MBR平板膜處理煉油污水試驗研究

程彬彬，何慶生

(1.中國石化煉油事業(yè)部，北京 100728 2.中國石化煉化工程(集團(tuán))股份有限公司工程技術(shù)研發(fā)中心，河南洛陽 471003)

石油煉制企業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量污水，包括含油污水、含鹽污水、污染雨水等，這些污水經(jīng)污水處理場處理后達(dá)標(biāo)排放或再經(jīng)深度處理后回用。隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和污染物總量控制的日趨嚴(yán)格，企業(yè)排水量和污染物濃度指標(biāo)受到嚴(yán)格限制，京津冀及山東省等部分地區(qū)外排污水COD要求小于30 mg/L，氨氮小于2 mg/L。

現(xiàn)有曝氣生物濾池(簡稱BAF)單元容積負(fù)荷不夠，出水指標(biāo)經(jīng)常出現(xiàn)波動，不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。國內(nèi)外曾嘗試采用膜生物工藝(Membrane Biological Reactor，即MBR)處理煉油污水，利用膜分離取代傳統(tǒng)生物處理工藝中二沉池[1，2]，提高污水處理效率。本文采用平板膜好氧生化處理技術(shù)對BAF進(jìn)水進(jìn)行側(cè)線試驗,以此對膜生物工藝的運行特性進(jìn)行初步研究。

1 試驗水質(zhì)與來源

1.1 污水來源與成分

某煉油企業(yè)綜合污水采用隔油、浮選、二級生化、BAF及活性炭吸附工藝來處理污水，處理達(dá)標(biāo)后排放。受原油品質(zhì)逐漸變差和加工深度不斷延長影響，污水處理場進(jìn)水水質(zhì)也越來越差。本實驗為中試規(guī)模，針對經(jīng)過隔油、浮選、一級AO生化的污水進(jìn)行。進(jìn)BAF前的污水分析結(jié)果如表1所示。

表1 煉油污水水質(zhì)分析 mg/L

由表1可見煉油污水的BOD/COD為0.3左右，可生化性相對較好。該污水的氨氮也適合直接進(jìn)行生化處理。

1.2 污水進(jìn)出水水質(zhì)

MBR進(jìn)水選取煉油污水沉淀池出水(即BAF進(jìn)水)及MBR出水水質(zhì)指標(biāo)如表2所示。

表2 MBR進(jìn)出水水質(zhì)要求

2 試驗流程及裝置

2.1 污水處理工藝流程

該煉油廠現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)如圖1，主要包括均質(zhì)罐、隔油池、兩級浮選、兩級曝氣、兩級沉淀、BAF、活性炭過濾等工序。側(cè)線試驗工藝流程為紅色虛線方框內(nèi)流程。

2.2 MBR工藝流程

MBR即膜生物反應(yīng)器裝置工藝流程如圖2所示。該工藝是將膜分離技術(shù)與生物處理單元相結(jié)合的水處理新技術(shù)。它以高效膜分離代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥法工藝中的二沉池，省去了傳統(tǒng)活性污泥法中二沉池濃縮后剩余污泥的回流。

圖1 工藝流程示意

圖2 MBR裝置流程示意

本MBR裝置只設(shè)置好氧區(qū)，在好氧區(qū)內(nèi)主要實現(xiàn)有機(jī)物和氨氮的去除。在好氧的條件下，微生物對于有機(jī)物的去除主要分為吸附和穩(wěn)定兩個階段。在吸附階段，主要是將污水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)移到活性污泥上去，這是由于活性污泥具有巨大的表面積，而表面上含有多糖類的粘性物質(zhì)所致。在穩(wěn)定階段，主要是轉(zhuǎn)移到活性污泥上的有機(jī)物被微生物利用的過程。一般吸附的過程很短，而穩(wěn)定階段較長。反應(yīng)區(qū)內(nèi)污泥濃度較高，去除有機(jī)物能力較強(qiáng)。本裝置自帶加藥裝置，可實現(xiàn)平板膜的自動反沖洗。

2.3 MBR裝置簡介

MBR裝置的主要組成部分包括：平板膜組件、曝氣系統(tǒng)、膜出水系統(tǒng)、膜清洗系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。

膜組件是MBR的核心部分，如圖3所示，平板膜組件作為目前工程化應(yīng)用中采用最廣泛的膜組件，與中空纖維膜相比，具有水力學(xué)條件易于控制、通量高、抗污染能力強(qiáng)和清洗更換方便等特點，能夠在更高污泥濃度條件下保持高通量穩(wěn)定運行。

圖3 平板膜組件運行原理示意

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 運行參數(shù)考察

3.1.1水力停留時間對COD處理效果的影響

通常情況下，停留時間越長，有機(jī)物被降解的比例越大，停留時間對COD去除有較大影響。在進(jìn)水COD為236～267 mg/L，MBR溫度30 ℃左右，pH值為7左右，溶解氧(DO)為3.0 mg/L的操作條件下，考察水力停留時間對MBR內(nèi)COD去除效果的影響，如圖4。

圖4 停留時間對COD降解的影響

從圖4可以看出：當(dāng)MBR停留時間在8～12.5 h時，隨著停留時間延長，COD去除率呈現(xiàn)升高的趨勢，當(dāng)停留時間大于10 h時，COD去除率大于0.8。這是由于隨著停留時間延長，微生物反應(yīng)時間增加，COD去除率隨之增加。停留時間小于10 h，COD去除率低于0.8，反應(yīng)器處理效率低，綜合考慮，最佳停留時間為10 h。

3.1.2COD波動對其去除效果的影響

污水COD的波動可能會對微生物菌群穩(wěn)定性造成沖擊，從而影響處理效果。在進(jìn)水COD為130～450 mg/L，MBR內(nèi)溫度30 ℃左右，pH值在7左右，水力停留時間為10 h，溶解氧(DO)為3.0 mg/L的操作條件下，考察進(jìn)水COD波動對其去除效果的影響，如圖5。

圖5 進(jìn)水COD波動對處理效果的影響

從圖5可以看出：當(dāng)進(jìn)水COD在109～414 mg/L之間波動時，隨進(jìn)水COD增大，COD出水呈現(xiàn)先升高后穩(wěn)定的趨勢，總體上進(jìn)水COD的波動不會對MBR處理效果造成影響，表明MBR對COD波動有一定的抗沖擊能力。

3.2 連續(xù)運行總效果考察

3.2.1MBR反應(yīng)器COD處理效果

MBR連續(xù)好氧生化處理中試裝置從污泥馴化到連續(xù)運行至結(jié)束共歷時64天，進(jìn)出水COD濃度檢測結(jié)果見圖6。從圖6可以看出，試驗初期，由于乙二醇生產(chǎn)裝置仍處于工藝參數(shù)優(yōu)化階段，導(dǎo)致MBR反應(yīng)器進(jìn)水很不穩(wěn)定，同時此期間進(jìn)水溫度也較高，故延長了污泥馴化周期；污泥馴化結(jié)束后連續(xù)進(jìn)水，保持廢水停留時間為10 h、進(jìn)水COD為100～450 mg/L左右時，出水平均COD為25 mg/L，去除率基本穩(wěn)定在90%左右。

圖6 MBR裝置進(jìn)出水COD結(jié)果

3.2.2MBR反應(yīng)器氨氮處理效果

除了COD之外，同時還對生化進(jìn)出水氨氮進(jìn)行了檢測，結(jié)果如圖7所示：氨氮在20～90 mg/L之間波動時，平均出水氨氮低于6 mg/L，可滿足生化處理單元排水要求。

圖7 MBR裝置進(jìn)出水氨氮濃度

3.3 MBR平板膜與BAF處理效果對比

由于MBR側(cè)線試驗裝置與現(xiàn)有BAF池進(jìn)水相同，兩者的處理效果具有較好的可對比性，對兩種工藝運行參數(shù)對比如表3所示?？梢夿AF工藝的水力停留時間為28 h，而MBR的水力停留時間為10 h，處理相同水量條件下，MBR可大大減小反應(yīng)器的體積，從而大大減小占地面積。同理，MBR的容積負(fù)荷也遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的BAF工藝。相同進(jìn)水水質(zhì)條件下，MBR工藝出水的COD和氨氮值都小于BAF工藝。綜上所述，MBR工藝對此類廢水的處理效果明顯優(yōu)于BAF工藝。

4 結(jié)論

側(cè)線試驗采用MBR好氧處理工藝對煉油污水進(jìn)行處理，試驗結(jié)果證明，系統(tǒng)處理效果理想，抗負(fù)荷能力強(qiáng)，運行穩(wěn)定，出水波動性小。在進(jìn)水COD為100～450 mg/L，氨氮20～90 mg/L，水力停留時間10 h的條件下，出水COD<40 mg/L，平均出水氨氮達(dá)到小于6 mg/L，達(dá)到了出水的要求。

表3 BAF與MBR工藝參數(shù)對比

另外，在相同進(jìn)水水質(zhì)條件下，對MBR側(cè)線試驗裝置和現(xiàn)有BAF池處理污水的效果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明：MBR裝置的水力停留時間、出水指標(biāo)和容積負(fù)荷均優(yōu)于BAF池，其出水COD和氨氮能直接達(dá)標(biāo)排放，從而證明MBR的處理能力優(yōu)于現(xiàn)有BAF工藝。