一种污水深度处理方法 【技术领域】
本发明涉及污水处理技术，更具体地说，是一种轻度污染废水的深度净化方法。
背景技术
随着油田采油和石油化工行业的发展，对水的需求量不断增加，用水成本不断增大。根据国家“十五”节水计划及要求，油田采油和石油化工行业污水回用率要求达到50％，从可持续发展的角度出发，推进污水资源化，大力发展污水再生回用，使供水和排水呈一体化循环，相互补充和合理配置是解决水资源短缺的重要途径。
目前国内外较为成熟且研究较为深入的各种废水深度处理技术主要有以下几种形式。
①生化流程(纪树兰等，《第二届环境模拟与污染控制学术研讨会》，2001年11月8日)
调节池-混凝气浮-砂滤-水解酸化-生物接触氧化-砂滤-活性碳吸附-消毒的基本生化流程，可实现达标要求。但流程过长，投资及运行费用较高，酸化阶段不彻底，不能充分分解大分子及其它难降解有机物；出水水质依靠活性炭吸附进行保障，运行周期短，活性炭再生成本高，使用寿命短，且出水水质稳定性较差，在运行中有浮渣和剩余污泥产生。
②膜生物反应器(钱易，《上海环境科学》，1998年7月3日)
膜生物反应器是近年来随着新材料科学的发展应运而生的一种新型高效反应器，主要应用于微量有机污染废水的深度净化。但设备投资造价高，处理量小，在膜材料清洗及再生问题上还没有得到很好的解决，国产膜的质量也尚不稳定，水质波动或浊度稍高时会出现膜污堵和无法清洗等致命的弱点。
③臭氧-生物活性炭工艺(王宝贞等，《环境污染与防治》，2001年4月10日)
上世纪70年代初，臭氧生物活性炭工艺首次在德国Dusseldorf市Amstaad水厂开始使用[3]。目前，臭氧生物活性炭工艺是研究最为深入的一种污水深度处理工艺，在国内外都已形成了大规模的工业化应用装置。工业化条件下运行检验证明，利用臭氧氧化特性对水质具有改善和稳定作用，利用活性炭比表面积大，可有效缩短生物膜驯化成熟周期和提高生物降解效率，延长活性炭使用寿命，且无需再生等优点，很好地解决了其它工艺模式难以克服的经济技术问题，运行成本低廉，出水水质好，处理效果稳定，具有较强的抗冲击性和冲击情况下可快速恢复生化功能等特点。
④光催化氧化工艺(李方柏，《上海环境科学》2001年12月20日)
上世纪80年代中期，国内外开展了光化学氧化法去除水中优先污染物的研究。1987年同济大学进行了紫外线-臭氧(UV-O3)进行深度处理的研究，与此同时还进行了采用低压汞灯为光源，以二氧化钛为催化剂的光催化氧化处理有机优先污染物试验，获得一定的效果。但这些研究目前还未达到应用于工业化生产的阶段；另外光催化氧化的费用昂贵，去除率低，能耗高，不利于推广。
研究和开发光催化氧化工艺的出发点只是用于色度、悬浮物较低、难于生化处理的诸如抗菌素、甲醛、甲醇等废水的前期处理。
【发明内容】
本发明的目的是克服已有技术地缺点，提出一种使处理后水质能进一步满足更高回用水水质要求的污水深度处理方法。
本发明的污水处理方法包括以下过程：
(1)经生化处理后的炼油、化工污水进入高效曝气生物反应器，并使污水浸没反应器内的填料，其出水加入絮凝剂，经充分混合后进入砂过滤器，所述的絮凝剂为聚合氯化铝铁及聚丙烯酰胺，其加入量分别为20-50mg/l和2-4mg/l，所述的炼油、化工污水COD≤120mg/l、NH3-N≤20mg/l、悬浮物≤50mg/l；
(2)由步骤(1)砂过滤器的出水与臭氧混合后进入生物活性炭塔，停流10-15分钟，所述的臭氧量为5-10mg/l；
(3)经步骤(2)生物活性炭塔氧化后的水依次进入两个串联的高效多介质过滤器过滤；
(4)步骤(3)过滤后的水进入高效复合过滤器过滤，出水达到循环水补水标准；
(5)经步骤(4)过滤后的水再经微滤机过滤，达到脱盐水补水标准。
本发明步骤(1)所述的高效曝气生物反应器，是在已有的生物曝气池(侯祥麟主编，《中国炼油技术》，中国石化出版社，1991年12月第1版，P681)内填充填料(曝气区)，已经充氧的污水浸没全部填料。所述的填料为球形聚丙烯骨架并在内部填充改性海绵(膨体聚氨基酯)，装填量为反应器容积的20-30％。填料经过自然生长或接种后驯化挂膜而形成，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中有机污染物得到去除，使污水得到净化。
另外，在去除有机物的同时，还进行深度的硝化和反硝化作用，从而保证了系统具有较高的有机污染物(包含磷、氨氮)的去除率。
本发明步骤(1)通过向污水中投加絮凝剂药剂，使水中的胶体颗粒等污染物的双电层被压缩，失去稳定性而形成较小的微絮凝颗粒，这些微絮凝颗粒再互相聚结或通过其它物质的架桥作用而形成大的颗粒絮体后，由水中排除。(《给水排水》，2001年7月)
所述的砂滤(《中国科普博览》，1999年11月30日)是使污水通过滤料床层时，其中的悬浮物、胶体及其絮体等被截留在滤料表面和内部空隙中。
本发明步骤(2)所述的臭氧-生物活性炭单元(《中国给水排水》，2002年第3期)，是利用臭氧所具有的强氧化特性，可以有效地进行水质的脱色、氧化分解有机物，去除水中的嗅味、COD、洗涤剂、铁和锰等；明显改善废水的可生化性，以创造后续生化处理的有利条件(如对废水中的芳香族化合物进行开链作用，将长链高分子有机物分解为易生物降解的小分子有机物等)。实验结果表明，利用臭氧、生物活性炭的有机结合，可显著提高部分难降解有机物的氧化分解效率(化学效应)，为生物活性炭的稳定高效运行创造了良好的条件，同时对稳定水质、提高生物活性炭的耐冲击性起到了至关重要的作用。
生物活性炭处理是已知技术，其主要机理是利用活性炭作为微生物载体，利用其优异的吸附性能使轻度污染废水中的有机物质进行富集浓缩以达到微生物代谢分解的基质条件，通过自然驯化形成的微生物体系，实现吸附-微生物分解再生-再吸附的水质净化过程。同时，由于炭层水力分布的不均衡性，在生物活性炭塔内部会交替形成很多的厌氧或缺氧区，从而形成特定的厌氧菌、兼性菌与好氧菌的并存微生物平衡体系，通过厌氧微生物的水解酸化作用，进一步提高废水的可生化性，对提高处理效率、稳定出水水质具有重要作用。
本发明步骤(3)所述的高效复合多介质过滤器是由不同粒径、不同性质的填料构成，有针对性地去除相应的污染物；一方面可以建立深层过滤截留体系，提高过滤器整体过滤性能，同时，由于填料亦有催化过滤、吸附等作用，还具有生物载体特性，随着运行时间的延续，可自然形成效果十分明显的物化、生化处理能力，可进一步去除残留的有机物质，对提高出水水质及增强抗冲击性具有重要的意义。其主要结构：过滤器是圆柱形，其内部由下而上依次填充石英砂、陶粒、无烟煤、活性炭填料，它们的体积比为1∶1∶1∶1，它们的粒径均为0.5-2.0mm，填料总装填高度为800-1200mm。其运行方法：过滤器上部进水并由底部经出水口排出过滤器。根据压头损失情况，运行30天以上进行反洗，采用气水分别反洗，反洗水及压缩空气由底部侧线管口进入，由顶部排出，水反洗强度为1.0m3/m2·min，气反洗强度为3.0m3/m2·min，反洗历时10-20min。
本发明步骤(4)所述的高效复合过滤器是已知设备(《浙江技术创新》，2002年7月1日)，它是膜分离技术，是一种物理分离过程，它是靠压力为推动力进行过滤的处理技术。近年来，由于膜材料(本发明用微滤膜)和膜制造技术的发展，国内外水处理专家将膜分离技术大量引入污水处理中，由于与污水处理工艺结合方法的改进，它可以提供其它水处理设施从未达到的出水水质，具备极好的卫生指标，并且处理效果极其稳定可靠。
本发明步骤(5)所述的微滤机是已知设备(邓义敏等，《生态水网》，2002年5月7日)。它是一种连续式的过滤系统，它是由微滤膜柱、压缩空气系统和反冲洗系统以及PLC自控系统等所组成。
本发明的方法优点和应用效果：
该工艺流程设计科学合理且技术先进成熟，运行稳定可靠，处理系统具有较强的抗冲击能力；出水各项理化指标完全达到或超过了设计要求，其中COD去除率达到90％以上，吨水运行成本为0.23元/m3。
工业化后COD去除率可确保达到95％以上，达到循环水补水吨水运行成本可控制在0.55元/m3以内。如果配套在线监测仪表和相应的控制系统，本工艺出水水质更加稳定，抗冲击能力将进一步增强，完全可以保证炼油、化工生产的需要。
实践结果表明：该系统COD去除率可达到90％以上，BOD5去除率可达95％以上；出水COD、悬浮物(SS)、油(OiL)、NH3-N指标分别控制在10mg/l、20mg/l、1.0mg/l、1.0mg/l以下。
【具体实施方式】
下面通过具体实施例进一步说明本发明特点。
实施例
本实施例是对大庆炼化公司炼油污水深度处理。
该炼油污水的主要污染物为石油类含碳有机物质，经过A/O(厌、好氧串联)工艺处理后，其中的乳化油、轻烃及酚、醛等主要污染物质均已得到较好的去除。由水质分析数据可以看出，该废水中主要含有一定量的悬浮物、 溶解性可生化降解物质等，其废水具有一定的可生化性，BOD5/COD比值为0.25-0.35。将上述A/O工艺处理后的炼油污水再经本发明的方法深度处理。
(1)处理量：500m3/h，系统工作压力：0-0.4Mpa。
(2)控制进水污染物：COD≤120mg/l、NH3-N≤20mg/l、悬浮物≤50mg/l，温度15-25℃；本实施例进水水质见表1。
(3)按本发明方法处理结果见表2。由表2可知，COD总去除率为99.93％、油的总去除率为99.99％、NH3-N总去除率为99.99％、悬浮物总去除率为98.52％。
表1含油污水处理场总出水水质(深度处理装置进水水质)项目单位含油污水进水水质含油污水出水水质 含油污水场 混合液水质 含油污水场总 出水水质mg/l 6-9 6.95 6.87 6-9SSmg/l 100 46 94.72 37.88CODmg/l 650 115 343.53 61.83BOD5mg/l 195 28.71 117.63 17.64碳化物mg/l 180 0.054 17.06 0.023挥发酚mg/l 30 0.012 12.10 0.0048油mg/l 60 1.70 25.58 0.893氰化物mg/l 3 0.237 1.27 0.093氨氮mg/l 120 24.10 54.37 10.44总磷mg/l 2.5 9.85 2.07 1.14
表2生产污水深度处理去除效果 单元名称 项目高效曝气生物反应 器 砂过 滤器 臭氧 氧化 多介质 过滤器 A 多介质 过滤器 B 高效复 合 过滤器 微滤 机过滤 总去 除率， ％ 总出水， mg/l 设计标 准，mg/l COD(mg/l) 进水 61.83 32 24.5 10.20 6.58 4.26 2.98 99.93 0.04 ≤2 出水 32 24.5 10.20 6.58 4.26 2.98 0.04去除率，％ 48 25 58 35 35 30 98.6 BOD5(mg/l) 进水 17.64 7.04 4.57 2.97 1.93 1.20 0.90 99.43 0.10 ≤2 出水 7.04 4.57 2.97 1.93 1.20 0.90 0.1去除率，％ 59.8 35 65 35 37 25 88 油(mg/l) 进水 0.893 0.893 0.46 0.46 0.32 0.2 0.12 99.99 0.00 ≤05 出水 0.893 0.46 0.46 0.32 0.2 0.12 0.00去除率，％ 0.0 48 0.0 30.43 37.50 40 99.99 SS(mg/l) 进水 37.88 19.51 6 5.5 4.2 3.6 2.90 98.52 0.5 ≤5 出水 19.51 6 5.5 4.2 3.6 2.9 0.5去除率，％ 48.52 69 8 23 14 19 82 NH3-N(mg/l) 进水 10.44 4.10 3.2 3.1 1.2 0.60 0.1 99.99 0.00 ≤0.1 出水 4.1 3.2 3.1 1.2 0.60 0.1 0.00去除率，％ 60.7 20 3 6.1 50 83 99.99 磷(mg/l) 进水 1.14 0.866 0.260 0.18 0.14 0.10 0.08 94.7 0.05 ≤0.5 出水 0.865 0.260 0.18 0.14 0.10 0.08 0.05去除率，％ 24 70 30 22 28 20 37