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1、BAF在石化废水处理中的应用实践（北京佳瑞环境保护有限公司）1、石化废水处理技术现状分析隔油浮选好氧活性污泥法的传统技术传统技术最大的缺陷是出水水质较差，无法满足现行排放标准；同时表现出占地面积庞大、基建投资和运行费用高、管理复杂以及维护量大等多种缺陷。AO法有效改善了出水水质，且具有了脱氮的功能。污水处理停留时间仍然长达2530h，处理负荷偏低，占地面积、基建投资以及运行费用仍然偏高。特别是针对污水中氨氮的处理，需要延长停留时间、降低负荷、增加池容，进一步增加了基建投资、占地面积和运行费用。SBR（及其多种变种工艺）氧化沟膜生物反应器SBR法及其多种变种工艺需要很高的自动化控制水平，一旦自动
2、化控制硬件或软件出现故障，工艺立刻受到影响甚至瘫痪，自动化控制本身需要较高的投资，需要较高水平的操作人员氧化沟工艺占地庞大，在经济发达、用地紧张的地方很难推广膜生物反应器需要定期清洗、清洗需要严格的程序、膜本身质量问题、寿命问题等都是膜生物反应器不可忽视的缺陷。2、BAF工艺简介BAF（曝气生物滤池，Biological Aerated Filters）被称为第三代生物滤池（The Third Generation Filter）在滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料，滤料表面生长着高活性的生物膜，滤池内部曝气。污水流经时，利用滤料的高比表面积带来的高浓度生物膜的氧化降解能力对污水进行快速净化，
3、此为生物氧化降解过程；污水流经时，滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水漂出，此为截留作用运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物以及更新生物膜，此为反冲洗过程。BAF工艺具有多重优点 曝气生物滤池是第三代生物滤池，是真正集生物膜法与活性污泥法于一身的反应器，出水水质高、处理负荷大。采用粒径小、比表面积大的滤料，显著提高了生物浓度；采用生物处理与过滤处理联合方式，其后无需设置沉淀池；采用反冲洗的方式，免去了堵塞的可能，同时提高了生物膜的活性；采用生物膜加生物絮体联合处理的方式，同时发挥了生物膜
4、法和活性污泥法的优点。曝气生物滤池同时具有生物氧化降解和过滤的作用，因而可获得很高的出水水质，可达到回用水水质标准。在可生化性不强的情况下，曝气生物滤池处理效果也优于一般的工艺，因为曝气生物滤池处理有机物不仅依赖于生物氧化，还存在显著的生物吸附和过滤作用，因为可去除粒径较大，可吸附去除一些可生化性不强的物质。因不断的反冲洗，生物膜得以有效更新，表现为生物膜较薄，活性很高。高活性的生物膜不仅体现在生物氧化、降解方面，更表现为生物絮凝、吸附作用。对一些难降解的物质，可将其吸附、截留在池中，得以去除。22占地面积小，基建投资省。曝气生物滤池之后不设二次沉淀池，可省去二次沉淀池的占地和投资。曝气生物滤
5、池占地面积仅为常规工艺的11015。处理负荷高、停留时间短，因而池容较小，基建投资比常规工艺节省至少2030。23运行费用低。供气能耗在所有好氧生物处理的运行费用中占了相当的比例，曝气生物滤池工艺氧的传输利用效率很高，曝气量小，供氧动力消耗低。氧的利用效率可达2030。抗冲击负荷能力强，耐低温。运行经验表明，曝气生物滤池可在正常负荷23倍的短期冲击负荷下运行，而其出水水质变化很小。这一方面依赖于滤料的高比表面积，当外加有机负荷增加时，滤料表面的生物量可以快速增值；另一方面依赖于整体曝气生物滤池的缓冲能力。此外，生物曝气滤池一旦挂膜成功，可在610水温下运行，并具有较好的运行效果。启动快、易恢复
6、。曝气生物滤池在水温15左右，2至3周即可完成挂膜过程。在暂时不使用的情况下可关闭运行，此时滤料表面的生物膜并未死亡，而是以孢子的形式存在，一旦通水曝气，可在很短的时间内恢复正常。26采用模块化结构，便于后期改、扩建。国内现有污废水处理工艺普遍存在一个缺点：当新增污废水处理量时，必须对原有工艺进行较彻底的修改，主要原因是因为这些工艺都不是模块化结构。BAF完全模块化，非常利于后期的扩建和改建，仅需并列增加滤池数即可，不影响已有的工艺运行。27自适应功能强，无需费用高昂的自动化控制硬件，易于管理。BAF具有很好的自适应功能，采用的自动化控制硬件、软件投资小、操作非常简单，无需大量的人员技术培训。
7、28不产生臭气、环境质量高。国内现有污水处理厂的环境质量普遍较差，臭气弥漫、苍蝇等昆虫较多，BAF不产生臭气，采用该工艺的污水厂环境质量很高。3BAF的技术关键曝气生物滤池三大关键技术很多失败的工程皆因没有掌握这三方面的关键技术。核心滤料技术核心滤料技术滤料是BAF的核心之一。事实上，我国从八十年代初就开始研究BAF，之所以未能推广，关键原因是没有找到合适的滤料。滤料的种类、表面性能、比表面积、粒径范围、级配、密度等参数直接决定了BAF的处理出水水质、处理负荷、运行费用与维护管理量，绝大多数情况下直接决定了工程的成败。工程实践表明，在各种滤料（如炉渣、沸石、麦饭石、石英砂、无烟煤、活性炭等）中
8、，陶粒滤料是最适宜于BAF应用的滤料。然而，并不是所有的陶粒滤料都能够成为曝气生物滤池的理想滤料。国内外的工程应用中，因陶粒滤料而经常出现的问题有：因滤料生物亲合力不强，导致因滤料生物亲合力不强，导致BAFBAF挂膜挂膜速度慢、膜质量差，最终导致处理出水水速度慢、膜质量差，最终导致处理出水水质差且不稳定质差且不稳定 生物亲合力反映的是微生物与陶粒滤料表面的亲和程度，生物亲合力越差，滤料表面的生物量（或生物浓度）就越低，生物活性也越差。对石化废水的处理，这一点尤为重要，因为石化废水的可生化性不强，特别是已经经过AO等生物处理后，废水的可生化性更差，此时如果滤料的生物亲合力较差，生物膜很难培养，即
9、便是勉强挂膜，膜的质量也较差，处理效果不稳定，出水水质很差。因陶粒滤料跑料，导致运行费用及维因陶粒滤料跑料，导致运行费用及维护量提高护量提高 国内有些工程中，因滤料的密度不当以及滤池设计的原因，运行一年后陶粒滤料流失量就达到了20左右。不仅增加了运行费用、提高了维护量，也明显地影响了出水水质。因滤料易板结，导致滤池堵塞严重因滤料易板结，导致滤池堵塞严重 不少厂家生产的陶粒滤料形状不规则、孔隙分布不均匀，导致滤池运行时极容易产生局部堵塞，进而发展成为滤料板结，此时已经板结的滤料不能发挥作用，并可能进一步发展到整个滤层，情况严重时需要将滤料全部清出池外进行清洗（滤池反冲洗已经无法解决）。因滤料级配
10、不合适，导致出水水因滤料级配不合适，导致出水水质差或者频繁地反冲洗质差或者频繁地反冲洗 BAF皆有过滤的功能（其后不设二沉池），因此对滤料级配的设计与控制就成为了陶粒滤料的关键技术之一。级配控制不好的滤料，要么出水水质差（特别表现在出水悬浮物高），要么滤池需要频繁的反冲洗，既增加了运行费用与劳动量，同时也不利于滤池的正常运行。因滤料强度不够、耐酸碱度不强因滤料强度不够、耐酸碱度不强而导致滤料使用寿命不长而导致滤料使用寿命不长 陶粒滤料的强度、耐摩擦性、耐酸碱度直接决定了其使用寿命。国内很多厂家生产的陶粒滤料，在使用23年后，滤料破碎较为严重，粒径减小、K60增大、滤池反冲洗频率增加。因滤料释放
11、化学污染物导致水体因滤料释放化学污染物导致水体二次污染二次污染 有些厂家的陶粒滤料水浸出液含有重金属离子或者其他污染物，致使在处理废水的同时又出现了二次污染。布水布气系统布水布气系统包含了正常运行（过滤）时的布水布气以及反冲洗时布水与布气（设计时一般将其作为一个统一的系统整体考虑）。其主要作用是将进入滤池的水（包括待处理的水及反冲洗进水）、气（包括正常曝气以及反冲洗进气）均匀地布置在滤池整个横断面上。布水布气系统的技术关键一是保证布水布气均匀，二是绝对避免堵塞。布气布水不均匀布气布水不均匀布水布气不均匀是布水布气系统经常出现的问题。有时工程刚竣工时尚好，待运行1至2年后，效果急剧下降，甚至出现
12、大面积的（无气泡）。正常过滤时，如果布气不均匀，就会在滤池没有气泡的地方形成厌（缺）氧状态，并引发局部堵塞；反冲洗时，气泡太大的地方容易引发滤料的流失；而如果布水不均匀，则滤池内部有些地方滤速太高，停留时间缩短，处理效果下降，而有些地方滤速太低，又容易引起滤层堵塞。布水布气系统堵塞布水布气系统堵塞国内外不少厂家习惯于采用类似给水滤池（如V型滤池）的长柄滤头作为曝气生物滤池反冲洗布水布气的设备。然而，给水滤池与曝气生物滤池需处理的对象不同：前者进水悬浮物少，且废水中营养物浓度极低，不易产生生物膜，因此长柄滤头的布水缝隙与进气孔（或进气缝）不容易堵塞；而后者无论是在悬浮物还是营养物，与前者有数量级
13、上的差别，非常容易在长柄滤头的布水缝隙与进气孔（或进气缝）产生生物膜或者截留悬浮物，日积月累，进而产生严重的堵塞（长柄滤头布水缝隙窄，仅有0.30.6mm，布气孔径小，仅有23mm）。目前，已经采用长柄滤头的国外工程（或国外为国内设计的工程），都将定期清洗（一般至少每半年一次）作为维持长柄滤头不堵塞的必要手段；而国内设计的工程，已有产生严重堵塞的事例，不得不将长柄滤头全部取出更换。自动控制系统自动控制系统自动控制系统也是BAF需要重点考虑的因素。反冲洗是维持BAF正常运行的必要步骤。通过反冲洗，生物膜得以更新，水头损失得以下降，BAF重新回到初始状态。自动控制系统决定反冲洗的时间，并根据滤池状
14、况决定反冲洗的方式与强度。BAF自动控制系统虽然没有类似SBR的自控系统那样复杂，然而控制不好，不仅会给BAF的运行造成很多不便，更会影响BAF的正常运行。4我公司在BAF方面的技术优势从1997年以来，我公司从事了30余项BAF用于生活污水、石化废水、焦化废水、制药废水、植物油废水等工业废水的处理与回用工程，坚持工程与产品相结合、工程与研发相结合的技术发展路线，不仅积累了丰富的BAF工程经验，更是不断完善了BAF的核心技术与核心设备（产品）。在BAF领域已经成为介入最早、技术最成熟、工程质量最佳的企业。在BAF技术上，我公司的主要优势如下：4.14.1酶促高效挂膜球形轻质陶粒滤料酶促高效挂膜
15、球形轻质陶粒滤料生产技术生产技术早在1995年，我公司就开始关注法国、日本的曝气生物滤池技术。曝气生物滤池技术的核心是滤料，开发滤料是掌握该技术的关键。1998年初，开始了滤料的研发。1998年底，在送交法国得利满公司的国内21家滤料生产厂家中，我公司是唯一一家通过得利满公司检测认可的厂家。1999年，我公司通过了李圭白院士主持的专家审查会，被专家组评价为“该产品属国内首创，达到国际先进水平，是曝气生物滤池的理想滤料，为曝气生物滤池应用于我国污水处理解决了核心问题”。从1999年，滤料的生产能力从5000吨年在短短的几年内上升为3万吨年，成为国内水处理球形陶粒滤料的最大供货商。4.1.14.1
16、.1生物亲合力强生物亲合力强2002年，我公司针对焦化、石化废水可生化性不高的特点，开发出了第二代陶粒滤料酶促高效挂膜球形轻质陶粒滤料。与第一代不同的是，该陶粒滤料表面涂有一层特殊的酶促剂，可显著提高滤料的生物亲合力。酶促剂起到了一种生化反应催化剂的作用，可以使在常规条件无法生物降解的有机物进行生化反应，并且同时增加了生物吸附性，从而极大地加强了处理效果，是确保出水水质达标的重要保障环节。此外，为进一步提高滤料表面的生物浓度，滤料表面粗糙多微孔（见图1、图2），且控制微孔孔径，使其最适合微生物的生存。4.1.24.1.2密度均匀且适中，滤料不跑料密度均匀且适中，滤料不跑料在从事BAF的研发与实
17、际工程的过程中，我公司经过反复摸索，确定了最佳的滤料密度以及相应的反冲洗方式，并且在滤料的加工制作上，采取了一系列措施控制滤料颗粒的密度与均匀性。这是保证滤料不跑料的关键。4.1.34.1.3规则球形，滤层孔隙分布均匀，规则球形，滤层孔隙分布均匀，可有效避免滤料板结可有效避免滤料板结我公司生产的陶粒滤料为规则球形，在滤层内部孔隙分布均匀，滤层内部滤速均匀，可有效避免局部堵塞与滤料板结。4.1.44.1.4根据工程的具体情况，设计滤料级配，在根据工程的具体情况，设计滤料级配，在保证水质的前提下避免频繁反冲洗保证水质的前提下避免频繁反冲洗工程具体情况不同（如设计进出水水质、滤速等不同），BAF滤料
18、的粒径范围及级配都不同，我公司根据多年积累的经验，在保证处理出水水质的前提下，最大限度地提高滤料的纳污能力，减缓水头损失增加的速度，延长滤池的反冲洗周期。4.1.54.1.5保证足够的滤料强度、耐酸碱度及保证足够的滤料强度、耐酸碱度及使用寿命使用寿命迄今为止，我公司从事的BAF以及销售的陶粒滤料，均未出现滤料的强度、耐酸碱度问题。我们承诺陶粒滤料的最低使用寿命为十年。4.1.64.1.6水浸出液不含任何有毒有害的化学水浸出液不含任何有毒有害的化学物质物质根据有关权威部门的检测，我公司生产的陶粒滤料，其水浸出液不含有任何有毒有害物质，即使是用在给水滤池中，也能确保出水达标,不产生二次污染。4.2
19、创新性的BAF布水布气技术4.2.14.2.1解决了小气量均匀布气问题解决了小气量均匀布气问题总所周知，小气量布气均匀是给水排水领域一项较难掌握的技术。BAF需要的曝气量往往很小，因此如何在小气量情况下曝气均匀，就成为BAF的一个技术难点。一般曝气器经常出现的问题是，要么曝气不均匀（有的地方气泡多，有的地方少甚至没有），要么刚开始均匀，运行一段时间后就出现严重的不均匀，有时甚至是全部气泡集中在滤池的几个特定部位。我公司创新性地研发了BAF专用穿孔曝气器。曝气均匀度可以达到97以上，并且不随使用时间的延长而降低。4.2.24.2.2解决了堵塞问题解决了堵塞问题对BAF的曝气设备，国内绝大多数厂家
20、习惯于采用微孔曝气盘，但微孔曝气盘经常出现问题，一旦开裂、漏气，就需要把滤池内的滤料全部取出进行更换，工作量非常大。我公司研发的BAF布气装置，在解决曝气均匀的同时，绝对避免堵塞的可能（延安炼油厂运行3年以来，从未发生过堵塞），同时采用强度很高的材料（主材质为钢结构，曝气孔眼为高分子材料），没有任何断裂的可能。对布水系统，国内外绝大多是厂家习惯于采用长柄滤头，极容易引起堵塞。我公司采用BAF专用穿孔布水装置，布水孔眼孔径大（810mm），是长柄滤头的布水尺寸（0.30.6mm）的10倍以上。从而彻底避免了堵塞的可能。4.34.3先进的先进的BAFBAF自动控制技术自动控制技术从2002年开始，
21、我公司与西门子公司及有关设计院合作，开发出BAF专用的自动控制系统，采用西门子PLC控制模块，具有使用方便、安全性高、成本低的优势。BAF的自控系统主要是解决自动反冲洗的问题，通过预测、诊断需要反冲洗的时间，控制阀门、风机、水泵的自动启闭；根据滤池的情况，调节反冲洗的强度与时间等，BAF的自动控制通过程序控制实现，也可以设置手动控制，且手动控制优先。到目前为止，已有二十余个BAF工程采用我公司自控系统，为BAF的正常运行提供了安全操作保障。5与发达国家BAF技术的比较国外发达国家从上世纪七十年代开始了对BAF的研究，上世界九十年代末基本成型。研究应用较多的国家主要有法国、美国、日本、德国等，其
22、中尤以法国应用最多。鉴于这些发达国家污水处理率很高，市场已经逐渐饱和，因此从上世界末到目前为止，BAF在国外发达国家的发展并不是很大。相反地，在发展中国家，例如我国，污废水处理成为了朝阳产业，技术发展步伐逐渐加快，BAF反而发展出多种形式，配套BAF的设备也在不断更新，BAF应用领域也从污水的深度处理（二次沉淀池后进行深度处理）扩展到污水常规处理（代替活性污泥法），从生活污水领域拓展到了工业废水处理，从易生化废水处理延伸到了难生化废水，BAF用于石化废水处理逐渐地受到重视，普遍被认为是兼具先进性、安全性、易操作性、适合我国国情的工艺。5.15.1具有鲜明技术特色的布水布气系统具有鲜明技术特色的
23、布水布气系统国外的一些大型水务公司有两种基本形式的布水布气系统：一种是长柄滤头，另一种是单片膜孔曝气器。这两种布水布气系统都有缺陷：长柄滤头容易堵塞，需要定期（一般不得超过半年）进行清洗（人工进入滤池底部布水布气腔，用水枪进行冲洗）；单片膜曝气器缺点一是对曝气有严格的要求，要求空气进行严格的预处理，要求曝气强度平缓，绝对避免气量的冲击；二是耐酸性差，不适用于pH较低的工业废水。这两种都有一个致命的缺陷：全部为有机材料，强度较低，一旦损坏，只有彻底掏挖滤池进行更换。我公司开发出的穿孔布水布气装置，布水布气均匀度高（布水均匀度大于95，布气均匀度大于97），孔径大（布水孔眼孔径810mm），不堵塞
24、；强度高（钢结构防腐或者不锈钢结构）、耐腐蚀（严格防腐，并将孔眼进行了特殊处理）。延安炼油厂使用三年多以来，从未进行过任何检修，至今正常运行。5.25.2开发的酶促高效挂膜陶粒滤料达到了开发的酶促高效挂膜陶粒滤料达到了国际先进水平国际先进水平早在1998年，我公司送往法国得利满公司的滤料，经得利满公司的检测，各方面的指标全部达到了要求。此后，我公司一直关注国际BAF的发展动态。在掌握了足够的资料后，我公司与国内某大学合作，从研发厌氧酶促陶粒开始，并逐步进入好氧条件下促进生化反应的酶促陶粒滤料研究。其显著特征一是提高了滤料的生物亲和力，表现为提高了生物浓度和生物活性；二是在发挥生物降解作用的同时
25、，增大了生物吸附能力，很多难生化有机物被吸附在生物膜表面，最终通过反冲洗清除出滤池外。5.35.3自控系统经济适用、安全稳定自控系统经济适用、安全稳定我公司开发的BAF自控采用西门子PLC控制模块，质量过关，软件编写、修改、操作十分简单，具有经济适用的优点；运行十分稳定，可准确控制滤池的反冲洗与正常运行。相对于国外产品，具有管理维护方便、经济适用的优点。6工程实例简介6.1.16.1.1延炼炼油污水处理工程概况延炼炼油污水处理工程概况延炼污水的主要特点是含油量高、有机物浓度高，可生化性较差。该污水处理场一级处理采用传统的调节均质、隔油和气浮等传统工艺，用于去除大部分的石油类和悬浮物等。在二级处
26、理中，为提高氨氮处理负荷，降低池容、占地面积，减小基建投资和运行费用，确保出水水质合格，采用了两段生化，其中一段生化采用泥法A/O曝气池及斜板沉淀池；二段生化采用BAF工艺。处理后出水完全达到污水综合排放标准(GB8978-1996)一级排放标准。6.1.3 6.1.3 BAFBAF装置的工艺组成及运行装置的工艺组成及运行BAF装置6间钢筋混凝土滤池组成，单间平面尺寸5m7m，深5.8 m。滤料层采用我公司生产的专利产品酶促高效挂膜球形轻质陶粒滤料。6间BAF装置并联运行，均采用PLC程序控制（也可手动控制）。在滤层中，同时发生生物氧化作用与过滤、吸附作用。运行一段时间后（一般为72小时），滤
27、池需要反冲洗，反冲洗采用自动气-水联合反冲洗方式，并通过微机对整个反冲洗过程进行自动程序控制。BAF的反冲洗周期根据进出水水质及运行情况确定，6间滤池交替进行反洗，从而保证运行顺利正常进行。6.1.56.1.5延安炼油厂延安炼油厂BAFBAF工程经验工程经验 （1）BAF用于炼油污水的二段生化处理是一种运行可靠、自动化程度高、出水水质好和抗冲击能力强的好氧生物处理新工艺。它与活性污泥法生化工艺相比，有机物容积负荷高，水力停留时间短，其后不需设置二次沉淀池；与普通生物滤池相比，占地面积小，不宜堵塞；与生物接触氧化相比，生物活性较高，处理效果好。（2）BAF装置集曝气池、二沉池和滤池的功能于一身，
28、其出水水质指标可以完全达到污水综合排放标准水质(GB8978-1996)一级标准。（3）BAF工艺的核心结构是高效挂膜陶粒滤料。滤料的质量直接决定了滤池生物量、生物活性、处理负荷及处理效果。（4）具有模块化结构，特别便于炼油污水处理场的改建和扩建。（5）BAF装置基建投资少，占地省，能耗低，运行管理方便，是一种适用于污水回用处理或深度处理的炼油污水处理新技术。BAF非常值得在炼油污水处理工程中推广应用。6.26.2工程实例工程实例2 2鞍山炼油厂鞍山炼油厂BAFBAF工程工程 鞍山污水处理场一级处理采用传统的调节均质、隔油和气浮等传统工艺，已有的二级处理采用传统的好氧活性污泥法。2003年以来
29、，进水水量增大，出水水质超标严重，为保证达标排放，以及回用作为循环冷却水补充水，2004年在原有二沉池之后增设了两级BAF。第一级BAF用于达标排放，第二级BAF用于回用水处理。BAF装置一级2间、二级2间，为钢筋混凝土滤池，单间平面尺寸5m5m，深5.7 m。滤料层采用我公司生产的专利产品酶促高效挂膜球形轻质陶粒滤料。反冲洗周期为23d，采用自动气-水联合反冲洗方式。该BAF装置于2004年3月开始调试并挂膜投入正式运行,出水水质指标完全达到污水综合排放标准水质(GB8978-1996)一级标准及回用水（用于循环冷却补充水）水质标准。6.2.36.2.3工程经验工程经验 BAF不仅可用于石化废水的达标排放处理，在回用水处理中也表现出优越的性能。将达标排放的废水经过BAF处理，COD、氨氮、SS、BOD、油、酚、氰等污染物可进一步降低。在石化废水的回用水处理上，BAF表现出几个明显优势，处理负荷高（是活性污泥法的23倍）；对氨氮的处理效果显著，可低于1mg/l以下，具有其它工艺无法比拟的优点；占地面积很小（约为活性污泥法的13）；能耗低，曝气量小；运行稳定，没有活性污泥法的污泥中毒、污泥上浮等现象。6.3沙钢焦化废水BAF