脈沖布水-水解酸化池聯(lián)合厭氧好氧工藝（A/O） 處理石油化工廢水調(diào)試研究

項(xiàng)呂婷

（渭灃潔凈技術(shù)（上海）有限公司，上海 200233）

石化廢水是石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水，由于石化產(chǎn)品生產(chǎn)流程復(fù)雜，其間會(huì)產(chǎn)生大量成分復(fù)雜的廢水，其中含有大量有毒有害物質(zhì)（如醇類、烴類、鹵代烴、酸酯類、環(huán)烷類、重金屬類），污染物濃度高，進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)大，屬于難處理廢水，對(duì)地表水污染十分嚴(yán)重。同時(shí)，石化廢水中含有蛋白質(zhì)、脂肪、氮磷類化合物，若處理不當(dāng)，會(huì)引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致水中溶解氧急劇下降，致使水生動(dòng)物大量死亡，水質(zhì)惡化[1]。

目前，國(guó)內(nèi)外石油化工廢水處理核心技術(shù)主要采用活性污泥法，其對(duì)氨氮的去除效率很低。通過優(yōu)化廢水處理參數(shù)，調(diào)整各單元處理結(jié)構(gòu)、提高出水水質(zhì)是石化廠需要解決的問題。水解酸化聯(lián)合A/O工藝被廣泛用于處理石化廢水，水解酸化過程能夠提高生物可利用性，提高生物可利用性（提升BOD5/COD比值），結(jié)合A/O工藝后，其脫氮效果較好[2]。水解酸化池進(jìn)水分時(shí)可分為連續(xù)進(jìn)水和脈沖進(jìn)水。傳統(tǒng)的連續(xù)布水常導(dǎo)致污泥嚴(yán)重淤積，泥水混合效果較差，設(shè)備存在腐蝕問題等，導(dǎo)致水解酸化池效率下降。脈沖布水器主要是通過虹吸現(xiàn)象利用高速水流將管道中的空氣帶走，使管道出現(xiàn)真空，通過壓力差完成水力流動(dòng)。由于水流速較高，能在短時(shí)間內(nèi)形成脈沖式布水，水解酸化池中的沉淀物與廢水發(fā)生混合，增加微生物與有機(jī)物接觸頻率，從而提高水解酸化池處理效果[3]。本文以脈沖布水-水解酸化聯(lián)合A/O工藝為研究對(duì)象，通過調(diào)試研究探討了脈沖水解單元、污泥回流比、水力停留時(shí)間和污泥齡對(duì)出水水質(zhì)的影響因素，并對(duì)其運(yùn)行效果（COD、BOD5、氨氮、總磷、硝態(tài)氮、硫酸根與硫離子）進(jìn)行分析。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方法

本中試裝置由儲(chǔ)水池、脈沖水解酸化池、脈沖器、A/O池和二沉池組成。各反應(yīng)器設(shè)計(jì)參數(shù)為：脈沖布水器位于水解酸化池上1.2 m處，為圓柱形，容積約為0.06 m3，材質(zhì)為不銹鋼。脈沖布水器的脈沖頻率為12次/h。水解酸化池為圓柱形，直徑0.8 m，高5 m， 容積約為2.5 m3，A/O工藝段由1個(gè)A段和4個(gè)O段構(gòu)成，設(shè)計(jì)長(zhǎng)×寬×高分別為4 m×1 m×2 m。 A段僅設(shè)置攪拌器，4個(gè)O段均設(shè)有曝氣器和攪拌器。儲(chǔ)水池和二沉池體積分別為4.50 m3、0.25 m3。石化廢水進(jìn)入儲(chǔ)水池后，經(jīng)沉淀一段時(shí)間，經(jīng)提升泵提升至脈沖布水器中，在脈沖池內(nèi)停留10 min后，在1 min內(nèi)將脈沖池內(nèi)廢水輸入到水解酸化池，污水和污泥充分反應(yīng)后，經(jīng)溢流堰流入A/O池中，經(jīng)過厭氧-好氧兩個(gè)過程，最后流入二沉池，二沉池底泥回流至A段。

1.2 處理反應(yīng)器的啟動(dòng)和運(yùn)行

中試接種活性污泥來自上海某污水處理廠的厭氧酸化池和O池污泥，接種濃度分別為20 g/L和 10 g/L，反應(yīng)器從2018年1月開始持續(xù)運(yùn)行至2019年2月。內(nèi)循環(huán)2 d后開始連續(xù)進(jìn)水，進(jìn)水沖擊負(fù)荷逐漸增加。反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行1個(gè)月后，水解酸化池與二沉池出水指標(biāo)穩(wěn)定，表明反應(yīng)器接種污泥成功。溫度檢測(cè)結(jié)果顯示，反應(yīng)器內(nèi)溫度隨季節(jié)變化在14～30℃。通過檢測(cè)氧化還原電位（ORP）可得，水解酸化池的ORP穩(wěn)定在400 mV，而A段ORP在120 mV，通過定期排泥，A/O段污泥齡控制在20 d左右，O段溶解氧含量在3 mg/L左右。

1.3 分析指標(biāo)與方法

COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定、BOD5采用稀釋培養(yǎng)法測(cè)定、氨氮采用納氏吸光法測(cè)定、總磷采用鉬酸銨比色法、硝態(tài)氮采用紫外分光光度法、硫酸根采用鉻酸鋇光度法、硫離子采用亞甲基藍(lán)法測(cè)定，具體檢測(cè)方法可以參考相關(guān)文獻(xiàn)[4]。

2 結(jié)果與討論

2.1 脈沖水解酸化池運(yùn)行表現(xiàn)

脈沖水解酸化池實(shí)際運(yùn)行分析顯示，脈沖布水能夠較大程度地減少污泥淤積，攪拌器腐蝕問題得到緩解。運(yùn)行至60 d時(shí)，污泥主要集中在1.2～1.5 m的高度，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，污泥層出現(xiàn)壓縮，主要集中在底部0.8～1.0 m的位置。脈沖發(fā)生后，水流在水解酸化池內(nèi)形成湍流，使池低污泥攪拌加劇，底部污泥有所膨脹。經(jīng)計(jì)算，脈沖前后污泥的平均濃度為18.3 g/L和15.6 g/L；運(yùn)行至120 d時(shí)，脈沖前后水解酸化池內(nèi)污泥平均濃度均增加1～2 g/L。

為了研究本中試反應(yīng)器與非脈沖水解酸化A/O池工藝出水水質(zhì)，對(duì)某污水廠實(shí)際運(yùn)行和裝置COD值進(jìn)行了對(duì)比。污水廠進(jìn)水COD濃度為680 mg/L，中試裝置為689 mg/L，排出水COD濃度分別為144 mg/L 和121 mg/L，經(jīng)計(jì)算，去除率分別為78.82和82.43%。因此，本裝置脈沖進(jìn)水有效降低出水的COD濃度。脈沖裝置能夠增加反應(yīng)器中水流紊亂程度，強(qiáng)化傳質(zhì)過程，此外，脈沖布水器可以提高反應(yīng)池內(nèi)微生物與污染物接觸頻率，使得不同位置的微生物利用率顯著提高，對(duì)污染物的去除效果提高[5]。

同時(shí)，筆者分析了進(jìn)水BOD5的濃度，中試裝置為190 mg/L，水解酸化池出水濃度114 mg/L，二沉池出水的濃度為25 mg/L，去除率86.8%。經(jīng)計(jì)算，進(jìn)水濃度BOD5/COD=0.275，經(jīng)過脈沖水解酸化后BOD5/COD=0.384，二沉池出水BOD5/COD=0.09。經(jīng)過脈沖水解酸化后，污水生物可利用性增加。可見，脈沖水解酸化池能夠強(qiáng)化污泥中的微生物將石油廢水中的芳香烴、雜環(huán)類復(fù)雜難降解的物質(zhì)降解，轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸等容易被微生物降解的小分子物質(zhì)。同時(shí)，在水解酸化池污泥層的截留吸附作用下，它可以高效地去除石油廢水中非溶解性懸浮物。

此外，筆者分析了揮發(fā)性脂肪酸（VFA）的變化。VFA能夠評(píng)價(jià)水解酸化的程度。通過計(jì)算VFA與COD的比值，分析COD的VFA轉(zhuǎn)化率，反映水解酸化池有機(jī)物產(chǎn)酸效果。石化廢水經(jīng)過水解酸化池后VFA與COD比值顯著提升，進(jìn)水時(shí)為0.54±0.21，污水流出水解酸化池后增加到了1.34±0.46。結(jié)果表明，脈沖水解酸化池水解酸化效果較好，水解酸化菌群受抑制程度較小。

2.2 污泥回流比對(duì)處理單元的影響

本研究設(shè)置污泥回流比（R）為60%、120%和180%進(jìn)行工藝運(yùn)行，考察不同回流比下水解酸化池和二沉池中COD、DOC、UV254、SUVA值。結(jié)果顯示，污泥回流比對(duì)水解酸化池和A/O池COD去除率均有一定影響，當(dāng)污泥回流量和進(jìn)水量比值為60%和180%時(shí)，此時(shí)COD在A/O池的去除率在70%～75%，而當(dāng)污泥回流比為120%時(shí)，COD去除率為82%左右，此時(shí)二沉池出水小于100 mg/L，基本達(dá)到國(guó)家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)（有少數(shù)幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)出水COD值不滿足國(guó)家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)）。此外，研究還分析了二級(jí)出水中DOC、UV254、SUVA的值，可以看出污泥回流與溶解性有機(jī)物、紫外吸光度之間有關(guān)。

2.3 水力停留時(shí)間對(duì)處理單元的影響

通過調(diào)整水力停留時(shí)間（10 h、15 h、20 h、25 h）來研究該裝置處理COD的效果。四個(gè)HRT所對(duì)應(yīng)的COD出水濃度為78±15.54 mg/L、71±12.12 mg/L、102±16.44 mg/L、132±14.94 mg/L，去除率分別是81%、87%、76%、73%，由此可見，當(dāng)HRT為15 h時(shí)，COD去除效果最好。此時(shí)，所對(duì)應(yīng)的SVI為 81 mL/g，曝氣池內(nèi)沒有污泥膨脹現(xiàn)象，隨著時(shí)間增加，有機(jī)污染物含量增加，有機(jī)物無有效排解方法導(dǎo)致大量有機(jī)物自身消化現(xiàn)象發(fā)生，使得下個(gè)處理工藝COD值增加，因此，15 h為本中試最佳的水力停留 時(shí)間。

2.4 污泥齡對(duì)出水水質(zhì)的影響

污泥齡（θc）是評(píng)估活性污泥處理系統(tǒng)運(yùn)行好壞的重要參數(shù)。本次中試試驗(yàn)通過調(diào)節(jié)排泥量來控制污泥齡。每日排泥量分別設(shè)置為1.749 g/d（θc=11 d）、 1.231 g/d（θc=23 d）、0.872 g/d（θc=31 d）和0.045 g/d （θc=47 d）。可以看出，當(dāng)污泥齡為23 d和31 d時(shí)，出水COD為83.43 mg/L和90.42 mg/L，而污泥齡在11 d和47 d時(shí)，出水COD值增加，水質(zhì)受到嚴(yán)重?fù)p傷，可能是因?yàn)槲勰帻g過短或過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致絮體不成形，使得微生物量下降，微生物活性受到抑制。因此，在本中試試驗(yàn)中，污泥齡在23～31 d時(shí)最為合適。

3 運(yùn)行效果分析

該工程于從2018年1月開始持續(xù)運(yùn)行至2019年2月。中試連續(xù)運(yùn)行期間，基本水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，出水水質(zhì)能夠達(dá)到出水指標(biāo)達(dá)到《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31571-2015）標(biāo)準(zhǔn)。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 出水水質(zhì)

4 結(jié)論

脈沖布水能夠增強(qiáng)污水混合傳質(zhì)，微生物可以加速降解有機(jī)污染物，使得水質(zhì)提高。反應(yīng)器出水各項(xiàng)指標(biāo)良好，說明脈沖水解酸化聯(lián)合A/O工藝對(duì)處理石油廢水具有良好的潛力。