石油化工污水處理中生物增效技術(shù)的作用探究

路珈 劉榮榮

1. 陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延安石油化工廠 陜西 延安 7274062. 金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江 金華 321017

近年來，由于生產(chǎn)技術(shù)的高速發(fā)展，污水中的污染物成分更加復(fù)雜多樣，濃度也變得更高，難以降解的含毒有機(jī)污染物也越來越多，極大地沖擊著生物生化系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的生物處理系統(tǒng)中，能降解有毒以及難降解有機(jī)物的專項(xiàng)微生物數(shù)量減少，因此對(duì)污水處理效果不佳。生物增效技術(shù)，在傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化加強(qiáng)，可以有效提高傳統(tǒng)生化系統(tǒng)的降解力以及抗沖擊力。

1 生物增效技術(shù)概述

1.1 生物增效技術(shù)內(nèi)涵

生物增效技術(shù)是在保持原生化系統(tǒng)設(shè)施、運(yùn)行條件的基礎(chǔ)上，直接在現(xiàn)有的生化處理系統(tǒng)中植入從自然界中挑選出的優(yōu)勢(shì)菌種，提升原生化系統(tǒng)處理能力，使其能夠去除某種有害物質(zhì)或優(yōu)化某方面性能[1]。生物增效系統(tǒng)因高效、穩(wěn)定、節(jié)約成本的優(yōu)勢(shì)，在廢水生物治理技術(shù)市場(chǎng)上具有廣闊前景。

生物增效技術(shù)的關(guān)鍵是在原有的生化系統(tǒng)中投加優(yōu)勢(shì)菌種。這些菌種既可以是原有微生物中的優(yōu)勢(shì)菌種也可以是之前不存在的遺傳工程菌或外源微生物。在自然界中，微生物分布廣、數(shù)量大、代謝類型多樣、適應(yīng)突變能力強(qiáng)，它們會(huì)出現(xiàn)在任何污染物存在的地方并對(duì)污染物有著或強(qiáng)或弱的降解作用。增效菌種的獲得可通過馴化、篩選誘變、基因重組等技術(shù)方法，再加以培養(yǎng)繁殖便可得到能處理污染物的目標(biāo)降解菌。生物增效技術(shù)中所投加的增效菌株需要滿足以下3個(gè)條件：第一，菌株活性高；第二，菌株具有高速降解目標(biāo)污染物的能力；第三，菌種要能保持一定數(shù)量且競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。目標(biāo)污染物的消除主要是通過投加菌種的直接生物降解和共代謝作用來達(dá)成的。

一般來講，生物增效技術(shù)適用于絕大多數(shù)用生物法進(jìn)行污水處理的地方，并能提高原生化系統(tǒng)的污水處理效率。生物增效技術(shù)用途廣泛，可用于各種市政污水以及工業(yè)廢水處理中，如城市污水處理、石化污水處理、造紙污水處理、印染污水處理、皮革污水處理等。

1.2 生物增效技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

石油化工污水處理中生物增效技術(shù)的應(yīng)用具有如下優(yōu)點(diǎn)[2]：（1）投資成本低，效率高。生物增效技術(shù)在處理水化工污水時(shí)，僅用將分解藥劑投入到曝氣池即可，極大地降低了使用硬件設(shè)施的成本。通過這種成本低廉的方法便可降解石油化工污水中的有毒物質(zhì)或者有機(jī)污染物、凈化水質(zhì)、減少化合物、促進(jìn)生物多樣性。另外在利用生物增效技術(shù)進(jìn)行一次微生物投加后，并不需要專門的工作人員看管微生物的繁殖，節(jié)約了人力成本，效果持久，節(jié)省后續(xù)處理成本，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。（2）解決污水異味問題。由于微生物能針對(duì)不同環(huán)境中的不同氣味發(fā)生反應(yīng)并有效分解硫化氫、硫醇、揮發(fā)性脂肪酸等有害物質(zhì)，也能抑制厭氧條件下硝酸鹽揮發(fā)的氣味，因而生物增效技術(shù)能有效消除污水異味。控制異味的主要方式是通過對(duì)污染樣本的采樣分析，找出異味散發(fā)源頭并從根本上防止產(chǎn)生。（3）不會(huì)二次污染。通過使用生物增效技術(shù)，微生物可利用自身新陳代謝降解污水中的有毒有害污染物，并且不會(huì)二次污染水質(zhì)真正達(dá)到環(huán)保治污的目的。（4）耐用，有效期長(zhǎng)。微生物在利用新陳代謝對(duì)污染物進(jìn)行降解的過程中，能獲取一定營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行自我繁殖，從而能在一次足量投放后，得以長(zhǎng)期有效去污。

2 石油化工污水處理現(xiàn)狀

2.1 污水含硫比重高

石油化工行業(yè)因生產(chǎn)過程中，所用原油里硫元素含量高，經(jīng)過相關(guān)工藝處理后的污水中包含較多硫元素的污水，高含硫量污水排放會(huì)導(dǎo)致水資源被污染。石油化工企業(yè)利用油水分離罐、減壓塔頂、油水分離罐等設(shè)備對(duì)其進(jìn)行硫元素與污水的分離，使污水得到脫硫處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境需要。當(dāng)前石油化工企業(yè)污水含硫量較多，且污水排放量有上漲趨勢(shì)，企業(yè)需要對(duì)污水化工濃度進(jìn)行檢驗(yàn)，盡量降低污水含硫濃度；另一方面，含硫污水在進(jìn)入污水處理廠后，硫含量毒性與之濃度呈線性關(guān)系，可直接毒害生化系統(tǒng)中有效微生物菌種，呈現(xiàn)中毒現(xiàn)象，生化出水水質(zhì)明顯惡化；再者當(dāng)生化系統(tǒng)受高含硫污水沖擊后，活性污泥解體明顯，菌膠團(tuán)遭到破壞，有效微生物消失，在不進(jìn)行菌種重新培養(yǎng)或者添加活性污泥等措施，生化系統(tǒng)是無法自我恢復(fù)。因此當(dāng)污水硫含量較高時(shí)，需及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，避免高含硫污水直接沖擊生化系統(tǒng)，從而保證企業(yè)污水的正常處理能力。

2.2 污染水質(zhì)狀況復(fù)雜

處理石油化工企業(yè)排放污水時(shí)難度較大，各種化工設(shè)備也會(huì)生產(chǎn)出較為嚴(yán)重的污水元素造成污染水質(zhì)狀況復(fù)雜的問題[3]。究其根本主要有以下原因：第一，目前污水處理工藝仍主要以生化系統(tǒng)處理為主，在石油化工企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)及工藝鏈的延長(zhǎng)等影響下，排放污水的水質(zhì)更為復(fù)雜，同時(shí)各地政府對(duì)污水排放要求日益嚴(yán)格，處理污水的難度在一定程度上有所增加。第二，石油化工行業(yè)整體利潤(rùn)減少，部分石油化工企業(yè)為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，進(jìn)行了一體化發(fā)展、延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的革新，以期達(dá)到提高利潤(rùn)，增加產(chǎn)值的目標(biāo)，但是出于多種因素的制約與影響，石油化工企業(yè)公司利潤(rùn)空間仍然較小，相對(duì)污水處理為環(huán)保工藝，無直接利益，在環(huán)保方面投資相對(duì)較少。第三，在我國(guó)水資源使用狀況比較緊張的情況下，石油化工企業(yè)更加重視對(duì)水資源的節(jié)約與循環(huán)利用，原生水源經(jīng)利用變成污水后，還需要再加工處理，滿足排放要求。在石油化工企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)配置充足的設(shè)備達(dá)到需要標(biāo)準(zhǔn)，通過設(shè)備加工降低污水中有機(jī)及無機(jī)物污染成分含量，改善污染物種類繁多，水質(zhì)復(fù)雜狀況。

2.3 污水深度處理水平較低

目前部分石油化工企業(yè)未能充分認(rèn)識(shí)到污水治理的重要程度，再加上當(dāng)前污水處理難度較大導(dǎo)致處理污水效果不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。尤其是化工公司實(shí)際生產(chǎn)時(shí)現(xiàn)有污水處理的流程在運(yùn)行穩(wěn)定的情況下能達(dá)到環(huán)境保護(hù)的要求，當(dāng)污水水質(zhì)波動(dòng)后，極容易受到?jīng)_擊，處理需要經(jīng)過多重程序加工才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，使化工企業(yè)運(yùn)行受到嚴(yán)重影響；另外在對(duì)污水深度處理的工作過程中，部分石油化工企業(yè)不能掌握研究理論，對(duì)職工的培訓(xùn)不到位，不能將技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐導(dǎo)致實(shí)際污水處理效果不理想，影響節(jié)能減排。石油化工公司需要加大引進(jìn)先進(jìn)污水處理設(shè)備及技術(shù)的力度，支持高精尖化污水處理，使污水經(jīng)處理后滿足環(huán)保要求。當(dāng)前由于石油化工企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備及污水處理流程僅只能達(dá)到污水深度處理的初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際污水深度處理和回收利用效果不佳。

3 石油化工污水處理中生物增效技術(shù)的應(yīng)用

分析部分工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過利用生物增效技術(shù)，生態(tài)系統(tǒng)污水里的化學(xué)需氧量（COD）、含油去除效率得到較大提高，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)遭到?jīng)_擊后的恢復(fù)效率也得到明顯提升，同時(shí)也改善了活性污泥的功能。下面通過一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)生物增效技術(shù)在石化污水處理中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單說明。

3.1 污水排放濃度較高造成的生化系統(tǒng)沖擊

本文對(duì)延安石油化工廠高濃污水處理系統(tǒng)的污水處理應(yīng)用進(jìn)行探討，這套裝置用于處理產(chǎn)自環(huán)保六套裝置高含硫污水、甲基叔丁基醚（MTBE）裝置污水、聚丙烯裝置的污水，該廠生化系統(tǒng)使用O/A高效低氧生化一體化處理工藝，該工藝低氧生化處理一體式活性污泥系統(tǒng)是基于先進(jìn)的同步硝化反硝化脫氮理論為基礎(chǔ)的高效一體化生物處理系統(tǒng)。它通過控制曝氣池溶解氧（小于0.5mg/L），在單一池體內(nèi)不僅完成對(duì)有機(jī)物的徹底去除，更重要的是實(shí)現(xiàn)了硝化反硝化的同步進(jìn)行，且短程硝化反硝化占有相當(dāng)比例。簡(jiǎn)化了系統(tǒng)脫氮的運(yùn)行流程，降低了對(duì)碳源的需求，提高了脫氮效率，同時(shí)也避免了由于硝態(tài)氮積累帶來的不利影響。日常運(yùn)行時(shí)，由于上有來水水質(zhì)波動(dòng)較大，主要為COD及氨氮波動(dòng)頻繁，超過日常進(jìn)水控制指標(biāo)時(shí)，生化系統(tǒng)出水化學(xué)需氧量（COD）、氨氮明顯上漲，主要表現(xiàn)在一方面1-5#生化池pH消耗減少，好氧池溶解氧變低，調(diào)整曝氣量后溶解氧變化不大；另一方面取水樣測(cè)得SV30上漲較多，上清液水質(zhì)較渾濁，下部沉泥松散，污泥鏡檢中有效菌種較少，且活性降低。雖然及時(shí)調(diào)整高濃系統(tǒng)進(jìn)水量、進(jìn)水濃度等各項(xiàng)措施，但生化系統(tǒng)出水水質(zhì)恢復(fù)很慢。因此，在系統(tǒng)沖擊后，針對(duì)是氨氮、總氮還是COD沖擊選擇適宜的增效菌種，投加增效菌種后，鏡檢觀察、分析生化系統(tǒng)的投加增效菌種前后活性污泥性狀是否發(fā)生變化。經(jīng)過觀察，投加增效菌種后的活性污泥在鏡檢下能看到許多漫游蟲、鞭毛蟲、鐘蟲等各類微生物，鏡檢內(nèi)微生物數(shù)量增多、普遍生命力頑強(qiáng)，且能明顯看見微生物活性較好，活性污泥恢復(fù)取樣分析生化系統(tǒng)出水COD、氨氮等含量，存在明顯的降低，因此得出增效菌種能提高活性污泥性能結(jié)論。

3.2 有毒有害成分造成的生化沖擊

污水處理經(jīng)常運(yùn)用傳統(tǒng)的活性污泥處理系統(tǒng)及普通活性污泥法生化處理設(shè)備。通常處理流程有隔油、浮選、沉淀、出水等步驟，通過預(yù)處理后進(jìn)入生化系統(tǒng)。石油化工行業(yè)污水有毒有害成分主要為硫化物、石油類及重金屬離子等，當(dāng)有毒有害污水濃度較高時(shí)，觀察裝置運(yùn)行時(shí)生物增效技術(shù)的效果以及該項(xiàng)技術(shù)對(duì)化學(xué)需氧量COD、活性污泥性能，油污去除效率的作用。

首先是去除化學(xué)需氧量COD的效果分析。1號(hào)曝氣池出水口有的化學(xué)需氧量COD160mg/L，3、5號(hào)曝氣池使用生物增效技術(shù)，可觀察出污水出口有120mg/L、60mg/L的化學(xué)需氧量COD，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示生物增效技術(shù)能去除化學(xué)需氧量COD，一定程度上降低了水質(zhì)的波動(dòng)，提高污水凈化力度。其次是生物增效技術(shù)去除油污的效果分析。當(dāng)生化系統(tǒng)油含量較高時(shí)，1號(hào)曝氣池的質(zhì)量濃度平均為15mg/L，測(cè)的3、5號(hào)曝氣池污水在使用生物增效技術(shù)后的質(zhì)量濃度平均為8mg/L、5mg/L。生物增效技術(shù)對(duì)去除污水含油的效果可以明顯看出。最后是生物增效技術(shù)對(duì)硫化物等污染物的性能的結(jié)果分析。在1號(hào)和3號(hào)曝氣池投加硫化物后，按時(shí)收取使用生物增效技術(shù)后的3號(hào)、5號(hào)曝氣池的活性污泥與1號(hào)曝氣池活性污泥并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。觀察發(fā)現(xiàn)，3號(hào)和5號(hào)均有許多實(shí)體相對(duì)較大、復(fù)雜交錯(cuò)的菌膠團(tuán)以及微生物細(xì)菌活動(dòng)，3號(hào)曝氣池污泥量與5號(hào)曝氣池對(duì)比發(fā)現(xiàn)3號(hào)池污泥量增加，同時(shí)存在少量浮泥，而1號(hào)曝氣池活性污泥中僅有少量微生物且菌膠團(tuán)實(shí)體小而松散。這證實(shí)使用生物增效技術(shù)可以有效提高活性污泥的性能，加大緊密度，增大活性污泥中微生物的活力，提高應(yīng)對(duì)有毒有害污染物的能力。

3.3 來水水質(zhì)頻繁波動(dòng)時(shí)的應(yīng)用

石化廠污水裝置每日處理污水約6000t，以O(shè)/A高效低氧生化一體化系統(tǒng)為核心裝置。經(jīng)檢測(cè)，正常工況下污水進(jìn)水COD平均值為700mg/L，氨氮平均值為50mg/L，水力停留大概時(shí)長(zhǎng)為24h，pH值在6～8區(qū)間內(nèi)，低氧區(qū)和好氧區(qū)溶解氧分別控制在0.1～0.5g/L和3～6g/L范圍內(nèi)。在裝置大檢修期間，高濃、低濃污水系統(tǒng)來水水質(zhì)波動(dòng)頻繁，主要為高含油、高COD、含甲醇污水及高氨氮污水，水質(zhì)、水量變化復(fù)雜，來水COD最高達(dá)5000mg/L，氨氮達(dá)到500mg/L，因此導(dǎo)致污水生化系統(tǒng)運(yùn)行壓力巨大，隨時(shí)面臨崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)此工況下，在曝氣池內(nèi)投加市政活性污泥及生物增效菌種，提高污泥濃度，提高抗沖擊能力。取樣試驗(yàn)，按生化系統(tǒng)正常進(jìn)水濃度，試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)進(jìn)水量保持在100m3/h，COD穩(wěn)定在2000mg/L、氨氮穩(wěn)定在100mg/L范圍內(nèi)，COD和氨氮去除率達(dá)到90%，氨氮去除率92%以上，生化出水基本保持較穩(wěn)定，來水負(fù)荷再提高后，出水COD及氨氮呈上升狀態(tài)；系統(tǒng)進(jìn)水COD在正常進(jìn)水工況內(nèi)，COD和氨氮去除率達(dá)到99%以上；當(dāng)進(jìn)水COD和氨氮均較低時(shí)，COD的去除率反而降低，同時(shí)硝化反應(yīng)減弱，反硝化作用降低，活性污泥呈現(xiàn)饑餓現(xiàn)象，主要原因?yàn)檫M(jìn)水有機(jī)負(fù)荷過高和過低會(huì)破壞活性污泥的運(yùn)行，生化系統(tǒng)碳、氮、磷的比例失衡導(dǎo)致。由此可以得出結(jié)論，生物增效技術(shù)效果在有機(jī)負(fù)荷提高一定濃度可短期保持良好COD和氨氮的去除率，如果來水負(fù)荷變化較大時(shí)，需要人工調(diào)整碳、氮、磷比例，如對(duì)進(jìn)水進(jìn)行稀釋或者投加甲醇、磷酸三鈉和尿素等。

此次生物增效技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)說明，在應(yīng)對(duì)負(fù)荷較高的來水情況時(shí)，生物增效是一種高效、快捷的處理手段，但生物增效技術(shù)存在一定局限性，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行判斷。

4 結(jié)束語

總之，石油化工生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生了大量污水，這造成水資源的浪費(fèi)以及生態(tài)環(huán)境的污染。生物增效技術(shù)在實(shí)際使用時(shí)具有操作難度低、運(yùn)行成本投資少、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)處理污水市場(chǎng)中有廣闊的應(yīng)用前景。但是生物增效技術(shù)依然存在著一定的局限性，如其不適用運(yùn)行負(fù)荷低，水質(zhì)好、出水速度穩(wěn)定的生化系統(tǒng)。相信隨著我國(guó)科技水平不斷提升，以后的污水處理效率會(huì)不斷提高，使我國(guó)生態(tài)環(huán)境得到高水平、高質(zhì)量的保障。