提高原油處理終端生化單元總氮去除率的方法

梁建斌，魏湘宇，侯辰光，尹旭明，蘆紅威

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

1 生化系統(tǒng)簡介及脫氮工藝運(yùn)行效果

陸地某原油終端廠承擔(dān)著海上3 個(gè)油田區(qū)塊群30 余座平臺(tái)的原油處理、儲(chǔ)存外輸和污水處理任務(wù)，處理污水符合地方標(biāo)準(zhǔn)后外排。污水處理系統(tǒng)包括物化處理和生化處理兩個(gè)階段，其中生化系統(tǒng)的生化單元和高級(jí)氧化單元與芬頓單元兩套工藝并聯(lián)運(yùn)行。生化單元的主要原理是，采用內(nèi)循環(huán)高性能生物倍增工藝，將除碳、脫氮、除磷及沉淀等多個(gè)單元設(shè)置于同一個(gè)池體內(nèi)，利用多種微生物，通過硝化、反硝化作用將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為少量細(xì)胞物質(zhì)及無機(jī)物（圖1）。

圖1 生化單元工藝流程

終端廠接收上游3 個(gè)區(qū)塊的海管來液，生產(chǎn)污水能否達(dá)標(biāo)排放制約著上游3 個(gè)油田群的正常生產(chǎn)情況。生產(chǎn)污水的排放必須符合國家及地方排放標(biāo)準(zhǔn)，直接排放的生產(chǎn)污水指標(biāo)共有25 項(xiàng)，其中重點(diǎn)檢測指標(biāo)有4 項(xiàng)。目前化學(xué)需氧量、氨氮、石油類化驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，均在允許排放濃度50%以下；總氮含量接近排放濃度15 mg/L，水質(zhì)波動(dòng)情況下存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

2 原因分析

終端廠的兩套處理工藝中，生化處理系統(tǒng)均滿負(fù)荷運(yùn)行：生化系統(tǒng)自身具備脫氮、除磷能力，但實(shí)際脫氮效果不佳；芬頓處理系統(tǒng)本身不具備脫氮除磷能力，需要投加藥劑進(jìn)行脫氮。通過連續(xù)兩個(gè)月的檢測數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)進(jìn)水、出水總氮基本上穩(wěn)定在40～50 mg/L；生化系統(tǒng)進(jìn)出水總氮含量平均值基本持平，無去除總氮的能力；芬頓系統(tǒng)添加脫氮?jiǎng)┬Ч黠@，去除率為82.5%。

脫氮?jiǎng)┦峭ㄟ^去除水中的氨氮含量來降低總氮含量，對(duì)氨氮去除率可以接近100%，但目前尚無有效的去除總氮的化學(xué)藥劑。脫氮?jiǎng)┑闹饕煞趾新入x子，有明顯的消毒殺菌作用，會(huì)破壞生化池內(nèi)活性菌群的生存環(huán)境，影響化學(xué)需氧量、磷等指標(biāo)的去除，因此在生化系統(tǒng)不能通過添加藥劑的方式降低總氮。綜合考慮后，計(jì)劃通過優(yōu)化生化池運(yùn)行效果的方法提高生化單元的脫氮效果[1]。選用的菌種脫氮能力在20%～30%，但由于入水總氮含量低于設(shè)計(jì)值及實(shí)際脫氮效果，計(jì)劃保持在處理量500 m3/d運(yùn)行的情況下，通過參數(shù)調(diào)節(jié)流程等措施將生化單元出口總氮含量降低10%。

為找到主要原因，首先排查人員技能掌握不足、巡檢不及時(shí)的原因。對(duì)生化單元操作人員能力進(jìn)行摸底，人員具備上崗所需的理論知識(shí)和專業(yè)技能，通過不定期現(xiàn)場檢查確認(rèn)人員對(duì)待工作態(tài)度認(rèn)真，能夠地完成日常巡檢及流程調(diào)整工作。然后對(duì)工藝設(shè)計(jì)、運(yùn)行參數(shù)、微生物相的狀態(tài)等方面進(jìn)行分析。

（1）缺少標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序。對(duì)操作規(guī)程進(jìn)行梳理統(tǒng)計(jì)，共有操作規(guī)程5 項(xiàng)及管理規(guī)定與應(yīng)急預(yù)案7 項(xiàng)，范圍能夠全面覆蓋系統(tǒng)運(yùn)行所需工作，內(nèi)容已進(jìn)行了更新和完善。

（2）運(yùn)行參數(shù)調(diào)整不當(dāng)。確認(rèn)過程：影響生化系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)包括pH、水溫、溶解氧、營養(yǎng)鹽、污泥回流比，通過對(duì)上一級(jí)pH 濃度的調(diào)整，目前保證生化單元入口pH 在7.0～7.5，微生物在弱堿性的情況下能進(jìn)行正常的活動(dòng)。通過兩級(jí)冷卻塔的調(diào)節(jié)，將65 ℃的進(jìn)水降溫至35 ℃進(jìn)入生化池，整個(gè)設(shè)生化池溫度在33～35 ℃，這個(gè)區(qū)間溫度微生物活性很高。通過壓縮機(jī)氣量的調(diào)節(jié)容器比后注入到好氧池內(nèi)，溶解氧由在溶氧儀在線檢測，污泥狀況良好。原設(shè)計(jì)中生產(chǎn)污水中磷元素缺乏，需要定期添加磷酸鹽保持微生物繁殖，現(xiàn)經(jīng)過流程優(yōu)化生活污水進(jìn)入生化系統(tǒng)處理，為微生物反應(yīng)提供必要的磷元素。目前污泥回流量根據(jù)來水量及時(shí)調(diào)節(jié)，約30 m3/h，污泥回流比過高有利于脫氮不利于除磷，過低時(shí)對(duì)厭氧除磷有利，但因硝化不完全造成脫氮效果不佳，目前回流比100%～200%，均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。生化參數(shù)設(shè)定值均保持在正常穩(wěn)定的范圍內(nèi)，生化池運(yùn)行穩(wěn)定。

（3）活性污泥量不足[2]?；钚晕勰嗟臄?shù)量用SV（Sludge settling Velocity，污泥沉降比）即沉降污泥占混合液的比例表示，連續(xù)30 d 取二級(jí)好氧池和污泥回流液進(jìn)行污泥沉降比測定。通過整理的數(shù)據(jù)可以看出，二級(jí)好氧池的SV 穩(wěn)定在19%～20%，但污泥回流的SV 在10%～18%波動(dòng)、波動(dòng)較大，平均值15%。分析原因?yàn)?，沉淀池底部沉降污泥流?dòng)性差，污泥回流吸入口為固定點(diǎn)，長時(shí)間回流造成吸入口附近的SV 波動(dòng)偏低。

（4）污泥活性差。污泥的活性主要由污泥內(nèi)微生物相決定，在普通光學(xué)顯微鏡（400 倍以下）觀察，生物相基本保持穩(wěn)定，鐘蟲較多切纖毛在活動(dòng)為優(yōu)。如果鐘蟲較多，說明微生物開始增值，出現(xiàn)菌團(tuán)說明溶解氧過多。鐘蟲顯示清晰可見，可見明顯游動(dòng)，故污泥活性良好。

（5）工藝設(shè)計(jì)上存在缺陷。生化池應(yīng)用污水處理的A2/O 工藝原理[3]，污水需要經(jīng)過兩級(jí)回流處理，實(shí)現(xiàn)硝化和反硝化過程。與A2/O 工藝流程對(duì)比，終端廠生化池目前流程內(nèi)缺少硝化液回流流程，不利于反硝化作業(yè)脫氮。

通過以下綜合分析，認(rèn)為工藝流程未設(shè)計(jì)硝化液回流、活性污泥量不足是脫氮效果差的主要原因。

3 工藝流程優(yōu)化改造及效果評(píng)價(jià)

3.1 工藝流程優(yōu)化改造

針對(duì)活性污泥量不足的問題，計(jì)劃進(jìn)行污泥回流吸入管線改造優(yōu)化[4]，將吸入口管線改造為多點(diǎn)均勻吸入，保證污泥回流SV 穩(wěn)定。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，提出以下3 種入口管線流程的優(yōu)化措施：方案1，安裝水下布水器；方案2，PE 管線制作多吸入點(diǎn)；方案3，移動(dòng)式橡膠軟管。

對(duì)于方案1，布水器效果最好但安裝及后期的維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜，不建議采用。方案3 的成本及維護(hù)成本較低，但在人為移動(dòng)固定、操作不便，不建議采用。方案2 的閥門控制吸入點(diǎn)位置，操作簡單，吸入點(diǎn)深度無需調(diào)節(jié)，成本較低，建議采用。

改造中考慮到生化池寬度及液面高度，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量和設(shè)計(jì)。改造管線每個(gè)生化池安裝4 根，距離生化池液面高度在200 cm，管距200 cm，較好地做到均勻布置，吸入位置較為合理（圖2）。

圖2 污泥回流吸入管線改造優(yōu)化

對(duì)于工藝流程未設(shè)計(jì)硝化液回流的問題，采用增加二級(jí)好氧池到缺氧池硝化液回流流程的措施進(jìn)行解決（圖3）。二級(jí)厭氧池內(nèi)混合液流動(dòng)好、活性污泥分布均勻，綜合考慮成本問題，硝化液回流改造可以采用固定點(diǎn)吸入，啟動(dòng)隔膜泵作為動(dòng)力源，參照設(shè)計(jì)規(guī)范回流比選用150%。

圖3 增加硝化液回流

3.2 效果評(píng)價(jià)

通過連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，改造后二級(jí)好氧池內(nèi)的SV 保持不變，污泥回流中SV 數(shù)據(jù)明顯升高，數(shù)據(jù)平穩(wěn)。

通過對(duì)系統(tǒng)總氮數(shù)據(jù)的連續(xù)檢測，改造前后生化池進(jìn)水、芬頓出水總氮含量基本持平，生化池出水由43.89 mg/L 降至39.1 mg/L、降低10.3%，外排出水由12.3 mg/L 降至9.9 mg/L、降低19.5%。改造后的除氮效果非常明顯，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

為鞏固除氮效果，制定了一系列的措施：加強(qiáng)對(duì)生化池運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控，保證改造流程后穩(wěn)定運(yùn)行；更新生化池污泥回流操作規(guī)程，每4 h 更換一次吸入管線，穩(wěn)定后取樣觀察污泥沉降比；繼續(xù)加強(qiáng)生化單元好氧池和污泥回流SV 測定，觀察變化情況，分析數(shù)據(jù)變化情況；對(duì)生化系統(tǒng)各級(jí)連續(xù)取樣，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)變化情況。

4 總結(jié)及展望

針對(duì)原油終端廠污水處理生化系統(tǒng)總氮含量接近限值的問題，通過對(duì)工藝設(shè)計(jì)、運(yùn)行參數(shù)、微生物相的狀態(tài)等方面進(jìn)行分析，找到主要原因，通過優(yōu)化改善生化池回流工藝及增加硝化液回流流程，有效提高污水系統(tǒng)生化單元的總氮去除率，從而將外排指標(biāo)控制在一個(gè)較低范圍，保障污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，增加污水達(dá)標(biāo)外排的安全性。污水達(dá)標(biāo)外排穩(wěn)定，不僅有效保障上游3 個(gè)區(qū)塊、30 余座平臺(tái)的安全生產(chǎn)任務(wù)，同時(shí)也為生化系統(tǒng)降低總氮含量提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。