水和活性污泥的混合物進行曝氣，使它們充 分接觸，廢水中溶解態(tài)和膠體態(tài)的有機污染物被生物細胞所吸附和吸收，通過微 生物的新陳代謝作用，使有機物分解，廢水得到凈化。同時，新的細胞物質(zhì)不斷 合成，活性污泥的數(shù)量也不斷增多。傳統(tǒng)的活性污泥法一般在活性污泥工藝之后 設二沉池以進行泥水分離。 在傳統(tǒng)的活性污泥法( 如推流式和完全混合式) 的基礎上又發(fā)展出延時曝氣 法( 如氧化溝) 、s b r 法、a o 工藝、a b 工藝( 吸附+ 傳統(tǒng)活性污泥法) 、純氧 和深井曝氣工藝等?；钚晕勰喾梢哉f是當前使用最廣泛的一種生物處理法，已 廣泛應用于食品加工、造紙、化工、含金屬、農(nóng)藥等廢水處理【2 1 】。在臺灣，煉油 廢水的生物處理普遍采用好氧曝氣及s b r 技術【2 。它不但能去除廢水中的有機 物，還能利用活性污泥吸附懸浮物和其它一些物質(zhì)( 如n 和p 等) ，無機鹽也能 部分被去除。對水量很大的城市污水或工業(yè)廢水來說，活性污泥法是運行穩(wěn)定而 1 0 第一章緒論 費用較低的方法。但活性污泥法對水質(zhì)、水量要求較高，負荷低，不耐沖擊，且 具有占地面積大，投資高等缺點。 2 生物濾池 生物濾池法是在砂濾池基礎上發(fā)展起來的一種生物處理方法。該方法是利用 濾料表面形成的一層薄生物膜的生物氧化作用和吸附作用來凈化廢水。在濾池內(nèi)， 廢水連續(xù)流經(jīng)濾料，使被吸附和吸收的有機物在氧氣的作用下被氧化。同時，生 物膜上的微生物以有機物為