近年来,随着尿素行业的迅猛发展,尿素生产企业消耗水资源的量不断增加,其产生的大量尿素废水污染环境的问题日益突出。为提高水资源的有效利用率,促进企业可持续发展,对尿素废水进行有效处理并将其回用成为尿素生产企业关注的热点。由于尿素废水存在成分复杂、有机物含量低、尿素含量高、水质水量波动大等一系列问题,目前现有的处理工艺对尿素废水的处理难以达到回用要求。针对高浓度尿素废水的特点,为了寻求高效、简捷的高浓度尿素废水处理工艺,在分析尿素废水处理技术现状的基础上,分别开展了采用膜分离法、芬顿氧化法和优势菌群氧化法去除尿素的初步试验研究,试验结果表明生物法处理尿素废水具有明显优势,在此基础上提出了以曝气生物滤池(Biological Aerated Filter, BAF)为核心的高浓度尿素废水处理组合工艺,并在塔西南石化厂进行了现场中试研究。BAF的启动采用了人工培养驯化高活性污泥,并通过循环培养的方式进行挂膜。试验结果表明,BAF启动时间与曝气方式、载体类型、运行方式有关。采用预曝气方式(3~4 d)和较高的滤速可缩短BAF启动时间;活性炭载体较陶粒载体更容易使BAF启动。BAF处理高浓度尿素废水的主要影响因素有底物负荷、pH值、水力负荷等,研究结果表明,当尿素负荷、氨氮负荷和pH值分别为0~23 kg/(m~3·d)、0~3 kg/(m~3·d)和7.0~11.0时,其对BAF去除尿素效果的影响不大,尿素去除率均在90%以上,并且当CODcr容积负荷和水力负荷分别为0.87kg/(m~3·d)和2.1m~3/(m~2·h)时,BAF对尿素的处理效果最好。试验中发现,当最大游离氨浓度达64.48mg/L时,仍没有发生高浓度氨氮明显抑制微生物水解尿素反应的现象。BAF对尿素的去除主要是微生物分泌的脲酶作用,水解尿素的优势菌群属于异养菌,部分硝化菌也具有一定的水解尿素能力;对BAF内生物量和生物活性变化规律进行了分析,试验结果表明,以陶粒和活性炭为载体的BAF内单位载体的生物量和总生物活性均沿滤层高度逐渐降低,且活性炭载体上的生物量和总生物活性约为陶粒载体上的3倍。在总结BAF结构特点及米-门方程的基础上,推导了尿素去除的动力学方程,分析了BAF内尿素去除的动力学规律,试验结果表明,BAF推流式的结构特点导致生物量、生物活性、底物浓度的分层现象,尿素去除动力学过程不能简单地归结为0级动力学或1级动力学模型,而是二者的有机结合,采用分段拟合的方法描述BAF去除尿素的动力学过程更为合理。反冲洗是保证BAF高处理效能的关键步骤,试验从提高滤池净化效能的角度出发,提出了最佳反冲洗周期的概念,并推导出了最佳反冲洗周期公式,同时以此为依据结合滤池的水头损失确定了适宜的反冲洗参数。在适宜反冲洗条件下,出水尿素和氨氮分别在反冲洗后1h和2h均可恢复到反冲洗前的水平。研究针对塔西南石化厂工艺混合液水质特点及污水回用目标,提出了采用BAF+砂滤+离子交换组合工艺处理工艺混合液并回用的技术方案,并对其进行了初步的可行性分析。