基于CASS工藝的煉油污水生化處理研究

劉彥婷，齊永紅，楊宏遠，韓興連

（1. 陜西省石油化工規(guī)劃設計院，陜西 西安 710054； 2. 重慶市水務集團，重慶 400013）

水處理技術

基于CASS工藝的煉油污水生化處理研究

劉彥婷1，齊永紅1，楊宏遠1，韓興連2

（1. 陜西省石油化工規(guī)劃設計院，陜西 西安 710054； 2. 重慶市水務集團，重慶 400013）

介紹了煉油廠煉油污水的生化處理工藝。具體闡述了污水處理中CASS工藝的特點、結構。以四川某煉油廠為例介紹了CASS工藝在煉油廠污水處理中的運用。運行結果表明，CASS生化處理系統(tǒng)具有較好的硝化與反硝化功能，對煉油廠的污水處理完全能夠達到國家一級排放標準。

煉油污水；CASS；生化處理

在原油的煉制、加工及油品水洗過程中，會產(chǎn)生大量的煉油污水。這種煉油污水是一種集懸浮油、乳化油、溶解性有機物及鹽于一體的多相體系，污水中含有的污染物種類很多，主要的污染物包括石油類、揮發(fā)酚、懸浮物、COD、硫化物、BOD以及氨氮等［1,2］。裂化和重整裝置的含油污水中含硫量較高，催化裂化廢水中含有酚和氰，電脫鹽工藝產(chǎn)生懸浮物及鹽，酸堿精制廢水中含有酸和堿。油及溶解于污水中的硫化物、酚、氰化物等與原油加工工藝有關［3］。

目前，國內(nèi)的煉油廠對煉油污水的處理，一般都是采用“隔油、浮選、生化”的工藝［4］，絕大多數(shù)煉油企業(yè)可以實現(xiàn)達標排放外排水。按處理程度來劃分煉油污水處理技術，一般可以劃分為一級處理、二級處理和三級處理。在一級處理中采用的方法包括浮選法、重力沉降法等；二級處理中使用的方法主要有生化法、凝聚法等；三級處理則包括膜分離法、吸附法等［5］。煉油廠污水的二級處理工藝中，可以把生化處理工藝分為兩類，即利用厭氧微生物作用的厭氧法與利用好氧微生物作用的好氧法。厭氧與好氧處理工藝各有不同的優(yōu)缺點，僅僅單純依靠一種工藝很難取得滿意的處理效果。在實際工程運用中，較為普遍的是將兩種工藝結合起來，按照“分級處理、厭氧先行、好氧把關”的原則確定合理的工藝流程。本文以四川某煉油廠的污水處理為例，介紹了CASS工藝在煉油廠污水處理中的應用情況。

1 CASS工藝介紹

CASS (Cyclic Activated Sludge System)工藝即循環(huán)式活性污泥法，是一種改進型SBR工藝。

CASS池的組成包括三部分：生物選擇區(qū)、厭氧區(qū)(也稱預反應區(qū))、主反應區(qū)［6］。CASS工藝利用一個池子將泥水分離過程和生物反應過程結合在一起，在生化反應池中，活性污泥法的處理過程是由進水曝氣、沉淀、潷水、閑置這四個過程不斷重復實現(xiàn)的。CASS池的主反應區(qū)前端是生物選擇區(qū)，該區(qū)一直保持厭氧環(huán)境。在這個區(qū)，污水與從主反應區(qū)回流過來的污泥混合液進行充分的接觸、混合。由于回流污泥在主反應區(qū)經(jīng)過了充分的曝氣，加上進水中含有濃度較高的有機物，從而使污泥能夠始終保持在高活性的狀態(tài)。在這么高的底物濃度下，會使菌膠團細菌增殖速度變的更快，成為環(huán)境中的優(yōu)勢菌群，抑制了絲狀菌的活性，能夠有效的防止污泥膨脹現(xiàn)象［7］，同時在厭氧條件下還可使污泥中的磷得到有效的釋放。處于高活性狀態(tài)下的污泥能夠較快吸收部分容易降解的溶解性有機物，基質積累和再生過程就是在這個過程中產(chǎn)生的。活性污泥先在生物選擇區(qū)中經(jīng)歷一個高負荷的吸附階段，又稱基質積累，然后在主反應區(qū)又會經(jīng)歷一個低負荷的基質降解階段，從而完成了整個基質降解的全過程及污泥的再生。主反應區(qū)的污泥回流帶入了硝化態(tài)氮，在生物選擇區(qū)可發(fā)生比較明顯的反硝化作用。預反應區(qū)處于缺氧的環(huán)境，這種環(huán)境可以在進水水質水量發(fā)生變化時減少對生物選擇區(qū)的沖擊，同時對磷的進一步釋放具有較大促進作用，還能夠強化氮的反硝化作用。最后，有機底物在CASS工藝的主反應區(qū)能夠最終去除。運行過程中，主反應區(qū)被控制在好氧狀態(tài)，但是在活性污泥結構內(nèi)部則保持缺氧的狀態(tài)。在這種情況下，一方面極大地限制了溶解氧向污泥絮體內(nèi)進行的傳遞。另一方面，由污泥內(nèi)向主體溶液傳遞較高硝酸鹽的過程則能比較好地進行，從而有效地進行了反硝化反應［8］。最終使有機污染物的降解過程與硝化反硝化反應過程能夠同步地在主反應區(qū)中進行。系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 CASS系統(tǒng)工藝圖Fig.1 CASS system process chart

2 工藝實現(xiàn)

2.1 工藝設計

該煉油廠具有常減壓裝置、催化裂化裝置、重油催化裂化裝置、氣分裝置、重交瀝青等煉油裝置，以及加氫改質裝置、焦化裂化裝置、硫磺回收等裝置。該煉油廠污水設計流量為300 m3/h。進水水質如表1。

污水處理的工藝采用了“調節(jié)除油罐+平流斜板隔油+1級渦凹氣浮+2級溶氣氣浮”等多種手段來去除水中浮油、乳化油及非溶解性的有機顆粒。將物化段出水中的油分控制在10～20 mg/L，從而大大減輕后續(xù)生化段對有機物的去除負荷。

表1 進水水質及排放標準Table 1 Water quality and emission standards

CASS工藝曝氣池運行時，主反應區(qū)的活性污泥在回流泵的作用下回流至選擇區(qū)中，整個生化反應系統(tǒng)是以推流方式運行［9］，但各個反應區(qū)則是以完全混合的方式運行，最終實現(xiàn)碳化硝化與反硝化過程同步進行。CASS工藝運行操作按照周期重復進行，每一個周期包括四個階段：進水/曝氣、進水/沉淀、排水和閑置。運行中可以根據(jù)實際靈活調整工藝方式。比如，在進水的時候可以同時曝氣或者選擇不曝氣。各階段的運行時間還可以根據(jù)進水的水質及水量進行任意調節(jié)。在一個周期結束之后，下一周期緊接著重復上一周期繼續(xù)運行。具體運行過程如下［10］：

(1)進水/曝氣階段。該階段，進水與曝氣同時進行，活性污泥從主反應區(qū)回流至生物選擇區(qū)，回流量根據(jù)現(xiàn)場實際確定為污水量的20～30%。液位從設計的最低液位慢慢上升至設計的最高液位，有效容積將逐漸增加，即為變?nèi)莘e運行。

(2)進水/沉淀階段。在該階段停止鼓風機曝氣，但不停止進水。主要目的是澄清上清液及濃縮污泥。

(3)排水（即表面潷水）階段。項目中的排水設施采用的是移動式自動排水裝置—潷水器，該設備是整個CASS工藝處理中的關鍵設備之一。在沉淀階段結束時，潷水器根據(jù)指令開始工作，首先以較高的速度沿設定的軌道降到水面，當與水面接觸后，潷水器內(nèi)部控制程序使?jié)b置的下降速度轉換至正常潷水下降速度。當潷水裝置下降到最低水位（表明潷水階段結束），潷水器又迅速返回到初始狀態(tài)，等待下一周期運行。為了避免將水面可能存在的浮渣（混）隨出水一起排出，在潷水器的前部安裝有一塊擋渣板。工程中潷水器設在CASS池末端，設備由電機驅動，按照系統(tǒng)內(nèi)置的程序計算，采用變頻來調節(jié)上升或下降速度。在這個階段，污泥回流同時進行。

(4)閑置階段。在本周期結束轉向下個周期前，反應池內(nèi)的微生物需要反應時間來完成整個周期，因此最后設置了閑置階段。在閑置階段，通過內(nèi)源呼吸的作用可以使微生物恢復其活性，為下個周期準備良好的初始條件?；钚晕勰嘟?jīng)過閑置期處理后處于一種營養(yǎng)物的饑餓狀態(tài)，這使得單位重量的活性污泥具有了很大的吸附表面積。這樣，在下個周期的進水階段，CASS池內(nèi)的活性污泥具有的較強吸附能力就能充分發(fā)揮，達到有效去除污染物的目的。在閑置階段，污泥持續(xù)回流。由于微生物細胞是由多種化學成分所組成的，因此在生化池活性污泥系統(tǒng)中，微生物生長繁殖是需要一定比例營養(yǎng)物質的。這些營養(yǎng)物質中，除以BOD所代表的含碳有機物外，還需要一定比例的磷、氮及其他微量元素［11］。由于煉油污水中本身就含有較豐富的氮元素，較為缺乏磷元素。因此，本次設計中在生化池增設了磷溶液的投加設施，為微生物補充所需營養(yǎng)物，以保證能更好地去除污染物。在生物除氮過程中，由于硝化作用，消耗了污水中的堿度，為了保證硝化時pH值維持穩(wěn)定，設計中在生化池增設了堿溶液投加設施，用于維持堿度平衡。

2.2 運行結果

2.2.1 COD與BOD去除率分析

煉油污水處理廠的進水 BOD濃度為 250～350 mg/L ，COD濃度為600～1 200 mg/L,正常運行時，進水水質的變動并不大。經(jīng)過CASS工藝生化處理后的出水BOD濃度保持在15 mg/L以下，COD濃度保持在 80～100 mg/L，其去除率分別達到 95%，93% 。這樣的出水水質完全達到了設計出水排放指標及設計去除率。

2.2.2 NH3-N去除率分析

NH3-N的去除率是一項重要指標，用于考查CASS工藝運行效果是否達到了設計目標。由圖 2可知，該煉油污水廠的CASS進水水質NH3-N濃度保持在60～90 mg/L，與前期設計值基本一致；經(jīng)過CASS工藝處理后的出水NH3-N濃度≤15 mg/L，其去除率達到了90%，優(yōu)于排放標準。由此表明CASS工藝具有較好的硝化與反硝化功能，出水能夠達到污水綜合排放國家標準(GB 8978-1996)二類污染物的一級標準。

圖2 CASS工藝進出水NH3-N比較Fig.2 Comparison of NH3-N content before and after treatment with CASS process

3 結束語

CASS生化處理系統(tǒng)是一個具有多參量（如液位、水質、壓力、流量等）、多任務（如進水、曝氣、反應、沉淀、排水等）、多設備（如潷水器、回流泵、鼓風機、進出水閥等）特點的復雜系統(tǒng)，在污水的整個生化處理系統(tǒng)中具有極其重要的作用。CASS工藝的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，在國內(nèi)外都有成功經(jīng)驗，對煉油廠的污水處理完全能夠達到國家一級排放標準。

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Study on Biochemical Treatment of Refinery Sewage Based on CASS Technology

LIU Yan-ting1,QI Yong-hong1,YANG Hong-yuan1，HAN Xing-lian2
（1. Shaanxi Petroleum and Chemical Planning and Design Institute, Shaanxi Xi’an 710054，China；2. Chongqing Water Group, Chongqing 400013，China）

The biochemical treatment technology of refinery sewage was introduced. Characteristics and structure of CASS technology in sewage treatment were discussed in detail. Taking an oil refinery in Sichuan as an example,application of the CASS technology in treatment of refinery sewage was introduced. The operation results show that the CASS biochemical treatment system has better nitrification and denitrification, refinery sewage treated by the CASS biochemical treatment system can fully meet the national emission standard.

Refinery sewage; CASS; Biochemical treatment

X 742

B

1671-0460（2012）01-0063-03

2011-11-05

劉彥婷（1983-），女，陜西西安人，助理工程師，碩士，2009年畢業(yè)于北京化工大學，研究方向：化工企業(yè)節(jié)能環(huán)保研究與設計，

E-mail：lyt8363@163.com，電話：029-85542627。