生物活性炭法處理煉油廢水的研究

李海華

摘 要：中海油惠州石化有限公司加工高含酸重質(zhì)原油，產(chǎn)生的高濃度廢水以電脫鹽排水及原油罐切水為主，高濃度廢水經(jīng)氣浮后進(jìn)生化水質(zhì)CODcr在2000～3500mg/l、氨氮在60～120mg/l。廢水所含有機(jī)污染物包括有機(jī)酸、雜原子化合物、膠質(zhì)瀝青質(zhì)、酚類(lèi)、多環(huán)芳香族化合物等，是一種典型的含有難降解的有機(jī)化合物且碳氮比例極不均衡的煉油廢水。采用常規(guī)活性污泥法出水很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行深度處理才能達(dá)標(biāo)排放。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用生物活性炭法處理煉油高濃度廢水，考察該工藝對(duì)難降解物質(zhì)的處理效果以及影響因素。

關(guān)鍵詞：活性炭生物處理；濕式氧化；煉油廢水處理

研究的主要工藝路線(xiàn)“物化預(yù)處理+A/O生化處理+砂濾”，檢驗(yàn)生物活性炭法處理高濃度含鹽廢水中的運(yùn)行效果是否能達(dá)到污水排放要求。

1 試驗(yàn)設(shè)備介紹

1.1 生物活性炭法工藝流程

高濃度廢水經(jīng)兩級(jí)氣浮出水泵送至生物活性炭處理系統(tǒng)，進(jìn)入一級(jí)缺氧槽，與一級(jí)好氧槽的硝化液回流混合，進(jìn)行反硝化反應(yīng)脫氮。缺氧槽出水再進(jìn)入一級(jí)好氧槽，污染物被好氧槽內(nèi)的污泥和粉末炭吸附，并進(jìn)行微生物的新陳代謝，一級(jí)生化處理的廢水和炭泥混合液經(jīng)絮凝反應(yīng)，然后在一級(jí)沉淀池進(jìn)行固液分離，一級(jí)沉淀池污泥回流至缺氧槽，上清液溢流至二級(jí)生化系統(tǒng)。二級(jí)生化工藝與一級(jí)生化一致。兩級(jí)生化出水經(jīng)砂濾池過(guò)濾后排放。

活性炭再生系統(tǒng)中再生的廢棄炭泥經(jīng)過(guò)污泥濃縮后，送至炭泥再生設(shè)備，再生后炭泥回流至好氧槽，由于再生過(guò)程有部分活性炭損耗，根據(jù)計(jì)算投加一定量的新活性炭至好氧槽。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

生物活性炭處理系統(tǒng)包括生化槽、絮凝槽、澄清槽、過(guò)濾設(shè)備等。炭泥再生系統(tǒng)包括炭泥再生反應(yīng)器、炭泥輸送泵等。

1.3 裝置試驗(yàn)主要參數(shù)

1.3.1 生化槽主要參數(shù)

試驗(yàn)流量：4L/h，活性炭投加量：50～100 mg/l，溶解氧：2～4 mg/l，MLSS：1～2g/l，污泥齡：10～20d，好氧池容：150L，缺氧池容：50L。

1.3.2 沉淀池主要參數(shù)

試驗(yàn)流量：8～10L/h，污泥回流比：100～150%。

1.3.3 砂濾池

試驗(yàn)流量，參數(shù)4L/h，砂濾池容積，參數(shù)15L。石英砂裝填高度，參數(shù)200mm。

2 裝置試驗(yàn)進(jìn)出水水質(zhì)

2.1 試驗(yàn)進(jìn)水主要水質(zhì)指標(biāo)

水溫≤40℃、pH6～9、CODCR≤3500mg/l、石油類(lèi)≤10mg/l、懸浮物≤10mg/l、電導(dǎo)率≤5000μS/cm、硫化物≤30mg/l、氨氮≤120mg/l。

試驗(yàn)出水水質(zhì)要求指標(biāo)

本次試驗(yàn)的目標(biāo)是驗(yàn)證該工藝出水水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到廣東省《水污染物排放限值》第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，其中排放主要指標(biāo)：CODCR≤60mg/l、石油類(lèi)≤5mg/l、懸浮物≤60mg/l、氨氮≤10mg/l、磷酸鹽≤0.5mg/l。

2.2 生物活性炭法工藝的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)活性污泥法相比，生物活性炭法有以下優(yōu)點(diǎn)：①可以提高難以降解有機(jī)物去除效果；②提高系統(tǒng)抵抗毒物沖擊能力；③提高系統(tǒng)脫色效果；④改善污泥沉降效果和脫水性能；⑤提高硝化反應(yīng)效率；⑥縮短系統(tǒng)水力停留時(shí)間；⑦減少曝氣池的泡沫產(chǎn)生量；⑧提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性能。

通常粉末活性炭對(duì)難于降解的有機(jī)物具有較好的吸附性能。在粉末活性炭強(qiáng)化生物處理工藝中，難降解的有機(jī)物首先被吸附在粉末活性炭表面。這樣，宏觀環(huán)境中的難降解物質(zhì)和有毒物質(zhì)的濃度減少，處于游離狀態(tài)的微生物活性提高，對(duì)污染物的分解和去除能力增強(qiáng)。同時(shí)由于粉末炭對(duì)難降解物質(zhì)和微生物的吸附，延長(zhǎng)了微生物與這些物質(zhì)的接觸時(shí)間。長(zhǎng)期運(yùn)行的結(jié)果，使微生物得到了馴化，并提高了對(duì)難降解有機(jī)物的去除效果。

粉末活性炭對(duì)微生物的吸附，使得微生物泥齡大大延長(zhǎng)。在粉末活性炭強(qiáng)化工藝中，經(jīng)常控制系統(tǒng)固體停留時(shí)間在50～100d，甚至更長(zhǎng)，這就為微生物繁衍提供了良好的條件。因此粉末活性炭強(qiáng)化生物處理系統(tǒng)中的微生物數(shù)量和種類(lèi)要求比傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)中的微生物數(shù)量和種類(lèi)多，對(duì)難降解有機(jī)物的去除能力也就相應(yīng)增強(qiáng)。

3 試驗(yàn)分析項(xiàng)目

3.1 檢測(cè)主要項(xiàng)目

進(jìn)、出水項(xiàng)目：COD、氨氮、硫化物、揮發(fā)酚、電導(dǎo)率、pH、SS、磷酸鹽混合液項(xiàng)目：MLSS

3.2 主要指標(biāo)檢測(cè)方法

CODcr采用：重鉻酸鉀法；NH3-N采用：納氏試劑比色法；硫化物采用：亞甲基藍(lán)分光光度法；等等。

4 試驗(yàn)過(guò)程

4.1 污泥培養(yǎng)階段

調(diào)試和污泥培養(yǎng)：一級(jí)生化引入活性污泥混合液90L，二級(jí)生化30L，曝氣，一級(jí)生化池注滿(mǎn)污水，二級(jí)生化注入低濃度污水，并投加新活性炭，一級(jí)生化投炭2200g， 二級(jí)生化投炭2200g，進(jìn)水量逐步調(diào)至4L/h。

初期運(yùn)行參數(shù)：pH值7～8，溶解氧2～4mg/l，一級(jí)炭泥MLSS為14000mg/l，二級(jí)炭泥MLSS為12000mg/l。

4.2 連續(xù)運(yùn)行階段

生物活性炭系統(tǒng)和炭泥再生系統(tǒng)運(yùn)行：連續(xù)運(yùn)行炭泥再生系統(tǒng)，每天再生4.5 L濃縮炭泥，再生后回流至好氧槽，并投加7g新活性炭至好氧槽。再生系統(tǒng)溫度控制250℃，再生反應(yīng)器壓力為7MPa。

試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)： pH值7.4～8.2，溶解氧2～4mg/l，絮凝劑投加量1～2mg/l，污泥回流比100%，硝化液回流300%，一級(jí)炭泥MLSS為15200mg/l，二級(jí)炭泥MLSS為11900mg/l，污泥泥齡10～20天，新碳投加量70～90mg/l。

試驗(yàn)運(yùn)行階段，試驗(yàn)進(jìn)水COD平均值 2455mg/l，一級(jí)生化出水COD平均值41mg/l，二級(jí)生化出水COD平均值23mg/l，砂濾出水COD平均值20mg/l，砂濾出水BOD平均值5mg/l。進(jìn)水氨氮平均值77.5mg/l，一級(jí)生化正常出水氨氮平均值13.5mg/l，二級(jí)生化正常出水氨氮平均值5.8mg/l。

5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

5.1 pH指標(biāo)

試驗(yàn)裝置進(jìn)水pH范圍為：7.2～7.6，符合一級(jí)生化反硝化菌最佳pH值6.5～7.5要求。一級(jí)生化出水pH值范圍為：7.5～8.6，未加酸調(diào)節(jié)時(shí)，pH值上升，主要原因是反硝化反應(yīng)產(chǎn)生部分堿度和有機(jī)氮在好氧條件下轉(zhuǎn)化為氨氮，以致pH上升。初期，好氧段pH值基本在8.0～8.4之間是硝化菌最佳生長(zhǎng)范圍，期間出水氨氮明顯下降。當(dāng)生化槽pH高于8.4或低于8.0時(shí)，硝化速率下降。出水pH值符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 COD指標(biāo)

試驗(yàn)裝置進(jìn)水COD平均值為2455mg/l。一級(jí)生化出水COD濃度平均值為41mg/l，COD去除率為98.3%。二級(jí)生化COD濃度平均值為23mg/l，COD去除率為42.3%。試驗(yàn)裝置系統(tǒng)COD去除率為99.1%。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，生物活性炭系統(tǒng)去除COD有較好的效果，出水符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

5.3 氨氮指標(biāo)

試驗(yàn)裝置進(jìn)水氨氮平均值為77.5mg/l。試驗(yàn)過(guò)程出水氨氮均能保持小于排放標(biāo)準(zhǔn)10mg/l。試驗(yàn)期間受氣溫影響，環(huán)境氣溫驟降至15℃，影響生化池運(yùn)行。經(jīng)恒溫至28℃污泥培養(yǎng)，出水恢復(fù)正常。試驗(yàn)過(guò)程不考慮外界因素影響，出水氨氮可以保持合格。

5.4 再生系統(tǒng)污泥指標(biāo)分析

對(duì)再生前后的污泥進(jìn)行分析pH、COD、MLSS。從多次分析結(jié)果來(lái)看，COD、BOD明顯上升，可見(jiàn)污泥及吸附的污染物在再生過(guò)程被氧化成可降解的BOD，可生化性提高明顯；pH值下降，污泥或被吸附的污染物被氧化成乙酸（再生液有酸性氣味）；污泥濃度下降，污泥被氧化后大部分仍在水中，少部分變成氣體排出，取排出廢氣用蒸餾水洗滌，檢測(cè)COD僅為30mg/l。從數(shù)據(jù)變化看，有濕式氧化反應(yīng)。

6 結(jié)論

通過(guò)數(shù)據(jù)分析表面生物活性炭法處理煉油高濃度廢水出水指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)的活性污泥出水指標(biāo)。

試驗(yàn)過(guò)程受到外界因素影響，及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)可以正常穩(wěn)定運(yùn)行，生物活性炭法處理煉油廢水出水水質(zhì)指標(biāo)能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

生化系統(tǒng)中無(wú)機(jī)鹽需要定期排出系統(tǒng)，否則將出現(xiàn)磷酸鹽超標(biāo)，以及高濃度無(wú)機(jī)鹽將影響微生物活性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張自杰，顧夏生.排水工程（下）[M]，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2000.

[2]高廷耀，顧國(guó)維，周琪.水污染控制工程[M]，北京：高等教育出版社.2007.

[3]何超兵.PACT/WAR系統(tǒng)在龜山工業(yè)區(qū)污水處理廠中的應(yīng)用[J].中國(guó)給排水，2000（10）.

[4]顧軍，趙建夫.濕式氧化處理城市污水廠活性污泥的研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998（3）.