基于MBBR 工藝的石化廢水處理中試研究與分析

鄭志偉

（上海士米祖環(huán)?？萍贾行模ㄓ邢藓匣铮?，上海200000）

隨著工業(yè)化生產(chǎn)的不斷進(jìn)行，工業(yè)廢水也不斷產(chǎn)生。工業(yè)廢水中含有大量的有機(jī)物、重金屬等物質(zhì)，若不能很好地予以處理，勢(shì)必會(huì)給環(huán)境造成巨大危害。本文對(duì)石化廢水處理的MBBR 工藝方法進(jìn)行中試研究。通過該項(xiàng)目的實(shí)踐與分析，為后期同類項(xiàng)目提供實(shí)踐性研究提供借鑒案例。

MBBR 工藝與傳統(tǒng)活性污泥相比有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，包括：MBBR 工藝中不需要污泥回流設(shè)備，無需反沖洗設(shè)備，減少了設(shè)備投資，操作簡(jiǎn)便，降低了污水的運(yùn)行成本；MBBR 工藝污泥產(chǎn)率低，降低了污泥處置費(fèi)用；MBBR 工藝處理負(fù)荷高，降低了基建投資。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為石化廢水MBBR 工藝中試研究。項(xiàng)目中對(duì)于當(dāng)前的含油污水處理系統(tǒng)采用AO 工藝內(nèi)設(shè)掛式填料，日處理量為700～1300m3/h，停留時(shí)間最小約為35.4h，由于生化系統(tǒng)氨氮處理效果不佳，甚至出現(xiàn)出水反升現(xiàn)象，即出水氨氮數(shù)值高于進(jìn)水?dāng)?shù)值。為了解決這一問題，經(jīng)討論分析，采用投加新型生物填料的方式進(jìn)行中試，為后期的改造工作提供參考性數(shù)據(jù)支持。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)水質(zhì)

試驗(yàn)的水質(zhì)主要是石化生產(chǎn)中產(chǎn)生的煉油廢水，水質(zhì)處理的難點(diǎn)在于水氨氮不去除。針對(duì)上述水質(zhì)特點(diǎn)，需要對(duì)中試實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行搭建與分析。試驗(yàn)初期運(yùn)行階段，水質(zhì)中因?yàn)檫M(jìn)水仍然含有油類物質(zhì)且可生化性較低，給填料的掛膜帶來困難，這種狀況對(duì)于整個(gè)實(shí)驗(yàn)的水質(zhì)處理是極為不利的。

針對(duì)該現(xiàn)象，選擇調(diào)配營(yíng)養(yǎng)液輔助培養(yǎng)的方式，同時(shí)附帶控制曝氣量及污泥量，實(shí)時(shí)通水不悶曝，順利在秋天氣溫慢慢轉(zhuǎn)涼的條件下花費(fèi)相應(yīng)的時(shí)間完成了填料的均勻流化及初期掛膜，為后期實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行提供了良好的條件。

2.2 中試裝置

項(xiàng)目中搭建了中試實(shí)驗(yàn)裝置，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況采用了同等比例的生化系統(tǒng)，即AO 系統(tǒng)。為了提高原有系統(tǒng)的處理能力，此次中試采用MBBR 工藝，向O 池中投加PPC 多孔凝膠填料以強(qiáng)化處理效果，具體實(shí)踐中可根據(jù)投加量的容值增加為原先池容的30%。

2.3 懸浮填料

懸浮填料的特點(diǎn)是即時(shí)脫膜即時(shí)掛膜，不存在周期性帶來的水質(zhì)變動(dòng)，而且懸浮填料不需要支架固定，僅需拆除原有填料并在出水口設(shè)置過水?dāng)r截格柵即可。填料直接投入生化系統(tǒng)，整體技改的耗時(shí)較短，施工投入小，預(yù)計(jì)施工的時(shí)效性約為設(shè)置固定填料的一半，施工投入約為固定填料的三分之一。

懸浮填料工藝應(yīng)用中，系統(tǒng)是否能夠達(dá)到良好的運(yùn)行狀態(tài)及預(yù)期的運(yùn)行效果，懸浮填料的選擇起著至關(guān)重要的意義。懸浮填料在反應(yīng)器中充當(dāng)著微生物載體的角色，即在填料的選擇方面必須結(jié)合高分子材料學(xué)、微生物學(xué)、流體力學(xué)等多方面科學(xué)因素進(jìn)行考量。

傳統(tǒng)懸浮填料多以硬質(zhì)聚乙烯或聚丙烯材料制成，通過比重調(diào)整使其真密度接近小于水，被市場(chǎng)廣為應(yīng)用。但由于此類塑料材質(zhì)特有的疏水結(jié)構(gòu)使其潤(rùn)濕時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)久且受保護(hù)的比表面積有限，致使初期啟動(dòng)時(shí)間慢長(zhǎng)、池內(nèi)流化性能差、處理優(yōu)勢(shì)不明顯。在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中，由于填料不斷摩擦反應(yīng)器內(nèi)設(shè)施導(dǎo)致設(shè)備受損、由于填料累積翻越出口攔網(wǎng)導(dǎo)致后續(xù)處理單元癱瘓等運(yùn)行事故也時(shí)有發(fā)生，給用戶增加了許多麻煩。

軟質(zhì)PPC 聚氨酯凝膠懸浮填料則彌補(bǔ)了硬質(zhì)填料在應(yīng)用中存在的短板，有著良好的親水性、更大的比表面積、更有效的流化能力，可做到不上浮、不堆積、無死角。與傳統(tǒng)懸浮填料硬質(zhì)填料相比，大大提升了反應(yīng)器整體的處理效率。

PPC 聚氨酯凝膠懸浮填料多孔體的特征決定了其強(qiáng)大的受保護(hù)比表面積，且其內(nèi)部骨架為墻體膜狀結(jié)構(gòu)，約2000m2/m3的龐大比表面積為反應(yīng)器內(nèi)微生物提供了更易附著的棲息空間、更有通體大孔徑結(jié)構(gòu)使反應(yīng)器中溶解氧與基質(zhì)物質(zhì)在生物膜表面的專遞及代謝產(chǎn)物的排出更為通暢。與傳統(tǒng)懸浮填料硬質(zhì)填料相比可用較少的填充比例起到更高的處理效果，大大節(jié)省用戶成本。

最后是運(yùn)行能耗更低，PPC 聚氨酯凝膠懸浮填料的多孔結(jié)構(gòu)使其在反應(yīng)器運(yùn)行的過程中對(duì)氣泡的剪切頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)懸浮填料硬質(zhì)填料，故氧的傳遞效率更高，應(yīng)對(duì)高負(fù)荷沖擊更為穩(wěn)定。同時(shí)聚氨酯凝膠懸浮填料可在較低的氣容比條件下流化均勻，可適應(yīng)多種微孔曝氣形式，較傳統(tǒng)懸浮填料硬質(zhì)填料流化所需能耗更低。聚氨酯凝膠懸浮填料表面生物相多樣性使其在剩余污泥減量方面的表現(xiàn)也更具優(yōu)勢(shì)，為后續(xù)的污泥處置減輕了負(fù)擔(dān)，本次的中試目的就是驗(yàn)證PPC 聚氨酯凝膠懸浮填料的處理能力。

2.4 試驗(yàn)與分析方法

首先是凈水設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，臨時(shí)安放，蓋上防雨苫布；對(duì)設(shè)備安放場(chǎng)地硬化施工完畢，進(jìn)入保養(yǎng)期；場(chǎng)地硬化保養(yǎng)結(jié)束，設(shè)備吊裝就位后現(xiàn)場(chǎng)管道對(duì)接，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備清水試車；接3 號(hào)氣浮出水作為試驗(yàn)機(jī)原水試驗(yàn)并進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，投加PPC 填料；填料投加階段，10/15 日啟動(dòng)負(fù)荷，停留時(shí)間為28.8h。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程連續(xù)進(jìn)水，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整相關(guān)參數(shù)，使填料更好的流化從而實(shí)現(xiàn)更好的掛膜；填料掛膜階段，10/30 日提升負(fù)荷，控制停留時(shí)間為19.6h。確認(rèn)設(shè)備出水水質(zhì)穩(wěn)定的前提下，縮短停留時(shí)間為17.3h，驗(yàn)證負(fù)荷可提升空間。

3 中試工藝優(yōu)化

3.1 保溫措施

中試過程中往往會(huì)由于設(shè)定負(fù)荷提升使得水溫持續(xù)降低，與此同時(shí)水廠提示生產(chǎn)過程中一股PTA 廢水進(jìn)入系統(tǒng)的三重沖擊下，系統(tǒng)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了持續(xù)升高的狀態(tài)，24 號(hào)增設(shè)保溫措施。降低負(fù)荷，減少負(fù)荷沖擊以及PTA 廢水對(duì)中試造成的影響。停留時(shí)間保持與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行停留時(shí)間一致，并確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行溫度保持在30℃左右，中試設(shè)備無法準(zhǔn)確控制，盡量保持中試水溫在20～25℃左右。

設(shè)備逐漸恢復(fù)處理效果，水質(zhì)指標(biāo)逐漸提升。此后氣溫急劇下降，由于保溫措施能力有限，12/9 日水溫最低點(diǎn)為17.9℃。在試驗(yàn)運(yùn)行期間，最大的問題主要有兩點(diǎn)：其一為天氣越來越冷，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備水溫可以維持在30℃上下，然而中試設(shè)備由于體量過小，試驗(yàn)水溫逐漸跌破15℃，硝化效率受到嚴(yán)重影響。為此建議對(duì)試驗(yàn)設(shè)備改裝伴熱保溫措施，勉強(qiáng)控制水溫在20～25℃左右，其后硝化效率可穩(wěn)定在90%上下，出水氨氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

3.2 氨氮檢測(cè)

試驗(yàn)進(jìn)程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)問題雖然出現(xiàn)在進(jìn)水氨氮硝化上，原本進(jìn)水氨氮也并不是特別高，按照常規(guī)負(fù)荷和經(jīng)驗(yàn)分析，完全硝化應(yīng)該很順利，即使溫度低于20℃，按照經(jīng)驗(yàn)上的硝化降解速率也應(yīng)該能夠應(yīng)付，不應(yīng)出現(xiàn)如此敏感的波動(dòng)，因此建議除氨氮以外同時(shí)檢測(cè)總氮及個(gè)段硝態(tài)氮形態(tài)，而后發(fā)現(xiàn)進(jìn)水硝態(tài)氮未檢出，但是出水硝態(tài)氮高于進(jìn)水氨氮濃度的3～4 倍以上，由此判斷現(xiàn)場(chǎng)硝化不順利的主要問題在于凱式氮負(fù)荷。

由于主要訴求為氨氮處理效果，故每日對(duì)進(jìn)出水氨氮進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖1 所示，每日的NH3-N 去除率隨水溫的變化如圖2 所示。

圖1 NH3-N 進(jìn)出水變化

圖2 NH3-N 去除率隨水溫的變化

從上圖的變化趨勢(shì)中可以看出10 月15 日開始投加填料，10 月18 日完成總池容30%填充率的投加，于10 月24 日起氨氮去除率開始持續(xù)上升，并于10 月28 日達(dá)成氨氮90%以上的去除效果，滿足了業(yè)主訴求。

10 月30 日起提升總進(jìn)水量，縮短停留時(shí)間至約19.6h 連續(xù)運(yùn)行。由于檢測(cè)任務(wù)過重，故10 月30 日～11 月5 日無檢測(cè)數(shù)據(jù)，于10 月6 日起委托第三方檢測(cè)，氨氮去除效果仍然滿足90%以上，故進(jìn)一步提升負(fù)荷縮短停留時(shí)間至約17.3h。

去除率變化曲線提示10 月8 日氨氮去除率急速下降并持續(xù)一段時(shí)間提升并不理想。分析主要原因?yàn)橐韵? 點(diǎn)的聯(lián)合作用：（1）一股PTA 廢水進(jìn)入系統(tǒng)導(dǎo)致生化系統(tǒng)受到?jīng)_擊，持續(xù)期約為十多天；（2）進(jìn)水負(fù)荷剛剛提升對(duì)生化系統(tǒng)負(fù)擔(dān)加?。唬?）進(jìn)入11 月份后氣溫逐漸轉(zhuǎn)涼，水溫由之前的25℃以上急劇下降至20℃左右，硝化速率受到嚴(yán)重影響。

綜上所述，于11 月13 日起逐漸降低負(fù)荷，至11 月25 日停留時(shí)間設(shè)定約為35h，與既有生產(chǎn)設(shè)備理論值持平，在確認(rèn)既有生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行水溫為30℃以上的基礎(chǔ)上，于11 月24 日增設(shè)保溫設(shè)施，此后水溫逐漸升高，氨氮去除率曲線走勢(shì)相同，運(yùn)行一周后達(dá)90%以上去除效果。進(jìn)入12 月份以來氣溫進(jìn)一步急劇下降，原有保溫措施無法確保，由于受環(huán)境溫度變化的影響，NH3-N 處理效率再次出現(xiàn)了下降的趨勢(shì)。隨著接下來的氣溫的回升，NH3-N 去除效率逐漸恢復(fù)中。MBBR 池內(nèi)所生成的硝態(tài)氮遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于進(jìn)水氨氮數(shù)值，提示可能進(jìn)水參雜有機(jī)氮含量高，即使在系統(tǒng)受影響的期間內(nèi)，硝化反應(yīng)仍能進(jìn)行，而實(shí)際硝化負(fù)荷應(yīng)遠(yuǎn)高于理論氨氮的計(jì)算值。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

經(jīng)過中試試驗(yàn)分析以及相關(guān)結(jié)果，總結(jié)如下：首先是該系統(tǒng)通過采用PPC 填料工藝在合適的溫度以及現(xiàn)有進(jìn)水負(fù)荷下，維持出水COD 穩(wěn)定在40～60 之間。通過合理控制工藝條件，可以保障出水氨氮去除率在90%左右；其次是硝化菌相對(duì)于異養(yǎng)類菌落對(duì)溫度更加敏感；最后是試驗(yàn)過程中并未進(jìn)行過排泥操作，提示采用PPC 填料有極大的減少污泥產(chǎn)量，降低污泥處理費(fèi)用的可能。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目主要是對(duì)當(dāng)前石化生產(chǎn)中產(chǎn)生的煉油廢水進(jìn)行凈化研究并提出具體可實(shí)踐的方案及優(yōu)化方向。該項(xiàng)目經(jīng)工藝選定研究分析，可通過MBBR 工藝固定活性硝化菌種的方式來進(jìn)行處理，可有效地降低污染量，同時(shí)降低污泥產(chǎn)量，為企業(yè)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。