隨著社會經濟的高速發（fā）展，有限的水資源越來越不能滿足迅速增加的用水要求，造成了工農業和居民用（yòng）水的嚴重緊缺現象，國內外都在為解決（jué）這一矛盾開發新的水資源，汙水回用也相應的成為國內外（wài）研究的重點。石化行業是用水大戶，也（yě）是排水大戶，具（jù）備汙水回用的基本條件，近年來逐漸得到（dào）有關部門的重視，有（yǒu）關（guān）企（qǐ）業（yè）也進行了很多試驗研究，取（qǔ）得了不少成果，行業內（nèi）汙水回用（yòng）的時機也逐漸成熟，可以預計，在不久的將來會迎來汙水回用的大發展。
根據汙水回用（yòng）的（de）目的，有用作生活雜用水、生（shēng）產直流冷卻水和循環冷卻係統補充水等多種途徑，從用水量上看，以循環冷卻係統補充水為最大，因此這一回用目標也成為研究的重點，國內多家石化企業已經對煉油汙水回用（yòng）於循環冷卻係統補（bǔ）充水進（jìn）行了多年的試驗，證明采用合適的水質穩定配方和合適的深度（dù）處理工藝，可以達到循環冷卻係統的穩（wěn）定運行。以下就生產汙水（shuǐ）經二級（jí）生化處理後回用作循（xún）環冷卻係統補充（chōng）水的深度（dù）處理工藝進行分（fèn）析。
汙水回用水質指標
汙水回用作為循環冷卻係統的補充水（shuǐ）時，再生水水質指標應結合循環冷卻係統的運行來考慮。在循環冷卻水係統中，由於補充水水（shuǐ）質的原因，通常會產生結垢、腐蝕和大量微生物繁殖的問題，其中腐蝕和微生物的（de）大量繁殖又是關聯的，對循環冷卻係統（tǒng）水質的控（kòng）製也是從解（jiě）決這三個問題入手。目前各企業循環冷（lěng）卻係統補充水基（jī）本上是采用清淨地表水、地（dì）下水或自來水，而且各（gè）自都形（xíng）成了較完善的水質穩定控製方（fāng）法，將補充（chōng）水更換為再生汙水後，運行中可（kě）能出現的問題可以通過（guò）對補充水水質成分變化進行分析得出。
一般情況下，再生（shēng）汙水同其它（tā）清淨水源相比存在以下特征（zhēng）:
(1)總溶解性固體較高;
(2)COD、BOD5濃度高;
(3)氨氮濃度高;
(4)細菌群（qún）落數量多，懸（xuán）浮物濃度較高。
總溶（róng）解性固體高時會使係統的腐蝕傾向增大，其中的鈣、鎂離子含量高時可能產生結（jié）垢;當補充水的有機物濃度(COD，BOD5)和氨氮濃度較高時，微生物（wù）可能在循環係統內大量繁殖，進而產生微生物粘垢，如粘垢粘（zhān）附在管壁或換熱器壁上，會（huì）產生局部的腐蝕;如補充水中（zhōng）異（yì）養菌（jun1）群數量大，則（zé）相當於為係統中微生物的繁殖提供（gòng）了（le）大量的接（jiē）種菌群，為微生物粘泥的（de）產生創造了條件，為此在汙水回用工程中應對上述指標進行針對性的分析（xī）。
對於（yú）補充水總溶解性固體，各（gè）企業的控製標（biāo）準不一（yī），低者500mg/L，高者1000mg/L，石化企業一般控（kòng）製在較低範（fàn）圍內，也有研究[1]表明，當總溶解固體（tǐ）在（zài）850mg/L左右時，循環冷卻係統仍可穩定運行，建議循環係統補充水總溶解固（gù）體的上限值采（cǎi）用1000mg/L，超出此值應采取除鹽措施。關於COD標準，美國水汙染控製協會（huì）建議（yì）值為75mg/L，我國研究人員（yuán）提出（chū）一類標準為40mg/L，二類標準為60mg/L，還有些企業提（tí）出20mg/L的（de）指標。相關研究表明，石油化工二級處理的汙水經深度處理後(COD平均為44mg/L)回用於循環水時，微（wēi）生（shēng）物的生長繁殖狀況與自來水相近，沒有出現大量繁殖的情況。主要原因是回用水中有機物不易被微（wēi）生物降解，即不能作為微生物代謝的碳源，因此不必對回用水的COD提出（chū）過高的要求（qiú），建議采用40mg/L。對（duì）於BOD5，由於可直接作為微（wēi）生物基質，建議采用較低（dī）值5mg/L。關於氨氮（dàn）指標，國內外有二種建議（yì）值，即3mg/L和1mg/L，建議采用（yòng）1mg/L。研究表明，對於深（shēn）度處理（lǐ）後的（de）回（huí）用水，即使補充水中異養菌群（qún）數量很大，同自（zì）來水作補充水相比，並沒（méi）有產生微生物的（de）大量增殖，采用合適的殺菌劑完全可以控製，而（ér）且汙水回用處理中（zhōng），混凝（níng）沉澱（diàn）+過濾作為最基本操作單元，在去除懸浮物的同（tóng）時可以將大量的細菌去除，因此對異養菌數（shù）目不（bú）必提出專門的控製指標（biāo）。
汙水回用處理方法
在汙水回用處理中，除鹽（yán）工藝由於（yú）成本高很少涉及，此處不作分析，懸浮物、濁度和（hé）石（shí）油類可以通過混凝沉澱、過濾（lǜ）工藝去除並達標（biāo），因此重點解決的問題就是COD和氨氮的去除，下麵僅就這二個（gè）問題進行討論。
3.1COD的去除
一（yī）般情（qíng）況下，經過二級生化處理後的汙水中COD濃度已經（jīng）降到100mg/L以下，BOD5濃度更低，針對這種水質特點，目前（qián）采用的深（shēn）度處理方法（fǎ）有生化法、活性（xìng）炭吸附法和（hé）臭氧預（yù）處理+生化法等。
3.1.1生化（huà）處（chù）理方（fāng）法
采用生化處理方法時，由（yóu）於基質的限製，微生物增長（zhǎng）緩（huǎn）慢，如果采用普通的活性汙泥工藝，生長很慢的活（huó）性汙泥將隨水流流出，曝氣（qì）池中的汙泥濃度很低，達不到（dào）理想的處理效果（guǒ），因此對（duì）二（èr）級（jí）生化出水一般不采用活性汙泥法，而（ér）是（shì）采（cǎi）用對微生物具有較強固（gù）著能力的生物膜法。與普通二級生（shēng）化處理中的生物膜（mó）法不同的是，對汙水進行深度處理時對填料的選擇應更慎重，主要考慮的指標是填料的掛膜性能，采用普通的軟（ruǎn）性（xìng）、半軟性塑料或（huò）纖維填料時，由於其掛（guà）膜性能較差，難以達到預期的處理效果。研究（jiū）表明，采用生物陶粒填料的接觸氧化工藝（yì）可以取得很好的處理效果，對於煉油汙水，出水（shuǐ）的COD可穩定在40mg/L以下。遼寧盤錦瀝青股份有限公司采用生物（wù）陶粒接觸氧（yǎng）化處理生產（chǎn）汙水並將處（chù）理（lǐ）後汙水回用作循環係統補水已經成功的運行了近2年，效果良好（hǎo）。因此采用生物（wù）陶粒為載體的生物膜法是深度（dù）去除COD的成功工藝。
應說明（míng）的是，生化方法（fǎ）所能夠去除的主要（yào）是（shì）二級出（chū）水中可以生化（huà）降解的有（yǒu）機物，對於生化難降解的有機物是不起作用的。
3.1.2活性（xìng）炭吸附（fù）工藝（yì）
活性炭吸附法是技術上可靠，經濟上可行（háng）的（de）物（wù）化處理方法，其原理是利用活性（xìng）炭巨大的表麵積吸附水中的有機物，在國外已經（jīng）有多年的生產（chǎn）應用實（shí）踐，一般對活性汙泥法二級出水先進行混凝沉澱和過濾，然後進行活性炭吸附，炭塔的出水的COD可達（dá）到10mg/L左右，吸附的COD同活性炭的重量比可以達到0.3～0.8，運行效果都比較理想，因此采用活性（xìng）炭處理汙水廠（chǎng）二（èr）級出水從技術看是成熟、可靠的。
但是，活性炭吸附處理二級出水也存在一些障礙，其主要問題是（shì）活性炭的再（zài）生（shēng）。在運行過程中，活性炭的吸（xī）附容量會逐漸飽（bǎo）和，必須進行（háng）再生或更換。再生方法通常（cháng）為熱再生法，需要經過幹化、有機物熱解（jiě）、活化三個過程，其中活化溫度達到820℃以上，設備較為（wéi）複雜，對於（yú）活性炭用量不大的（de）係統，設置活性炭（tàn）再生設（shè）備在經濟上是不合算的，在這種情況下，將飽和的活（huó）性炭運回活性碳廠再生更經濟，國內一些活性炭生產廠已（yǐ）經開展了此項業務。
3.1.3臭氧氧化+生化處理工藝
對於（yú）可生化性很差的（de）汙水，單獨采用生化處理方法達不到高的COD處（chù）理效果，因（yīn）此出現了化學（xué）氧化+生化處理（lǐ）工藝，其中的氧化劑主要采用臭氧，由於臭氧是一種很強的氧化劑，它可以（yǐ）將很多複雜的有機（jī）物氧化為簡單的有機（jī）物，使不可生（shēng）物降解的成分（fèn）轉（zhuǎn）化為可生物降解的成分，在（zài）這（zhè）個過程中，臭氧被分解為氧，沒有其它有害物質的產生。對於後（hòu）續的生化（huà）處理單元，一些（xiē）研究人員提出了生物（wù）活性炭工藝，一方麵活性炭作為微生物（wù）載（zǎi）體用（yòng）來生長（zhǎng）生物（wù）膜，另（lìng）一方麵活性炭用來吸附難降解的有機物質，進一步降低汙水中的COD。應用表明，該工藝對於汙水中有機物的（de）深度去除是有效果（guǒ）的，但也（yě）存在一定的（de）問（wèn）題（tí），一是活性炭仍然需要再生，如果不進行再生，飽和後的活性炭隻能起普通（tōng）生物載體的作用;如果進行再生，則前一階段培養起來的生物膜將被破壞掉（diào）。第二個問題是經過沉澱、過濾處理的（de）二級出水中仍然有30～40mg/L的COD，投加臭氧的濃度相應增（zēng）大，運行成本（běn）增加。第三，國內目前還不能生產大容量的臭氧發生器，基建投資大，運行管理複雜。
如果將這種工藝用於循環冷卻係統的補充水處理，則未必能達到理（lǐ）想的運行（háng）效果。首先，當有機物種類不同時，微生（shēng）物的生長狀態會有很大的差異，如果有機物成（chéng）分中可以生化降解的（de）比例高，微生物的基質濃度相應的高，微生物繁殖快，並最終（zhōng）導致微生物粘垢的大量產生（shēng）。相反（fǎn），如果（guǒ）有機物成（chéng）分中可生化（huà）降解的比例小，則可以作為微生物基質的數量（liàng）少，穩定條件下微（wēi）生物（wù）生長數（shù）量（liàng）少。因此在補充水的COD組成中，對微生物繁殖起決定作用（yòng）的（de）是（shì）可生化降解的成分。經過充分的生化處理後，水中所含的絕大部分可生化降解的有機物已經被去除，在（zài）這（zhè）種條件下，即使COD濃度較高，采取適當（dāng）的措施後可以避（bì）免將其（qí）作為（wéi）循環係統的補充水而產生微生物大量繁殖的（de）問題。第二，投加臭氧後，難降解或不（bú）可生化降解的有機物得到（dào）一（yī）定程度（dù）的分解，轉化為可生物降解的有機物（wù），使得汙水的可生（shēng）化性提高。如果不進（jìn）行進一步的生化（huà）處理，必將在循環冷卻係統中引起微（wēi）生物的大量繁殖，因此將投加（jiā）臭（chòu）氧（yǎng）作為後置的去除COD措施是不合理的。即使（shǐ）再（zài）經過生化處理，這（zhè）部分（fèn）可生（shēng）化降解的有機物可以得到（dào）大部分去除，出水中的COD也相應的降低，但臭氧處理後的生化裝置出水的（de）BOD則（zé）不一定降低，根據前麵的分析，將其作為（wéi）循環係（xì）統補充水（shuǐ）補到循環冷（lěng）卻（què）係（xì）統後，微生物的繁殖程度不一定降低。第三（sān），采用（yòng）臭氧處（chù）理的基建成本和運行費用都很高，理論上去除1mg/L的COD需要3mg/L的臭氧，而（ér）根據相關試驗，氧化1mg/L氨氮17～20mg/L臭氧，考慮到將有機物（wù）部分氧化時（shí）投加的臭氧（yǎng）數量可以減少，但要達到理想的效果臭（chòu）氧投加濃度應遠（yuǎn）遠高於微汙染給水處理，基建（jiàn）投資（zī）和運行費用都將很高。
綜合對比，采用生化處（chù）理進一步降解汙水中的（de）COD是最經濟的處理工藝，其缺點是處理後出水的COD濃度難於達到很（hěn）低的水平，當要求的COD值很低（dī）時，仍需要采取（qǔ）其它措施;活性炭吸附工藝是一項技術可靠、經濟上可行（háng）的方法，出（chū）水的COD可達到10mg/L左右的（de）水平，缺點是需要定期再生，如附（fù）近有活性炭生產廠提供換炭業務時，活性炭吸附工藝（yì）是一種較理想的汙水深度處理方法;對於臭氧（yǎng）預處理+生化處理方法，雖然（rán）能夠（gòu）使出水COD達到較低的水平，但作為循環冷卻係統（tǒng）補充水（shuǐ）不一（yī）定能夠減（jiǎn）少粘（zhān）垢的產生量，同時（shí）采用臭氧處理還會大大增加基（jī）建（jiàn）投資和運行費用，運轉管理也將複雜化，因此在實際工程中應慎重考慮。
3.2氨（ān）氮（dàn）的（de）去除
目前含氨氮廢水的處理技術有:生物硝化法、離子交換法、吹脫法、液膜法、氯化或吸附法以及濕式催化氧化法等，對於氨氮濃度（dù）為幾十mg/L的二（èr）級生化出水，以生物硝化法、吹脫（tuō）法和（hé）離子交換法應用最多，當氨氮濃度不高（gāo）時則（zé）宜采用氯化法。
3.2.1生物硝化法（fǎ）脫氨
生物硝化脫氨是利用硝化菌和亞消化菌在好氧條件下將氨（ān）轉化為硝酸（suān）鹽的過程。這兩種細菌都（dōu）是化能自養（yǎng）菌，在有氧條件下，亞硝化菌首（shǒu）先將氨氧化為亞硝酸鹽，然後硝化（huà）菌再將亞硝酸鹽進一步氧（yǎng）化為硝（xiāo）酸鹽。國內眾多的汙水處理廠都具有生物硝化功能來去除汙水中的氨氮，對於專門考慮生物硝化的處理設（shè）施，可將汙（wū）水中的氨氮脫除到2mg/L以下。實際工程（chéng）中，生物硝化同深度去除COD是同（tóng）一構築物中完成的，相關研究表明（míng），采用礦（kuàng）物質載體的接觸氧化工藝處理煉油廠二級生化處理出水，經過112h的反應，當（dāng）進水氨氮為20mg/L左右時，出水（shuǐ）氨氮可以達到3mg/L以下。
應該說明的是，生物硝化脫氨隻能將氨氮轉化為硝酸（suān）鹽，總氮量並沒有減少，如果回用工藝對（duì）總氮有要求，應（yīng）增設反硝（xiāo）化單元。
3.2.2吹脫除氨
氨吹脫是首（shǒu）先（xiān）將汙水的pH調節到10.8～11.5，再使汙水以水滴的形式逆流同大（dà）量空氣進行傳質，進而將水中的氨（ān）氮以NH3的形式擴散到大氣中的方法。這種（zhǒng）除氨工藝簡單，容易控製，但存在二個主（zhǔ）要問題:
(1)氨的吹脫效（xiào）率隨pH值的關係很大，為了達到較（jiào）高（gāo）的氨氮去除率，必須對汙水的（de）pH值調節到堿性，需要投加堿（jiǎn），原水中酸度越高，調節pH消耗的堿量越大;脫氨後的汙水還要降（jiàng）pH調整到中性，需要投加酸或CO2，這（zhè）將增加運行（háng）費用，同時還增加了汙水中的（de）溶解性固體含量（liàng）。
(2)氨吹脫的效（xiào）率同水溫、氣溫（wēn）有很大（dà）的關係，溫度越低，氨的脫（tuō）除效率越低，20℃時，典型的氨去除率為90%～95%，而10℃時，氨去除（chú）率（lǜ）降低到75%以下。一般（bān）情況下吹脫的氣水比在3000以上，對於敞開式係統，水溫將同環境氣溫趨於（yú）一致，環境溫度過低將大大影響吹脫效率，如果環境（jìng）溫（wēn）度低於0℃，脫氨塔將不能運行。因此，對於（yú）氣溫（wēn）較高的（de）南方地區，如果水中酸度不高，采用吹脫法脫（tuō）氮是可行（háng）的，在北方寒冷地區，則不易采用吹脫脫氮。
3.2.3離子交換除氨
一般的陽離子交換樹脂對NH+4沒有（yǒu）優先選擇性，不能（néng）用來脫氨，但斜發沸石（shí）對（duì）氨離（lí）子具有優先選（xuǎn）擇性，可以用來脫（tuō）氨，這種脫氨工藝在美國已經應用多年，效果良好。其主要工藝流程是（shì）:汙水通過斜（xié）發沸石離子交換器的過程中，汙（wū）水中NH+4同沸石上的Na+發生等當量離子交換，Na+進入到汙水中（zhōng），而NH+4則通沸石中的陰離子結合並固著（zhe）在沸石中，這樣在流經斜發沸石離子交換器的過程中，汙水中氨得到（dào）去除。當沸石（shí）對氨的吸附達到飽和後，則停止（zhǐ）進水，對沸石進行再生，再生（shēng）後的沸石可以恢複交換能力，進入下一個周期的離子（zǐ）交換。這種工（gōng）藝的出水（shuǐ）中氨含量可以達到1mg/L左右。
影（yǐng）響斜發（fā）沸石交換過程的主要影響因素有:pH值、汙水中陽離子組成、沸石粒徑及水（shuǐ）力負荷等。銨的最佳交換pH值範圍為4～8，運行證明，汙水中陽（yáng）離子（zǐ）組成不同會影（yǐng）響到沸（fèi）石對氨的（de）交換容量，在通常的城市汙水陽離子濃度下，沸石對氨的（de）實（shí）際交換容量約為總交（jiāo）換容量的1/4～1/5。此外，沸（fèi）石粒徑（jìng）越小（xiǎo）、水力負荷越（yuè）低，銨的去除效果（guǒ）越好。
3.2.4氯化脫氨
研究表明，投加液氯可以去除氨（ān）氮，根據試驗結果，當（dāng）投氯量（liàng）/氨（ān）氮量=7.6∶1時（shí），全部氨氮被氧（yǎng）化，進（jìn）一步投加的（de）氯成為自由餘氯。美國環保署的研（yán）究發（fā）現，氯氧化氨氮的最終產物除了氮氣外，還有三氯化氮和硝酸鹽產生。對於（yú）20mg/L氨氮廢水，pH=6～8時，整個反應過程約1分鍾。該工藝的特點是基建投資低，操作靈活。
綜（zōng）合對比，由於生物硝化法脫（tuō）氮同COD的去除是結合在一起的，因此生物硝化法最為（wéi）經（jīng）濟;對於（yú）水中氨氮濃度較高（gāo）又（yòu）地處南方的工程，吹脫除氨可能是經濟的選擇，北（běi）方地區則不（bú）可采用;離子交換除氨在國內尚無應用，同時其投（tóu）資大、工藝（yì）複雜，應謹慎選擇;當水（shuǐ）中氨氮濃度較低時采用氯化脫氨（ān）可能更為經濟，該方法也可同其它除氨工藝（yì）結合使用。
