生物強化處理高濃度煉化廢水技術的成功應用

＊壽歡歡

（中海石油舟山石化有限公司 浙江 316000）

前言

舟山石化煉化廢水采用回注生產裝置方式進行處理，但經過多次回注后，水中有機污染物濃度大幅度增加，COD高達10000mg/L左右，其水質成分復雜，污染物濃度高，主要含有酮類、醛類、酯類、羧酸類及苯系物、含硫化合物等，處理難度較大，該部分廢水原先采用稀釋至較低濃度后利用A/O系統處理，存在污水處理負荷偏小、全廠污水不平衡的問題，嚴重制約主裝置生產。

為了解決企業污水處理瓶頸，舟山石化有限公司聯合中海油天津化工研究設計院共同開發了生物強化處理高濃度煉化廢水技術，依托舟山石化現有條件，進行高濃度煉化廢水生化預處理工程化應用，并在2021年取得成功，該技術大幅度削減污水中有機物負荷，減輕了后續生化系統壓力，解決了全廠污水平衡問題。

1.工程概述

該改造工程包括污水調節罐、氣浮裝置、高效生物反應器、曝氣風機等設備，其中污水儲罐及相應提升泵、氣浮裝置及加藥系統、氣浮機出水池、曝氣風機均利用污水處理場現有設備，高效生物反應器由天化院負責對現有1000m3儲罐G3601A進行改造，并增加成套內構件設備。設計規模10m3/h，設計進出水水質如表1。

表1 設計進水水質

2.工藝流程及高效生物反應器

(1)改造前工藝流程

生產裝置各類廢水經泵提升后進入污水處理場緩沖罐G3601C，G3601C高濃度廢水經污水泵提升后配水稀釋進污水緩沖罐G3601AB，G3601AB廢水經過污水泵提升進入框架三層反應槽，并投用混凝劑，通過設在反應槽的攪拌機攪拌反應，生成礬花，然后進二層序進式氣浮機，在入口處投加絮凝劑。利用麥王專利溶氣泵，吸入空氣，再經過專門的釋放機構－溶氣釋放器將溶解在水中的空氣均勻釋放出來，產生的氣泡較小，進一步去除水中的油類等污染物。氣浮機出水進生化池進行后續處理，出水達到外排水指標。具體流程如下：

圖1 工藝流程

(2)改造后工藝流程

生產裝置各類廢水經泵提升后進入污水處理場緩沖罐G3601BC，G3601BC高濃度廢水經污水泵提升進入框架三層反應槽，并投用混凝劑，通過設在反應槽的攪拌機攪拌反應，生成礬花，然后進二層序進式氣浮機，在入口處投加絮凝劑。利用麥王專利溶氣泵，吸入空氣，再經過專門的釋放機構－溶氣釋放器將溶解在水中的空氣均勻釋放出來，產生的氣泡較小，進一步去除水中的油類等污染物。

氣浮機出水分二路：一路自流稀釋進入生化池，利用碧沃豐生物膜法技術，進行高濃度污水生化處理，去除污水中的有機物、氨氮、油等成分；一路進氣浮機出水池，經過污水泵提升至高效生物反應器G3601A，利用生物強化技術進行生化處理，出水經過濃縮罐G3602AB泥水分離后至生化池，出水經過后續處理達到外排水指標。具體流程如下：

圖2 工藝流程

(3)高效生物反應器

高效生物反應器采用一體化設計，從上到下設有三相分離區、反應區和污泥改性區，采用此種反應器結構和處理方式大大增加了運行的穩定性。該反應裝置利用原有污水罐改造，實際有效利用容積470m3，在裝置內部增加了生物強化反應器構件以及氣、水管路等，改造的高效生物反應器如圖3。

圖3 高效生物反應裝置圖

高效生物反應器通過充足的空氣擴散增加污水的循環流動，循環量約1000～2000m3/h，循環率能達到800～1500倍，從而極大增加污水表觀停留時間，顯著提升生化反應效果。高效生物反應器氧利用率較傳統生化提高10%，生化裝置進水COD耐受濃度由傳統的3000mg/L以下提高到10000mg/L,有效降低水質波動的沖擊影響，提前將廢水中大部分可生化有機物降解，再通過后續生化系統有效處理，出水達標。

3.裝置調試過程中出現的難點及解決措施

(1)溶解氧偏低

溶解氧是污水生化處理的重要參數之一。一般好氧生化反應，其溶解氧維持在2.0mg/L以上，但是對高濃度煉化廢水，在長周期運行過程中最好控制溶解氧在3.0mg/L以上，效果更好，當溶解氧濃度高于6.0mg/L以上時隨著溶解氧濃度升高，出水水質基本穩定。從圖4可以看出，出水COD隨著溶解氧濃度升高而下降，當溶解氧濃度在3.0mg/L左右時，變化最大，溶解氧濃度3.0mg/L以上時，出水COD快速降低，當溶解氧濃度升高至6.0mg/L以上時，出水COD基本穩定，溶解氧濃度升高，對出水COD影響減小。

圖4 溶解氧與出水COD的變化情況

在系統高負荷運行中，微生物分解污水中有機物過程中需消耗水中大量的溶解氧，導致溶解氧偏低，長時間溶解氧偏低會導致生化系統受到沖擊，影響處理效果。鑒于高效反應器的特殊性，最終確定在不新增曝氣頭數量的基礎上，引入多余富氧進入高效生物反應器，提高溶解氧。不同氣源下的溶解氧見圖5。

圖5 不同氣源條件下對溶解氧的影響

(2)出水帶泥

高效生物反應器以市政活性污泥、高效生物菌劑（天津院自研）為微生物基礎，通過污泥培養、馴化，培養出適合的微生物進行生化反應。實際運行過程中，隨著污水處理負荷逐步提高至設計水量，裝置運行一段時間后，污泥開始出現上浮、出水帶泥，造成罐內污泥流失，處理效果明顯變差，嚴重影響系統安穩長運行。根據現有條件，充分利用多余濃縮罐，對出水進行泥水分離，底部污泥返回高效反應器，上清液自流至后續生化池處理，多余污泥定期外排至污泥井，減少出水帶泥對生化處理的影響。

(3)夏季高溫

溫度是影響系統運行的最關鍵因素之一，直接影響著生化系統的運行。實際的運行經驗表明：在污水處理中一般控制溫度在15～38℃之間。當溫度低于15℃后，微生物容易生長不良。當溫度超過40℃時，微生物酶的活性較15～38℃大幅降低，大幅影響處理效率。

在本裝置運行過程中，主要在夏季要經受高溫天氣影響，夏季高效反應器內水溫經常超過40℃，最高達到45℃。當溫度達到40～42℃之間的時候，裝置的出水COD升高，但是仍然可以運行，受到的沖擊影響不大，但是當溫度超過42℃以上的時候，裝置出水COD明顯升高，并且隨著時間延長不斷升高，表明裝置受影響較大，難以在42℃以上運行。鑒于高溫影響，最終確定給高效生物反應器增加一個換熱器，利用廢水與反應器內污水的溫差對高效反應器內污水進行降溫，達到高效反應器內水溫不高于42℃的目的。溫度對出水COD的影響詳見圖6。

圖6 長周期運行過程匯總溫度對出水COD的影響

4.系統運行效果

整個系統從設計、施工、調試到穩定運行歷經2年，穩定運行期間運行情況如圖7所示。

從圖7可知，系統進水COD在8000～12000mg/L范圍內，G3601A處理量在10t/h內，高效生物反應器裝置出水COD約為600～1500mg/L，達到≤1500mg/L要求。裝置運行期間，其平均COD去除效率不低于90%；在短期內水質日波動≤±10%，系統可穩定運行，出水水質基本平穩。系統具有較好的抗水質波動能力，極大地緩解了后續工藝處理壓力。

圖7 長周期穩定運行期間進出水狀況

在長周期運行過程中其BOD5的值基本維持在較高位置，B/C為0.5左右，達到≥0.3設計要求，高效生物反應器裝置出水依然具有良好的可生化性，與原進水相比其可生化性變化不大。該技術成功應用后解決了企業污水處理瓶頸，大幅提高了企業污水處理能力及節水效果：2021年全年煉化廢水處理量74869t，配水稀釋總量88331t，與2020年全年相比煉化廢水處理量提高3303t、配水稀釋水量減少80367t。

5.結論

通過生物強化處理高濃度煉化廢水技術的成功應用，可以得到下列結論：

（1）在高效生物反應器裝置進水COD在8000～12000mg/L范圍內，出水COD約為600～1500mg/L，達到≤1500mg/L要求，出水B/C比為0.5左右，達到≥0.3設計要求，出水依然具有良好的可生化性，極大緩解后續生化系統壓力，達到預期效果。

（2）解決了企業污水處理瓶頸，大幅提高污水處理量及節水效果，年度煉化廢水處理量提高約3300t，年度節水約80000t，具有良好的經濟效益和社會效益。