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