污水回用中COD和氨氮去除方法探讨

污水回用中COD和氨氮去除方法探讨赵　清　安景辉(中国石化工程建设公司,北京　100101) 摘　要:　对污水回用于循环冷却系统补充水的水质指标进行了分析并提出了部分建议水质指标,对污水回用工程中涉及的COD、氨氮深度去除工艺进行了探讨,针对回用目标提出了建议处理方法。

关键词:　污水回用　循环冷却　COD　氨氮The D iscussion of COD&NH3-N Rem ov i ng M ethodsi n W a stewa ter Reuse ProcessZhao Q ing　A n J inghu i(S IN O P EC E ng ineering Incorp ora tion,B eij ing100101)Abstract In th is article,the quality index of reu se w astew ater as m akeup w ater of circu lating coo ling system is analyzed and several quality indexes w ere recomm ended.T he COD and amm on ia n itrogen rem oval m ethods invo lved in w astew ater reu se p ro ject w ere discu ssed and the recomm endato ry p rocesses w ere given acco rding to the w astew ater reu se destinati on.Keywords:W astew ater reu se,C ircu lating coo ling,COD,Amm on ia n itrogen1　概述随着社会经济的高速发展,有限的水资源越来越不能满足迅速增加的用水要求,造成了工农业和居民用水的严重紧缺现象,国内外都在为解决这一矛盾开发新的水资源,污水回用也相应的成为国内外研究的重点。

石化行业是用水大户,也是排水大户,具备污水回用的基本条件,近年来逐渐得到有关部门的重视,有关企业也进行了很多试验研究,取得了不少成果,行业内污水回用的时机也逐渐成熟,可以预计,在不久的将来会迎来污水回用的大发展。

根据污水回用的目的,有用作生活杂用水、生产直流冷却水和循环冷却系统补充水等多种途径,从用水量上看,以循环冷却系统补充水为最大,因此这一回用目标也成为研究的重点,国内多家石化企业已经对炼油污水回用于循环冷收稿日期:2001-03-22作者简介:赵清,男,工程师,1996年清华大学环境工程系毕业,硕士学位,现任中石化工程建设公司环境工程二室副主任。

电话:(010)64962266转3532・1・　第3期 石　油　化　工　环　境　保　护ENV I RONM EN T PRO T ECT I O N I N PETROCH E M I CAL I N DU STR Y却系统补充水进行了多年的试验[1]～[5],证明采用合适的水质稳定配方和合适的深度处理工艺,可以达到循环冷却系统的稳定运行。

以下就生产污水经二级生化处理后回用作循环冷却系统补充水的深度处理工艺进行分析。

2　污水回用水质指标污水回用作为循环冷却系统的补充水时,再生水水质指标应结合循环冷却系统的运行来考虑。

在循环冷却水系统中,由于补充水水质的原因,通常会产生结垢、腐蚀和大量微生物繁殖的问题,其中腐蚀和微生物的大量繁殖又是关联的,对循环冷却系统水质的控制也是从解决这三个问题入手。

目前各企业循环冷却系统补充水基本上是采用清净地表水、地下水或自来水,而且各自都形成了较完善的水质稳定控制方法,将补充水更换为再生污水后,运行中可能出现的问题可以通过对补充水水质成分变化进行分析得出。

一般情况下,再生污水同其它清净水源相比存在以下特征:(1)总溶解性固体较高;(2)COD、BOD5浓度高;(3)氨氮浓度高;(4)细菌群落数量多,悬浮物浓度较高。

总溶解性固体高时会使系统的腐蚀倾向增大,其中的钙、镁离子含量高时可能产生结垢;当补充水的有机物浓度(COD,BOD5)和氨氮浓度较高时,微生物可能在循环系统内大量繁殖,进而产生微生物粘垢,如粘垢粘附在管壁或换热器壁上,会产生局部的腐蚀;如补充水中异养菌群数量大,则相当于为系统中微生物的繁殖提供了大量的接种菌群,为微生物粘泥的产生创造了条件,为此在污水回用工程中应对上述指标进行针对性的分析。

对于补充水总溶解性固体,各企业的控制标准不一,低者500m g L,高者1000m g L,石化企业一般控制在较低范围内,也有研究[1]表明,当总溶解固体在850m g L左右时,循环冷却系统仍可稳定运行,建议循环系统补充水总溶解固体的上限值采用1000m g L,超出此值应采取除盐措施。

关于COD标准,美国水污染控制协会建议值为75m g L,我国研究人员提出[8]一类标准为40m g L,二类标准为60m g L,还有些企业提出20m g L的指标。

相关研究表明[6],石油化工二级处理的污水经深度处理后(COD平均为44m g L)回用于循环水时,微生物的生长繁殖状况与自来水相近,没有出现大量繁殖的情况。

主要原因是回用水中有机物不易被微生物降解,即不能作为微生物代谢的碳源,因此不必对回用水的COD提出过高的要求,建议采用40m g L。

对于BOD5,由于可直接作为微生物基质,建议采用较低值5m g L。

关于氨氮指标,国内外有二种建议值,即3m g L和1m g L,建议采用1m g L。

研究[7]表明,对于深度处理后的回用水,即使补充水中异养菌群数量很大,同自来水作补充水相比,并没有产生微生物的大量增殖,采用合适的杀菌剂完全可以控制,而且污水回用处理中,混凝沉淀+过滤作为最基本操作单元,在去除悬浮物的同时可以将大量的细菌去除,因此对异养菌数目不必提出专门的控制指标。

3　污水回用处理方法在污水回用处理中,除盐工艺由于成本高很少涉及,此处不作分析,悬浮物、浊度和石油类可以通过混凝沉淀、过滤工艺去除并达标,因此重点解决的问题就是COD和氨氮的去除,下面仅就这二个问题进行讨论。

3.1COD的去除一般情况下,经过二级生化处理后的污水中COD浓度已经降到100m g L以下,BOD5浓度更低,针对这种水质特点,目前采用的深度处理方法有生化法、活性炭吸附法和臭氧预处理+生化法等。

3.1.1生化处理方法采用生化处理方法时,由于基质的限制,微生物增长缓慢,如果采用普通的活性污泥工艺,生长很慢的活性污泥将随水流流出,曝气池中的污泥浓度很低,达不到理想的处理效果,因此对二级生化出水一般不采用活性污泥法,而是采用对微生物具有较强固着能力的生物膜法。

与普通二级生化处理中的生物膜法不同的是,对污水进行深度处理时对填料的选择应更慎重,主要考虑的指标是填料的挂膜性能,采用普・2・石　油　化　工　环　境　保　护 2001年　通的软性、半软性塑料或纤维填料时,由于其挂膜性能较差,难以达到预期的处理效果。

研究表明[4],采用生物陶粒填料的接触氧化工艺可以取得很好的处理效果,对于炼油污水,出水的COD可稳定在40m g L以下。

辽宁盘锦沥青股份有限公司采用生物陶粒接触氧化处理生产污水并将处理后污水回用作循环系统补水已经成功的运行了近2年,效果良好。

因此采用生物陶粒为载体的生物膜法是深度去除COD的成功工艺。

应说明的是,生化方法所能够去除的主要是二级出水中可以生化降解的有机物,对于生化难降解的有机物是不起作用的。

3.1.2活性炭吸附法是技术上可靠,经济上可行的物化处理方法,其原理是利用活性炭巨大的表面积吸附水中的有机物,在国外已经有多年的生产应用实践,一般对活性污泥法二级出水先进行混凝沉淀和过滤,然后进行活性炭吸附,炭塔的出水的COD可达到10m g L左右,吸附的COD同活性炭的重量比可以达到013～018[6],运行效果都比较理想,因此采用活性炭处理污水厂二级出水从技术看是成熟、可靠的。

但是,活性炭吸附处理二级出水也存在一些障碍,其主要问题是活性炭的再生。

在运行过程中,活性炭的吸附容量会逐渐饱和,必须进行再生或更换。

再生方法通常为热再生法,需要经过干化、有机物热解、活化三个过程,其中活化温度达到820℃以上,设备较为复杂,对于活性炭用量不大的系统,设置活性炭再生设备在经济上是不合算的,在这种情况下,将饱和的活性炭运回活性碳厂再生更经济,国内一些活性炭生产厂已经开展了此项业务。

3.1.3臭氧氧化+生化处理工艺对于可生化性很差的污水,单独采用生化处理方法达不到高的COD处理效果,因此出现了化学氧化+生化处理工艺,其中的氧化剂主要采用臭氧,由于臭氧是一种很强的氧化剂,它可以将很多复杂的有机物氧化为简单的有机物,使不可生物降解的成分转化为可生物降解的成分,在这个过程中,臭氧被分解为氧,没有其它有害物质的产生。

对于后续的生化处理单元,一些研究人员提出了生物活性炭工艺,一方面活性炭作为微生物载体用来生长生物膜,另一方面活性炭用来吸附难降解的有机物质,进一步降低污水中的COD。

应用表明,该工艺对于污水中有机物的深度去除是有效果的,但也存在一定的问题,一是活性炭仍然需要再生,如果不进行再生,饱和后的活性炭只能起普通生物载体的作用;如果进行再生,则前一阶段培养起来的生物膜将被破坏掉。

第二个问题是经过沉淀、过滤处理的二级出水中仍然有30～40m g L的COD,投加臭氧的浓度相应增大,运行成本增加。

第三,国内目前还不能生产大容量的臭氧发生器,基建投资大,运行管理复杂。

如果将这种工艺用于循环冷却系统的补充水处理,则未必能达到理想的运行效果。

首先,当有机物种类不同时,微生物的生长状态会有很大的差异,如果有机物成分中可以生化降解的比例高,微生物的基质浓度相应的高,微生物繁殖快,并最终导致微生物粘垢的大量产生。

相反,如果有机物成分中可生化降解的比例小,则可以作为微生物基质的数量少,稳定条件下微生物生长数量少。

因此在补充水的COD组成中,对微生物繁殖起决定作用的是可生化降解的成分。

经过充分的生化处理后,水中所含的绝大部分可生化降解的有机物已经被去除,在这种条件下,即使COD浓度较高,采取适当的措施后可以避免将其作为循环系统的补充水而产生微生物大量繁殖的问题。

第二,投加臭氧后,难降解或不可生化降解的有机物得到一定程度的分解,转化为可生物降解的有机物,使得污水的可生化性提高。

如果不进行进一步的生化处理,必将在循环冷却系统中引起微生物的大量繁殖,因此将投加臭氧作为后置的去除COD 措施是不合理的。

即使再经过生化处理,这部分可生化降解的有机物可以得到大部分去除,出水中的COD也相应的降低,但臭氧处理后的生化装置出水的BOD则不一定降低,根据前面的分析,将其作为循环系统补充水补到循环冷却系统后,微生物的繁殖程度不一定降低。