生物強(qiáng)化處理高濃度煉化廢水技術(shù)的成功應(yīng)用

＊壽歡歡

（中海石油舟山石化有限公司 浙江 316000）

前言

舟山石化煉化廢水采用回注生產(chǎn)裝置方式進(jìn)行處理，但經(jīng)過多次回注后，水中有機(jī)污染物濃度大幅度增加，COD高達(dá)10000mg/L左右，其水質(zhì)成分復(fù)雜，污染物濃度高，主要含有酮類、醛類、酯類、羧酸類及苯系物、含硫化合物等，處理難度較大，該部分廢水原先采用稀釋至較低濃度后利用A/O系統(tǒng)處理，存在污水處理負(fù)荷偏小、全廠污水不平衡的問題，嚴(yán)重制約主裝置生產(chǎn)。

為了解決企業(yè)污水處理瓶頸，舟山石化有限公司聯(lián)合中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院共同開發(fā)了生物強(qiáng)化處理高濃度煉化廢水技術(shù)，依托舟山石化現(xiàn)有條件，進(jìn)行高濃度煉化廢水生化預(yù)處理工程化應(yīng)用，并在2021年取得成功，該技術(shù)大幅度削減污水中有機(jī)物負(fù)荷，減輕了后續(xù)生化系統(tǒng)壓力，解決了全廠污水平衡問題。

1.工程概述

該改造工程包括污水調(diào)節(jié)罐、氣浮裝置、高效生物反應(yīng)器、曝氣風(fēng)機(jī)等設(shè)備，其中污水儲(chǔ)罐及相應(yīng)提升泵、氣浮裝置及加藥系統(tǒng)、氣浮機(jī)出水池、曝氣風(fēng)機(jī)均利用污水處理場(chǎng)現(xiàn)有設(shè)備，高效生物反應(yīng)器由天化院負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)有1000m3儲(chǔ)罐G3601A進(jìn)行改造，并增加成套內(nèi)構(gòu)件設(shè)備。設(shè)計(jì)規(guī)模10m3/h，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

2.工藝流程及高效生物反應(yīng)器

(1)改造前工藝流程

生產(chǎn)裝置各類廢水經(jīng)泵提升后進(jìn)入污水處理場(chǎng)緩沖罐G3601C，G3601C高濃度廢水經(jīng)污水泵提升后配水稀釋進(jìn)污水緩沖罐G3601AB，G3601AB廢水經(jīng)過污水泵提升進(jìn)入框架三層反應(yīng)槽，并投用混凝劑，通過設(shè)在反應(yīng)槽的攪拌機(jī)攪拌反應(yīng)，生成礬花，然后進(jìn)二層序進(jìn)式氣浮機(jī)，在入口處投加絮凝劑。利用麥王專利溶氣泵，吸入空氣，再經(jīng)過專門的釋放機(jī)構(gòu)－溶氣釋放器將溶解在水中的空氣均勻釋放出來，產(chǎn)生的氣泡較小，進(jìn)一步去除水中的油類等污染物。氣浮機(jī)出水進(jìn)生化池進(jìn)行后續(xù)處理，出水達(dá)到外排水指標(biāo)。具體流程如下：

圖1 工藝流程

(2)改造后工藝流程

生產(chǎn)裝置各類廢水經(jīng)泵提升后進(jìn)入污水處理場(chǎng)緩沖罐G3601BC，G3601BC高濃度廢水經(jīng)污水泵提升進(jìn)入框架三層反應(yīng)槽，并投用混凝劑，通過設(shè)在反應(yīng)槽的攪拌機(jī)攪拌反應(yīng)，生成礬花，然后進(jìn)二層序進(jìn)式氣浮機(jī)，在入口處投加絮凝劑。利用麥王專利溶氣泵，吸入空氣，再經(jīng)過專門的釋放機(jī)構(gòu)－溶氣釋放器將溶解在水中的空氣均勻釋放出來，產(chǎn)生的氣泡較小，進(jìn)一步去除水中的油類等污染物。

氣浮機(jī)出水分二路：一路自流稀釋進(jìn)入生化池，利用碧沃豐生物膜法技術(shù)，進(jìn)行高濃度污水生化處理，去除污水中的有機(jī)物、氨氮、油等成分；一路進(jìn)氣浮機(jī)出水池，經(jīng)過污水泵提升至高效生物反應(yīng)器G3601A，利用生物強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)行生化處理，出水經(jīng)過濃縮罐G3602AB泥水分離后至生化池，出水經(jīng)過后續(xù)處理達(dá)到外排水指標(biāo)。具體流程如下：

圖2 工藝流程

(3)高效生物反應(yīng)器

高效生物反應(yīng)器采用一體化設(shè)計(jì)，從上到下設(shè)有三相分離區(qū)、反應(yīng)區(qū)和污泥改性區(qū)，采用此種反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和處理方式大大增加了運(yùn)行的穩(wěn)定性。該反應(yīng)裝置利用原有污水罐改造，實(shí)際有效利用容積470m3，在裝置內(nèi)部增加了生物強(qiáng)化反應(yīng)器構(gòu)件以及氣、水管路等，改造的高效生物反應(yīng)器如圖3。

圖3 高效生物反應(yīng)裝置圖

高效生物反應(yīng)器通過充足的空氣擴(kuò)散增加污水的循環(huán)流動(dòng)，循環(huán)量約1000～2000m3/h，循環(huán)率能達(dá)到800～1500倍，從而極大增加污水表觀停留時(shí)間，顯著提升生化反應(yīng)效果。高效生物反應(yīng)器氧利用率較傳統(tǒng)生化提高10%，生化裝置進(jìn)水COD耐受濃度由傳統(tǒng)的3000mg/L以下提高到10000mg/L,有效降低水質(zhì)波動(dòng)的沖擊影響，提前將廢水中大部分可生化有機(jī)物降解，再通過后續(xù)生化系統(tǒng)有效處理，出水達(dá)標(biāo)。

3.裝置調(diào)試過程中出現(xiàn)的難點(diǎn)及解決措施

(1)溶解氧偏低

溶解氧是污水生化處理的重要參數(shù)之一。一般好氧生化反應(yīng)，其溶解氧維持在2.0mg/L以上，但是對(duì)高濃度煉化廢水，在長(zhǎng)周期運(yùn)行過程中最好控制溶解氧在3.0mg/L以上，效果更好，當(dāng)溶解氧濃度高于6.0mg/L以上時(shí)隨著溶解氧濃度升高，出水水質(zhì)基本穩(wěn)定。從圖4可以看出，出水COD隨著溶解氧濃度升高而下降，當(dāng)溶解氧濃度在3.0mg/L左右時(shí)，變化最大，溶解氧濃度3.0mg/L以上時(shí)，出水COD快速降低，當(dāng)溶解氧濃度升高至6.0mg/L以上時(shí)，出水COD基本穩(wěn)定，溶解氧濃度升高，對(duì)出水COD影響減小。

圖4 溶解氧與出水COD的變化情況

在系統(tǒng)高負(fù)荷運(yùn)行中，微生物分解污水中有機(jī)物過程中需消耗水中大量的溶解氧，導(dǎo)致溶解氧偏低，長(zhǎng)時(shí)間溶解氧偏低會(huì)導(dǎo)致生化系統(tǒng)受到?jīng)_擊，影響處理效果。鑒于高效反應(yīng)器的特殊性，最終確定在不新增曝氣頭數(shù)量的基礎(chǔ)上，引入多余富氧進(jìn)入高效生物反應(yīng)器，提高溶解氧。不同氣源下的溶解氧見圖5。

圖5 不同氣源條件下對(duì)溶解氧的影響

(2)出水帶泥

高效生物反應(yīng)器以市政活性污泥、高效生物菌劑（天津院自研）為微生物基礎(chǔ)，通過污泥培養(yǎng)、馴化，培養(yǎng)出適合的微生物進(jìn)行生化反應(yīng)。實(shí)際運(yùn)行過程中，隨著污水處理負(fù)荷逐步提高至設(shè)計(jì)水量，裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，污泥開始出現(xiàn)上浮、出水帶泥，造成罐內(nèi)污泥流失，處理效果明顯變差，嚴(yán)重影響系統(tǒng)安穩(wěn)長(zhǎng)運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)有條件，充分利用多余濃縮罐，對(duì)出水進(jìn)行泥水分離，底部污泥返回高效反應(yīng)器，上清液自流至后續(xù)生化池處理，多余污泥定期外排至污泥井，減少出水帶泥對(duì)生化處理的影響。

(3)夏季高溫

溫度是影響系統(tǒng)運(yùn)行的最關(guān)鍵因素之一，直接影響著生化系統(tǒng)的運(yùn)行。實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：在污水處理中一般控制溫度在15～38℃之間。當(dāng)溫度低于15℃后，微生物容易生長(zhǎng)不良。當(dāng)溫度超過40℃時(shí)，微生物酶的活性較15～38℃大幅降低，大幅影響處理效率。

在本裝置運(yùn)行過程中，主要在夏季要經(jīng)受高溫天氣影響，夏季高效反應(yīng)器內(nèi)水溫經(jīng)常超過40℃，最高達(dá)到45℃。當(dāng)溫度達(dá)到40～42℃之間的時(shí)候，裝置的出水COD升高，但是仍然可以運(yùn)行，受到的沖擊影響不大，但是當(dāng)溫度超過42℃以上的時(shí)候，裝置出水COD明顯升高，并且隨著時(shí)間延長(zhǎng)不斷升高，表明裝置受影響較大，難以在42℃以上運(yùn)行。鑒于高溫影響，最終確定給高效生物反應(yīng)器增加一個(gè)換熱器，利用廢水與反應(yīng)器內(nèi)污水的溫差對(duì)高效反應(yīng)器內(nèi)污水進(jìn)行降溫，達(dá)到高效反應(yīng)器內(nèi)水溫不高于42℃的目的。溫度對(duì)出水COD的影響詳見圖6。

圖6 長(zhǎng)周期運(yùn)行過程匯總溫度對(duì)出水COD的影響

4.系統(tǒng)運(yùn)行效果

整個(gè)系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試到穩(wěn)定運(yùn)行歷經(jīng)2年，穩(wěn)定運(yùn)行期間運(yùn)行情況如圖7所示。

從圖7可知，系統(tǒng)進(jìn)水COD在8000～12000mg/L范圍內(nèi)，G3601A處理量在10t/h內(nèi)，高效生物反應(yīng)器裝置出水COD約為600～1500mg/L，達(dá)到≤1500mg/L要求。裝置運(yùn)行期間，其平均COD去除效率不低于90%；在短期內(nèi)水質(zhì)日波動(dòng)≤±10%，系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行，出水水質(zhì)基本平穩(wěn)。系統(tǒng)具有較好的抗水質(zhì)波動(dòng)能力，極大地緩解了后續(xù)工藝處理壓力。

圖7 長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行期間進(jìn)出水狀況

在長(zhǎng)周期運(yùn)行過程中其BOD5的值基本維持在較高位置，B/C為0.5左右，達(dá)到≥0.3設(shè)計(jì)要求，高效生物反應(yīng)器裝置出水依然具有良好的可生化性，與原進(jìn)水相比其可生化性變化不大。該技術(shù)成功應(yīng)用后解決了企業(yè)污水處理瓶頸，大幅提高了企業(yè)污水處理能力及節(jié)水效果：2021年全年煉化廢水處理量74869t，配水稀釋總量88331t，與2020年全年相比煉化廢水處理量提高3303t、配水稀釋水量減少80367t。

5.結(jié)論

通過生物強(qiáng)化處理高濃度煉化廢水技術(shù)的成功應(yīng)用，可以得到下列結(jié)論：

（1）在高效生物反應(yīng)器裝置進(jìn)水COD在8000～12000mg/L范圍內(nèi)，出水COD約為600～1500mg/L，達(dá)到≤1500mg/L要求，出水B/C比為0.5左右，達(dá)到≥0.3設(shè)計(jì)要求，出水依然具有良好的可生化性，極大緩解后續(xù)生化系統(tǒng)壓力，達(dá)到預(yù)期效果。

（2）解決了企業(yè)污水處理瓶頸，大幅提高污水處理量及節(jié)水效果，年度煉化廢水處理量提高約3300t，年度節(jié)水約80000t，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。