工業污水處理裝置工藝改造可行性研究

黃全晶 金 燕 任世科

（1.蘭州石化公司環境監測與管理部 甘肅 蘭州 730060；2.蘭州石化公司研究院 甘肅 蘭州 730060）

0 前言

蘭州石化公司污水處理廠工業污水處理裝置承擔著公司工業污水和本地區部分生活污水的處理任務，所處理的工業污水中含有大量的有毒有害物質。該水體系統污染物的濃度高、種類多、可生化性差，所以處理的難度也較大。其中的污染物種類將近四十種，難以生物降解或不可生物降解的污染物種類有二十余種，屬于典型的難降解工業污水體系。同時，由于污水中含有硫化物、胺、酚、氰化物等抑制降解作用極強的毒性物質及其衍生物，使得污水處理廠原有的處理裝置及處理工藝難以實現對出水各項指標的有效控制。

蘭州石化公司污水處理廠原有的處理裝置始建于上世紀六十年代初，由于其工藝技術（傳統活性污泥法）落后，設備陳舊老化，已不能滿足工業污水來水的水質條件要求。特別是原有的處理裝置設計中未考慮脫氮等問題，使工業污水的出水COD值及氨氮值長期不能穩定達標。

我們參照國內外的成功經驗，根據蘭州石化公司工業污水水質的特點和排放要求，根據原有污水處理裝置的實際情況，建立了一套中試裝置，進行污水處理中試試驗。并在此基礎上，制定了污水處理系統改造的工藝路線，從而為裝置改造的實施提供最佳的工藝技術參數。

1 原有工業污水處理裝置不達標原因分析

通過對改造前工業污水處理裝置的工藝運行情況和出水水質進行分析，我們認為影響污水出水COD值和氨氮值不達標的主要原因有以下幾點：

1.1 工業污水污染物成份復雜

污水處理廠的工業污水來自于石化公司有機廠、公司合成橡膠廠、石化廠、化纖廠等多家企業，所以在污染物濃度、成份等方面存在著很大的波動。水體體系中影響COD值的污染物質種類繁多、性質各異，其中難以生物降解和不可生物降解的物質占有很大比例，這給污水處理增加了處理難度[1]。

1.2 工業污水可生化性差

該水體體系含有大量生物難降解物質，B/C值（可生化性指數）很低僅0.1～0.2，可生化處理性差，屬于典型的難降解工業污水，這也是處理后出水COD值和氨氮值不達標的重要原因[2]。

1.3 工業污水有毒物質多

活性污泥處理系統的硝化過程受到許多毒性污染物的抑制，如硫化物、胺、酚、氰化物等。如果微生物暴露在同時存在幾種毒性物質的環境條件下，毒性物質的抑制作用將比單種毒性物質的抑制作用更大（協同作用）。由于進入污水處理廠的工業污水中，包含多種毒性物質及其衍生物，致使微生物頻繁中毒不能發揮降解作用。

1.4 原有工業污水處理工藝落后

原有的污水處理工藝采用傳統的活性污泥法，只能進行簡單的降解處理，沒有考慮對氨氮的去除，致使工業污水及生活污水進水中的氨氮得不到有效去除，這也是致使氨氮排放長期超標的重要原因。

2 工業污水處理組合工藝

2.1 工業污水處理組合工藝的設計

根據蘭州石化公司工業污水的特點及原有污水處理裝置存在的問題，為取得工業污水最佳的處理工藝及運行參數，根據原有污水處理廠的運行情況，經過反復討論論證，初步決定采用“水解+A/O”工藝技術對原有的處理裝置進行工藝及設備改造，并建立了相應的中試裝置。工業污水處理組合工藝中試裝置示意圖如圖1所示。

圖1 工業污水處理組合工藝中試裝置示意圖

2.2 工業污水處理組合工藝基本原理

（1）工業污水處理組合工藝水解工藝原理

所謂水解工藝就是利用水解和產酸微生物，將污水中的大分子和不宜生物降解的有機物降解為易于生物降解的小分子有機物，包括顆粒性固體的降解和溶解性固體的降解，使得污水在后續的好氧單元以較少的能耗和較短的停留時間下得到有效處理。

本技術所應用的水解池是把反應控制在厭氧的第二階段，水解池除了將污水中的大分子和不易生物降解的有機物降解為易于生物降解的小分子有機物，此外還具有懸浮物去除率高和懸浮物消化率高的特點。由于水解池是屬于升流式污泥床反應器的技術范疇，污水由反應器底部進入反應器，通過污泥層（厚度約3米），大量含微生物的污泥將對進水中的顆粒物質和膠體物質迅速截留和吸附，這是一個物理過程的快速反應。截留下來的物質吸附在水解污泥的表面，一部分慢慢地被微生物分解代謝，另一部分排入污泥處理系統。在大量水解細菌的作用下將不溶性有機物水解為溶解性物質，同時在產酸菌的協同作用下，將大分子物質、難于生物降解的物質轉化為易于生物降解的小分子物質，重新釋放到液體中，在較高的水力負荷下隨上清液流出系統。

可以看出，本技術的水解工藝集沉淀、吸附、生物絮凝、生物降解功能于一體，有機物在水解反應的去除中包括了物理、化學和生物化學在內的綜合反應過程。

（2）工業污水處理組合工藝A/O法原理

本技術所采用A/O法就是采用生物降解的方法降解污水中的氨氮等污染物的過程。污水中的氮一般以有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮等四種形態存在。A/O法脫氮的基本原理是在傳統二級生物處理中，在將有機氮轉化為氨氮（氨化）的基礎上，通過硝化和反硝化菌的作用，將氨氮通過硝化轉化為亞硝態氮、硝態氮，再通過反硝化作用將硝態氮轉化為氮氣，達到從污水中脫氮的目的。

含氮化合物在微生物的作用下，相繼產生下列各項反應：

1）氨化反應：

有機氮化合物在氨化菌的作用下分解轉化為氨態氮，這一過程稱為“氨化反應”，以氨基酸為例，其反應式為：

RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3

2）硝化反應：

硝化反應是將氨氮轉化為硝酸鹽氮的過程。包括兩個基本反應步驟：由亞硝酸鹽菌參與的將氨氮轉化為亞硝酸鹽的反應；由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽的反應。亞硝酸鹽菌和硝酸菌都是化能自養菌。它們的生理活動不需要有機性營養物質，它們利用CO2、CO32-和HCO3-等作為碳源，通過無機物NH3、NH4+或NO2-的氧化還原反應獲得能量。硝化反應過程需在好氧條件下進行。其反應過程如下：

亞硝化反應：NH4++O2+HCO3-→ NO2-+H2CO3+H2O+亞硝酸菌

硝化反應：NO2-+NH4++O2+H2CO3+HCO3-→NO3-+H2O+亞硝酸菌

總反應：NH4++O2+HCO3-→NO3-+H2CO3+H2O+微生物細胞

通過對上述反應過程的物料衡算可知，在硝化反應過程中，將1g氨氮轉化為硝酸鹽氮需耗氧4.57g，同時需耗7.07g堿度 （以CaCO3）。亞硝酸菌和硝酸菌分別增殖0.146g和0.019g。

3）反硝化反應：

反硝化反應是將硝化過程中產生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成氮氣的過程。反硝化菌是屬于異氧型兼性厭氧微生物，其反應需在缺氧條件下進行。反應過程中反硝化菌利用各種有機基質作為電子供體，以硝酸鹽作為電子受體而進行缺氧呼吸。在反硝化反應過程中，硝態氮通過反硝化菌的代謝活動，有兩種轉化途徑，一是同化反硝化（合成），最終形成有機氮化合物，成為菌體的組成部分；另一是異化反硝化（分解），最終產物是氣態氮。

有機碳源以甲醇為例，其反應方程式如下：

NO3-+CH3OH+H2CO3→ N2↑+HCO3-+H2O+微生物細胞（有機體）

NO2-+CH3OH+H2CO3→N2↑+HCO3-+H2O+微生物細胞（有機體）

對上反應式通過物料衡算后可知，反硝化過程中每還原1gNO3-可提供2.6g的氧，消耗2.47g甲醇，同時產生3.57g左右的重碳酸鹽（堿度以CaCO3計）和0.45g新細胞。

（3）工業污水處理組合工藝技術特點

工業污水處理“水解+A/O”組合工藝的技術特點如下：

1）效率高、能耗低：經過水解酸化反應的出水，水質得以改善，污水中有機物的數量及理化性質均發生了很大變化，提高了污水的可生化性，B/C值可提高0.1～0.15，使污水更適于后續的好氧處理，從而使凈化過程效率高、能耗低。

2）減輕負荷：對于有機氮含量高的工業污水，通過水解過程可使氨化反應提前進行，減輕了后續好氧處理的工作負荷。

3）減少了耗堿量：由于反硝化產生的堿度可以補償硝化反應所需的部分堿度，系統內的堿度更易于平衡，從而也減少了系統的耗堿量。

3 工業污水處理組合工藝中試試驗

3.1 工業污水處理組合工藝中試試驗過程

為了加快裝置改造的進程，縮短微生物的馴化周期，直接用泵將原污水處理曝氣池中混合液提至水解池，約3日后，水解池中積存了一些污泥（但此時的污泥并不是成熟的水解酸化泥），曝氣池中的活性污泥濃度已達到3g/L。此時為了與原有污水處理廠保持一致的曝氣停留時間，進水流量采用了3m3/h，開啟污泥回流1.5m3/h，氣水比為7：1.2。

針對在實驗初期階段暴露出來的一些問題，及時進行了調整，采取了給系統加溫、在好氧段增加填料、曝氣池分段等措施，使系統逐漸進入運行平穩期。

3.2 工業污水處理組合工藝中試試驗結果

工業污水處理組合工藝中試經過3個月的微生物馴化及系統穩定期后，系統出水開始穩定，經蘭州石化公司動力廠環保監測站對系統進出水質進行了3個月的跟蹤監測，結果顯示該工藝對各項污染物的去除效果顯著，出水水質平穩，監測結果如下：

（1）COD降低效果：穩定運行期間出水完全達標，其中出水COD值≯100mg/L的數據結果為82個，占數據總數的83.7%，達到污水排放標準。

（2）氨氮去除效果：出水氨氮≯12mg/L的數據結果為78個，占數據總數的79.6%，達到污水排放標準。

4 結論

針對蘭州石化公司工業污水的特點及原有污水處理裝置存在的問題，根據“水解+A/O”工藝技術的基本原理，我們設計并建立了相應的工業污水處理組合工藝中試裝置。試驗效果顯示：該工藝對各項污染物的去除效果顯著，外排出水的pH值、COD值、懸浮物值、氨氮值等指標均能低于《污水綜合排放標準》（GB8978-1996），可以在污水處理廠開展進一步的項目實施工作。

［1］何永江.幾種殺菌劑在微生物控制方面的應用[J].工業水處理，2004，24(2)：61－63.

［2］周本省.循環冷卻水系統中微生物引起的腐蝕和黏泥的控制[J].腐蝕與防護，2002，23(7)：301－304.