生物強(qiáng)化處理在煉油污水廠的中試研究

姚桂瑩

（中國(guó)石油大港石化分公司，天津 300280）

生物強(qiáng)化技術(shù)即生物增強(qiáng)技術(shù)（Biological augmentation）是為了提高廢水處理系統(tǒng)的處理能力而向該系統(tǒng)中投加從自然界中篩選的優(yōu)勢(shì)菌種或通過(guò)基因組合技術(shù)產(chǎn)生的高效菌種［1］，以去除某一種或某一類有害物質(zhì)的方法。在現(xiàn)代廢水治理中，生物強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越引起人們的興趣及關(guān)注，成為新的研究熱點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于去除難降解有機(jī)物、去除廢水中過(guò)量營(yíng)養(yǎng)物、維持生物系統(tǒng)的穩(wěn)定性等方面［2］。該方法可有效提高有毒有害物的去除效果，改善污泥性能，加快系統(tǒng)啟動(dòng)，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、耐負(fù)荷沖擊能力等，操作簡(jiǎn)便，易于管理［3］。

1 煉油污水廠情況簡(jiǎn)介

大港某污水處理廠主要為大港某煉油廠裝置服務(wù)，受納的污水種類包括含油污水、含硫污水、含堿污水、循環(huán)水排污、生活污水等，設(shè)計(jì)處理能力500t/h，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)：COD＜100mg/L，S2-＜0.8mg/L，酚＜0.5mg/L，石油類＜5mg/L。主要處理工藝為隔油、浮選、曝氣池、二沉池，最后出水進(jìn)入回用處理工藝，經(jīng)過(guò)膜處理后回用至生產(chǎn)中的循環(huán)水。目前該污水場(chǎng)實(shí)際處理水量為250m3/h，曝氣池采用鼓風(fēng)曝氣，為2個(gè)廊道并聯(lián)運(yùn)行，目前曝氣池生化進(jìn)水COD為500～700mg/L，生化后沉降出水維持在100～150mg/L以下。存在以下問(wèn)題亟待解決：①《天津市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/356-2008）出臺(tái)并開(kāi)始實(shí)施，其中COD排放濃度降低至50mg/L，氨氮排放濃度降低至5mg/L；②隨著煉油裝置規(guī)模的擴(kuò)大，污水系統(tǒng)處理負(fù)荷逐步增加；③在停工檢修或裝置故障時(shí)污水系統(tǒng)易受到?jīng)_擊，沖擊后系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，恢復(fù)期間出水指標(biāo)無(wú)法滿足要求；④污水廠出水指標(biāo)穩(wěn)定性不高，影響后續(xù)回用水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用增加。

為提高該污水處理系統(tǒng)的處理效果，縮短受沖擊后的恢復(fù)周期，提高污水處理廠的抗沖擊負(fù)荷能力；提高、穩(wěn)定出水水質(zhì)、進(jìn)一步降低的處理出水指標(biāo)；穩(wěn)定生產(chǎn)、降低回用水系統(tǒng)運(yùn)行成本，本次試驗(yàn)通過(guò)增設(shè)生物強(qiáng)化裝置，進(jìn)行了生物強(qiáng)化技術(shù)處理煉油廢水的中試研究，考察了生物強(qiáng)化技術(shù)對(duì)系統(tǒng)污染物去除能力和穩(wěn)定性的改善情況，驗(yàn)證生物強(qiáng)化技術(shù)在煉油廢水處理中的應(yīng)用效果，以期為該技術(shù)的工程應(yīng)用提供有力的數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支持。

2 生物強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)原理、工藝、流程及分析方法

2.1 基本原理

本試驗(yàn)所采用的生物強(qiáng)化技術(shù)的核心原理是廢水處理的優(yōu)勢(shì)微生物來(lái)源于廢水處理系統(tǒng)自身，優(yōu)勢(shì)微生物的數(shù)量及活性大小決定廢水處理系統(tǒng)的處理效果。

本試驗(yàn)所采用的生物強(qiáng)化技術(shù)是利用專業(yè)的微生物培養(yǎng)系統(tǒng)和特制的培養(yǎng)基，在總體平衡廢水的水溫、pH值和營(yíng)養(yǎng)源等環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，對(duì)廢水處理系統(tǒng)中的微生物進(jìn)行強(qiáng)化，使微生物在最優(yōu)化的條件下獲得快速增殖和馴化，快速增加曝氣池內(nèi)優(yōu)勢(shì)菌種的濃度，提高微生物的活性，以強(qiáng)化生物量對(duì)某一特定環(huán)境或特殊污染物的反應(yīng)，提高廢水的生物降解能力，提升廢水處理系統(tǒng)的處理效果。該技術(shù)主要通過(guò)生物強(qiáng)化裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.1 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（1）提高優(yōu)勢(shì)微生物的濃度與活性。

利用生物強(qiáng)化裝置培養(yǎng)曝氣液后，培養(yǎng)液內(nèi)的細(xì)菌數(shù)增加到約109CFU/mL的濃度，將培養(yǎng)液投放到曝氣池中后，池內(nèi)的細(xì)菌數(shù)量也會(huì)明顯增加，只要能保證溶解氧的濃度，就能利用生物強(qiáng)化技術(shù)增加曝氣池內(nèi)的MLSS濃度，即提高曝氣池中活性微生物的數(shù)量。

（2）提高污泥的沉降性能，減少污泥產(chǎn)生。

在提高曝氣池中污泥活性的同時(shí)，生物強(qiáng)化技術(shù)還可以提高污泥的沉降性能，降低沉降池的出水懸浮物，相當(dāng)于改善出水水質(zhì)，可以減少原有工藝的混凝加藥數(shù)量，減少污泥產(chǎn)生數(shù)量［3］，從而降低整個(gè)系統(tǒng)處理設(shè)施的綜合費(fèi)用。

（3）提高廢水的處理效率，改善系統(tǒng)出水指標(biāo)。

曝氣池投放培養(yǎng)液后，微生物呈活性所需的時(shí)間將顯著減少，因此可以增加廢水處理系統(tǒng)的處理能力，提高廢水處理系統(tǒng)去除效率，改善出水的水質(zhì)指標(biāo)。

（4）提高系統(tǒng)抗沖擊能力。

微生物活性和數(shù)量的增加，可以加快有機(jī)物的降解速度，縮短達(dá)到相同去除效率時(shí)的水力停留時(shí)間，因此可以使廢水處理系統(tǒng)有足夠的空間和時(shí)間承受因處理水量的增加和來(lái)水濃度的提高所造成的沖擊，在一定程度上穩(wěn)定了出水水質(zhì)，增強(qiáng)耐負(fù)荷沖擊的能力及系統(tǒng)的穩(wěn)定性［4］。

2.2 工藝流程

中試試驗(yàn)的工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Flow chart of the process

2.3 水質(zhì)分析方法

COD采用快速消解分光光度法［5］進(jìn)行測(cè)定，氨氮采用納氏試劑分光光度法［6］進(jìn)行測(cè)定。

3 試驗(yàn)裝置的運(yùn)行

該煉油污水廠處理流程中，含油污水在隔油、氣浮后分成并列獨(dú)立的一、二兩個(gè)生化單元。各生化單元中有獨(dú)立的缺氧段、好氧段、污泥回流系統(tǒng)。生物強(qiáng)化裝置運(yùn)行主要是針對(duì)好氧段微生物，具體過(guò)程分為提取曝氣液、培養(yǎng)強(qiáng)化、返回到曝氣池三個(gè)階段。首先是將好氧段活性污泥抽出，投入到生物強(qiáng)化裝置中，再加入生物強(qiáng)化專用的生物培養(yǎng)劑，經(jīng)連續(xù)培養(yǎng)強(qiáng)化18～20h后，再返回到好氧曝氣段，完成一個(gè)培養(yǎng)周期。根據(jù)設(shè)計(jì)水量和實(shí)際情況，本次試驗(yàn)配備了5臺(tái)試驗(yàn)用生物強(qiáng)化裝置。

3.1 常規(guī)運(yùn)行階段

為驗(yàn)證該生物強(qiáng)化技術(shù)在煉油廢水處理中的應(yīng)用效果，更清晰地反映生物強(qiáng)化的處理效果，本試驗(yàn)采集了煉油污水廠常規(guī)運(yùn)行階段（即6月21日～6月24日）的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

3.2 生物強(qiáng)化階段

生物強(qiáng)化階段分三個(gè)時(shí)期運(yùn)行：快速?gòu)?qiáng)化時(shí)期、鞏固強(qiáng)化時(shí)期和穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)期。

3.2.1 快速?gòu)?qiáng)化時(shí)期

生物強(qiáng)化裝置于2010年6月25日正式啟動(dòng)，快速?gòu)?qiáng)化時(shí)期從6月25日～7月4日，周期為10d，4臺(tái)生物強(qiáng)化裝置每天開(kāi)啟1次，加入專用的生物培養(yǎng)劑，共強(qiáng)化培養(yǎng)曝氣液1600L，一次性排放到曝氣池（一曝氣池和二曝氣池各排放800L）。活性污泥絮體逐漸增大，沉降性能好轉(zhuǎn)。

3.2.2 鞏固強(qiáng)化時(shí)期

7月5日～7月23日為鞏固強(qiáng)化時(shí)期，周期為19d，4臺(tái)生物強(qiáng)化裝置每周開(kāi)啟2次，加入專用的生物培養(yǎng)劑，每次強(qiáng)化培養(yǎng)曝氣液1600L，一次性排放到曝氣池（一曝氣池和二曝氣池各排放800L）。系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)好，活性污泥絮體明顯增大，沉降性能良好。

3.2.3 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)期

進(jìn)入穩(wěn)定強(qiáng)化時(shí)期后，4臺(tái)生物強(qiáng)化裝置每周開(kāi)啟1次，加入專用的生物培養(yǎng)劑，每次強(qiáng)化培養(yǎng)曝氣液1600L，一次性排放到曝氣池（一曝氣池和二曝氣池各排放800L）。系統(tǒng)運(yùn)行良好，污泥穩(wěn)定增長(zhǎng)，活性污泥絮體明顯增大，沉降性能良好。

4 結(jié)果與分析

4.1 生物強(qiáng)化培養(yǎng)后對(duì)出水COD的處理效果分析

一生化、二生化出水COD變化曲線見(jiàn)圖2～圖3。

圖2 一生化出水COD變化曲線Fig.2 Daily COD concentration changes of the 1st biochemical effluent

圖3 二生化出水COD 變化曲線Fig.3 Daily COD concentration changes of the 2nd biochemical effluent

從圖2～圖3可以明顯看出，經(jīng)過(guò)生物強(qiáng)化階段快速?gòu)?qiáng)化時(shí)期、鞏固強(qiáng)化時(shí)期的運(yùn)行后，出水COD指標(biāo)有了明顯提高，其中一沉降平均出水COD由常規(guī)運(yùn)行階段的143.25mg/L降低至生物強(qiáng)化階段穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)期的84.73mg/L，出水COD指標(biāo)提高達(dá)40％；二沉降平均出水COD由常規(guī)運(yùn)行階段的136.00mg/L降低至生物強(qiáng)化階段穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)期的68.13mg/L，出水COD指標(biāo)提高達(dá)50％。

4.2 生物強(qiáng)化培養(yǎng)后對(duì)出水氨氮的處理效果分析

一生化、二生化出水氨氮變化曲線見(jiàn)圖4～圖5。

圖4 一生化出水氨氮變化曲線Fig.4 Daily ammonia nitrogen concentration changes of the 1st biochemical effluent

圖5 二生化出水氨氮變化曲線Fig.5 Daily ammonia nitrogen concentration changes of the 2nd biochemical effluent

從圖4～圖5可以明顯看出，經(jīng)過(guò)生物強(qiáng)化階段快速?gòu)?qiáng)化時(shí)期、鞏固強(qiáng)化時(shí)期的運(yùn)行后，出水氨氮指標(biāo)有了明顯提高，其中一沉降平均出水氨氮由常規(guī)運(yùn)行階段的15.69mg/L降低至生物強(qiáng)化階段穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)期的1.06mg/L，出水氨氮指標(biāo)提高達(dá)到93％；二沉降平均出水COD由常規(guī)運(yùn)行階段的11.05mg/L降低至生物強(qiáng)化階段穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)期的0.83mg/L，出水氨氮指標(biāo)提高達(dá)92％。

4.3 生物強(qiáng)化培養(yǎng)后對(duì)活性污泥沉降性的效果分析

生物強(qiáng)化培養(yǎng)前后污泥性狀有明顯改善，污泥的沉降性明顯增強(qiáng)，絮體粒徑大且緊湊，沉降速度較快；進(jìn)入穩(wěn)定期后5min沉降達(dá)到30％，明顯優(yōu)于常規(guī)運(yùn)行階段的80％，上清液更加清澈；生物相好轉(zhuǎn)，出現(xiàn)大量鐘蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)等原生動(dòng)物。

4.4抗沖擊能力驗(yàn)證

中試試驗(yàn)期間，大量高含油廢水流入曝氣池，對(duì)曝氣池造成強(qiáng)烈沖擊，沉淀池出現(xiàn)大量死泥浮泥，出水嚴(yán)重超標(biāo)。經(jīng)過(guò)強(qiáng)化培養(yǎng)后，生化系統(tǒng)逐漸恢復(fù)正常，污泥活性進(jìn)一步提高，出水懸浮物明顯減少。

5 結(jié)論與建議

（1）煉油廢水成分復(fù)雜、水質(zhì)、水量隨時(shí)間波動(dòng)較大，中試試驗(yàn)期間隔油系統(tǒng)設(shè)備故障，大量高含油污水流入生化系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)生化池造成一定沖擊。實(shí)踐證明，經(jīng)生物強(qiáng)化后的二級(jí)A/O工藝具有良好的抗沖擊負(fù)荷能力，其原因是由于此時(shí)系統(tǒng)中存在的優(yōu)勢(shì)功能菌群仍然能維持其生物活性，當(dāng)沖擊負(fù)荷發(fā)生后，系統(tǒng)能在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)功能菌群的降解性能。從而驗(yàn)證了生物強(qiáng)化技術(shù)在耐沖擊負(fù)荷、提高系統(tǒng)抗沖擊能力及反應(yīng)器的快速啟動(dòng)［7］方面的優(yōu)越性。

（2）經(jīng)生物強(qiáng)化處理后，煉油污水系統(tǒng)出水的主要污染物COD、氨氮等指標(biāo)有明顯的降低，污泥沉降性大大改善，出水懸浮物明顯減少，有力地驗(yàn)證了生物強(qiáng)化技術(shù)在煉油廢水處理中的應(yīng)用效果。本次試驗(yàn)在1個(gè)多月的時(shí)間里已取得了階段性成果，達(dá)到了中試的目的，圓滿地完成了試驗(yàn)任務(wù)。

（3）在今后的日常操作中，①及時(shí)跟蹤生化池進(jìn)、出水COD、氨氮等變化情況，根據(jù)進(jìn)水負(fù)荷變化及時(shí)調(diào)整啟動(dòng)生物強(qiáng)化裝置，使出水COD、氨氮等指標(biāo)控制在一定范圍內(nèi)；②一旦生化池受沖擊，應(yīng)立即啟動(dòng)生物強(qiáng)化裝置進(jìn)行強(qiáng)化培養(yǎng)，以最快的速度恢復(fù)菌的活性，最大限度地降低沖擊的影響；③生物強(qiáng)化裝置的啟動(dòng)臺(tái)數(shù)和培養(yǎng)頻次應(yīng)參照生化池運(yùn)行狀況靈活變化，如此方能夠最大限度地發(fā)揮生物強(qiáng)化技術(shù)的作用，保持生化系統(tǒng)菌種的高活性、高生化性和良好的沉降性，穩(wěn)定并提高出水水質(zhì)。

［1］Tomela M，Vikman M，Hatakka A，et al.Biodegradation of lignin in a compost environment：a review［J］.Bioresource Technology，2000，72：169-183.

［2］王建芳，趙慶良，林佶侃，等.生物強(qiáng)化技術(shù)及其在廢水生物處理中的應(yīng)用［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2007，1（9）：44-45.

［3］全向春，劉佐才，范廣裕，等.生物強(qiáng)化技術(shù)及其在廢水治理中的應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)研究，1999，12（3）：22-27.

［4］梁立偉，趙興龍，林李娟，等.生物強(qiáng)化技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2006，16（4）：1-3.

［5］HJ 535-2009，水質(zhì)氨氮的測(cè)定納氏試劑分光光度法［S］.

［6］HJ/T 399-2007，水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定快速消解分光光度法［S］.

［7］馬放，郭靜波，趙立軍，等.生物強(qiáng)化工程菌的構(gòu)建及其在石化廢水處理中的應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（5）：885-891.