石油化工污水處理中生物增效技術(shù)的作用探究

路珈 劉榮榮

1. 陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延安石油化工廠 陜西 延安 7274062. 金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江 金華 321017

近年來(lái)，由于生產(chǎn)技術(shù)的高速發(fā)展，污水中的污染物成分更加復(fù)雜多樣，濃度也變得更高，難以降解的含毒有機(jī)污染物也越來(lái)越多，極大地沖擊著生物生化系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的生物處理系統(tǒng)中，能降解有毒以及難降解有機(jī)物的專項(xiàng)微生物數(shù)量減少，因此對(duì)污水處理效果不佳。生物增效技術(shù)，在傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化加強(qiáng)，可以有效提高傳統(tǒng)生化系統(tǒng)的降解力以及抗沖擊力。

1 生物增效技術(shù)概述

1.1 生物增效技術(shù)內(nèi)涵

生物增效技術(shù)是在保持原生化系統(tǒng)設(shè)施、運(yùn)行條件的基礎(chǔ)上，直接在現(xiàn)有的生化處理系統(tǒng)中植入從自然界中挑選出的優(yōu)勢(shì)菌種，提升原生化系統(tǒng)處理能力，使其能夠去除某種有害物質(zhì)或優(yōu)化某方面性能[1]。生物增效系統(tǒng)因高效、穩(wěn)定、節(jié)約成本的優(yōu)勢(shì)，在廢水生物治理技術(shù)市場(chǎng)上具有廣闊前景。

生物增效技術(shù)的關(guān)鍵是在原有的生化系統(tǒng)中投加優(yōu)勢(shì)菌種。這些菌種既可以是原有微生物中的優(yōu)勢(shì)菌種也可以是之前不存在的遺傳工程菌或外源微生物。在自然界中，微生物分布廣、數(shù)量大、代謝類型多樣、適應(yīng)突變能力強(qiáng)，它們會(huì)出現(xiàn)在任何污染物存在的地方并對(duì)污染物有著或強(qiáng)或弱的降解作用。增效菌種的獲得可通過(guò)馴化、篩選誘變、基因重組等技術(shù)方法，再加以培養(yǎng)繁殖便可得到能處理污染物的目標(biāo)降解菌。生物增效技術(shù)中所投加的增效菌株需要滿足以下3個(gè)條件：第一，菌株活性高；第二，菌株具有高速降解目標(biāo)污染物的能力；第三，菌種要能保持一定數(shù)量且競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。目標(biāo)污染物的消除主要是通過(guò)投加菌種的直接生物降解和共代謝作用來(lái)達(dá)成的。

一般來(lái)講，生物增效技術(shù)適用于絕大多數(shù)用生物法進(jìn)行污水處理的地方，并能提高原生化系統(tǒng)的污水處理效率。生物增效技術(shù)用途廣泛，可用于各種市政污水以及工業(yè)廢水處理中，如城市污水處理、石化污水處理、造紙污水處理、印染污水處理、皮革污水處理等。

1.2 生物增效技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

石油化工污水處理中生物增效技術(shù)的應(yīng)用具有如下優(yōu)點(diǎn)[2]：（1）投資成本低，效率高。生物增效技術(shù)在處理水化工污水時(shí)，僅用將分解藥劑投入到曝氣池即可，極大地降低了使用硬件設(shè)施的成本。通過(guò)這種成本低廉的方法便可降解石油化工污水中的有毒物質(zhì)或者有機(jī)污染物、凈化水質(zhì)、減少化合物、促進(jìn)生物多樣性。另外在利用生物增效技術(shù)進(jìn)行一次微生物投加后，并不需要專門的工作人員看管微生物的繁殖，節(jié)約了人力成本，效果持久，節(jié)省后續(xù)處理成本，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。（2）解決污水異味問(wèn)題。由于微生物能針對(duì)不同環(huán)境中的不同氣味發(fā)生反應(yīng)并有效分解硫化氫、硫醇、揮發(fā)性脂肪酸等有害物質(zhì)，也能抑制厭氧條件下硝酸鹽揮發(fā)的氣味，因而生物增效技術(shù)能有效消除污水異味?？刂飘愇兜闹饕绞绞峭ㄟ^(guò)對(duì)污染樣本的采樣分析，找出異味散發(fā)源頭并從根本上防止產(chǎn)生。（3）不會(huì)二次污染。通過(guò)使用生物增效技術(shù)，微生物可利用自身新陳代謝降解污水中的有毒有害污染物，并且不會(huì)二次污染水質(zhì)真正達(dá)到環(huán)保治污的目的。（4）耐用，有效期長(zhǎng)。微生物在利用新陳代謝對(duì)污染物進(jìn)行降解的過(guò)程中，能獲取一定營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行自我繁殖，從而能在一次足量投放后，得以長(zhǎng)期有效去污。

2 石油化工污水處理現(xiàn)狀

2.1 污水含硫比重高

石油化工行業(yè)因生產(chǎn)過(guò)程中，所用原油里硫元素含量高，經(jīng)過(guò)相關(guān)工藝處理后的污水中包含較多硫元素的污水，高含硫量污水排放會(huì)導(dǎo)致水資源被污染。石油化工企業(yè)利用油水分離罐、減壓塔頂、油水分離罐等設(shè)備對(duì)其進(jìn)行硫元素與污水的分離，使污水得到脫硫處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境需要。當(dāng)前石油化工企業(yè)污水含硫量較多，且污水排放量有上漲趨勢(shì)，企業(yè)需要對(duì)污水化工濃度進(jìn)行檢驗(yàn)，盡量降低污水含硫濃度；另一方面，含硫污水在進(jìn)入污水處理廠后，硫含量毒性與之濃度呈線性關(guān)系，可直接毒害生化系統(tǒng)中有效微生物菌種，呈現(xiàn)中毒現(xiàn)象，生化出水水質(zhì)明顯惡化；再者當(dāng)生化系統(tǒng)受高含硫污水沖擊后，活性污泥解體明顯，菌膠團(tuán)遭到破壞，有效微生物消失，在不進(jìn)行菌種重新培養(yǎng)或者添加活性污泥等措施，生化系統(tǒng)是無(wú)法自我恢復(fù)。因此當(dāng)污水硫含量較高時(shí)，需及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，避免高含硫污水直接沖擊生化系統(tǒng)，從而保證企業(yè)污水的正常處理能力。

2.2 污染水質(zhì)狀況復(fù)雜

處理石油化工企業(yè)排放污水時(shí)難度較大，各種化工設(shè)備也會(huì)生產(chǎn)出較為嚴(yán)重的污水元素造成污染水質(zhì)狀況復(fù)雜的問(wèn)題[3]。究其根本主要有以下原因：第一，目前污水處理工藝仍主要以生化系統(tǒng)處理為主，在石油化工企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)及工藝鏈的延長(zhǎng)等影響下，排放污水的水質(zhì)更為復(fù)雜，同時(shí)各地政府對(duì)污水排放要求日益嚴(yán)格，處理污水的難度在一定程度上有所增加。第二，石油化工行業(yè)整體利潤(rùn)減少，部分石油化工企業(yè)為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，進(jìn)行了一體化發(fā)展、延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的革新，以期達(dá)到提高利潤(rùn)，增加產(chǎn)值的目標(biāo)，但是出于多種因素的制約與影響，石油化工企業(yè)公司利潤(rùn)空間仍然較小，相對(duì)污水處理為環(huán)保工藝，無(wú)直接利益，在環(huán)保方面投資相對(duì)較少。第三，在我國(guó)水資源使用狀況比較緊張的情況下，石油化工企業(yè)更加重視對(duì)水資源的節(jié)約與循環(huán)利用，原生水源經(jīng)利用變成污水后，還需要再加工處理，滿足排放要求。在石油化工企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)配置充足的設(shè)備達(dá)到需要標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)設(shè)備加工降低污水中有機(jī)及無(wú)機(jī)物污染成分含量，改善污染物種類繁多，水質(zhì)復(fù)雜狀況。

2.3 污水深度處理水平較低

目前部分石油化工企業(yè)未能充分認(rèn)識(shí)到污水治理的重要程度，再加上當(dāng)前污水處理難度較大導(dǎo)致處理污水效果不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。尤其是化工公司實(shí)際生產(chǎn)時(shí)現(xiàn)有污水處理的流程在運(yùn)行穩(wěn)定的情況下能達(dá)到環(huán)境保護(hù)的要求，當(dāng)污水水質(zhì)波動(dòng)后，極容易受到?jīng)_擊，處理需要經(jīng)過(guò)多重程序加工才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，使化工企業(yè)運(yùn)行受到嚴(yán)重影響；另外在對(duì)污水深度處理的工作過(guò)程中，部分石油化工企業(yè)不能掌握研究理論，對(duì)職工的培訓(xùn)不到位，不能將技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐導(dǎo)致實(shí)際污水處理效果不理想，影響節(jié)能減排。石油化工公司需要加大引進(jìn)先進(jìn)污水處理設(shè)備及技術(shù)的力度，支持高精尖化污水處理，使污水經(jīng)處理后滿足環(huán)保要求。當(dāng)前由于石油化工企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備及污水處理流程僅只能達(dá)到污水深度處理的初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際污水深度處理和回收利用效果不佳。

3 石油化工污水處理中生物增效技術(shù)的應(yīng)用

分析部分工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)利用生物增效技術(shù)，生態(tài)系統(tǒng)污水里的化學(xué)需氧量（COD）、含油去除效率得到較大提高，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)遭到?jīng)_擊后的恢復(fù)效率也得到明顯提升，同時(shí)也改善了活性污泥的功能。下面通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)生物增效技術(shù)在石化污水處理中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。

3.1 污水排放濃度較高造成的生化系統(tǒng)沖擊

本文對(duì)延安石油化工廠高濃污水處理系統(tǒng)的污水處理應(yīng)用進(jìn)行探討，這套裝置用于處理產(chǎn)自環(huán)保六套裝置高含硫污水、甲基叔丁基醚（MTBE）裝置污水、聚丙烯裝置的污水，該廠生化系統(tǒng)使用O/A高效低氧生化一體化處理工藝，該工藝低氧生化處理一體式活性污泥系統(tǒng)是基于先進(jìn)的同步硝化反硝化脫氮理論為基礎(chǔ)的高效一體化生物處理系統(tǒng)。它通過(guò)控制曝氣池溶解氧（小于0.5mg/L），在單一池體內(nèi)不僅完成對(duì)有機(jī)物的徹底去除，更重要的是實(shí)現(xiàn)了硝化反硝化的同步進(jìn)行，且短程硝化反硝化占有相當(dāng)比例。簡(jiǎn)化了系統(tǒng)脫氮的運(yùn)行流程，降低了對(duì)碳源的需求，提高了脫氮效率，同時(shí)也避免了由于硝態(tài)氮積累帶來(lái)的不利影響。日常運(yùn)行時(shí)，由于上有來(lái)水水質(zhì)波動(dòng)較大，主要為COD及氨氮波動(dòng)頻繁，超過(guò)日常進(jìn)水控制指標(biāo)時(shí)，生化系統(tǒng)出水化學(xué)需氧量（COD）、氨氮明顯上漲，主要表現(xiàn)在一方面1-5#生化池pH消耗減少，好氧池溶解氧變低，調(diào)整曝氣量后溶解氧變化不大；另一方面取水樣測(cè)得SV30上漲較多，上清液水質(zhì)較渾濁，下部沉泥松散，污泥鏡檢中有效菌種較少，且活性降低。雖然及時(shí)調(diào)整高濃系統(tǒng)進(jìn)水量、進(jìn)水濃度等各項(xiàng)措施，但生化系統(tǒng)出水水質(zhì)恢復(fù)很慢。因此，在系統(tǒng)沖擊后，針對(duì)是氨氮、總氮還是COD沖擊選擇適宜的增效菌種，投加增效菌種后，鏡檢觀察、分析生化系統(tǒng)的投加增效菌種前后活性污泥性狀是否發(fā)生變化。經(jīng)過(guò)觀察，投加增效菌種后的活性污泥在鏡檢下能看到許多漫游蟲、鞭毛蟲、鐘蟲等各類微生物，鏡檢內(nèi)微生物數(shù)量增多、普遍生命力頑強(qiáng)，且能明顯看見(jiàn)微生物活性較好，活性污泥恢復(fù)取樣分析生化系統(tǒng)出水COD、氨氮等含量，存在明顯的降低，因此得出增效菌種能提高活性污泥性能結(jié)論。

3.2 有毒有害成分造成的生化沖擊

污水處理經(jīng)常運(yùn)用傳統(tǒng)的活性污泥處理系統(tǒng)及普通活性污泥法生化處理設(shè)備。通常處理流程有隔油、浮選、沉淀、出水等步驟，通過(guò)預(yù)處理后進(jìn)入生化系統(tǒng)。石油化工行業(yè)污水有毒有害成分主要為硫化物、石油類及重金屬離子等，當(dāng)有毒有害污水濃度較高時(shí)，觀察裝置運(yùn)行時(shí)生物增效技術(shù)的效果以及該項(xiàng)技術(shù)對(duì)化學(xué)需氧量COD、活性污泥性能，油污去除效率的作用。

首先是去除化學(xué)需氧量COD的效果分析。1號(hào)曝氣池出水口有的化學(xué)需氧量COD160mg/L，3、5號(hào)曝氣池使用生物增效技術(shù)，可觀察出污水出口有120mg/L、60mg/L的化學(xué)需氧量COD，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示生物增效技術(shù)能去除化學(xué)需氧量COD，一定程度上降低了水質(zhì)的波動(dòng)，提高污水凈化力度。其次是生物增效技術(shù)去除油污的效果分析。當(dāng)生化系統(tǒng)油含量較高時(shí)，1號(hào)曝氣池的質(zhì)量濃度平均為15mg/L，測(cè)的3、5號(hào)曝氣池污水在使用生物增效技術(shù)后的質(zhì)量濃度平均為8mg/L、5mg/L。生物增效技術(shù)對(duì)去除污水含油的效果可以明顯看出。最后是生物增效技術(shù)對(duì)硫化物等污染物的性能的結(jié)果分析。在1號(hào)和3號(hào)曝氣池投加硫化物后，按時(shí)收取使用生物增效技術(shù)后的3號(hào)、5號(hào)曝氣池的活性污泥與1號(hào)曝氣池活性污泥并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。觀察發(fā)現(xiàn)，3號(hào)和5號(hào)均有許多實(shí)體相對(duì)較大、復(fù)雜交錯(cuò)的菌膠團(tuán)以及微生物細(xì)菌活動(dòng)，3號(hào)曝氣池污泥量與5號(hào)曝氣池對(duì)比發(fā)現(xiàn)3號(hào)池污泥量增加，同時(shí)存在少量浮泥，而1號(hào)曝氣池活性污泥中僅有少量微生物且菌膠團(tuán)實(shí)體小而松散。這證實(shí)使用生物增效技術(shù)可以有效提高活性污泥的性能，加大緊密度，增大活性污泥中微生物的活力，提高應(yīng)對(duì)有毒有害污染物的能力。

3.3 來(lái)水水質(zhì)頻繁波動(dòng)時(shí)的應(yīng)用

石化廠污水裝置每日處理污水約6000t，以O(shè)/A高效低氧生化一體化系統(tǒng)為核心裝置。經(jīng)檢測(cè)，正常工況下污水進(jìn)水COD平均值為700mg/L，氨氮平均值為50mg/L，水力停留大概時(shí)長(zhǎng)為24h，pH值在6～8區(qū)間內(nèi)，低氧區(qū)和好氧區(qū)溶解氧分別控制在0.1～0.5g/L和3～6g/L范圍內(nèi)。在裝置大檢修期間，高濃、低濃污水系統(tǒng)來(lái)水水質(zhì)波動(dòng)頻繁，主要為高含油、高COD、含甲醇污水及高氨氮污水，水質(zhì)、水量變化復(fù)雜，來(lái)水COD最高達(dá)5000mg/L，氨氮達(dá)到500mg/L，因此導(dǎo)致污水生化系統(tǒng)運(yùn)行壓力巨大，隨時(shí)面臨崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)此工況下，在曝氣池內(nèi)投加市政活性污泥及生物增效菌種，提高污泥濃度，提高抗沖擊能力。取樣試驗(yàn)，按生化系統(tǒng)正常進(jìn)水濃度，試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)進(jìn)水量保持在100m3/h，COD穩(wěn)定在2000mg/L、氨氮穩(wěn)定在100mg/L范圍內(nèi)，COD和氨氮去除率達(dá)到90%，氨氮去除率92%以上，生化出水基本保持較穩(wěn)定，來(lái)水負(fù)荷再提高后，出水COD及氨氮呈上升狀態(tài)；系統(tǒng)進(jìn)水COD在正常進(jìn)水工況內(nèi)，COD和氨氮去除率達(dá)到99%以上；當(dāng)進(jìn)水COD和氨氮均較低時(shí)，COD的去除率反而降低，同時(shí)硝化反應(yīng)減弱，反硝化作用降低，活性污泥呈現(xiàn)饑餓現(xiàn)象，主要原因?yàn)檫M(jìn)水有機(jī)負(fù)荷過(guò)高和過(guò)低會(huì)破壞活性污泥的運(yùn)行，生化系統(tǒng)碳、氮、磷的比例失衡導(dǎo)致。由此可以得出結(jié)論，生物增效技術(shù)效果在有機(jī)負(fù)荷提高一定濃度可短期保持良好COD和氨氮的去除率，如果來(lái)水負(fù)荷變化較大時(shí)，需要人工調(diào)整碳、氮、磷比例，如對(duì)進(jìn)水進(jìn)行稀釋或者投加甲醇、磷酸三鈉和尿素等。

此次生物增效技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)說(shuō)明，在應(yīng)對(duì)負(fù)荷較高的來(lái)水情況時(shí)，生物增效是一種高效、快捷的處理手段，但生物增效技術(shù)存在一定局限性，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行判斷。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，石油化工生產(chǎn)加工過(guò)程中產(chǎn)生了大量污水，這造成水資源的浪費(fèi)以及生態(tài)環(huán)境的污染。生物增效技術(shù)在實(shí)際使用時(shí)具有操作難度低、運(yùn)行成本投資少、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)處理污水市場(chǎng)中有廣闊的應(yīng)用前景。但是生物增效技術(shù)依然存在著一定的局限性，如其不適用運(yùn)行負(fù)荷低，水質(zhì)好、出水速度穩(wěn)定的生化系統(tǒng)。相信隨著我國(guó)科技水平不斷提升，以后的污水處理效率會(huì)不斷提高，使我國(guó)生態(tài)環(huán)境得到高水平、高質(zhì)量的保障。