花 飛

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州516086）

化學(xué)驅(qū)油技術(shù)〔1〕的大規(guī)模應(yīng)用以及加工原油劣質(zhì)化程度的不斷提高使得石油煉化行業(yè)廢水處理難度加大，廢水水質(zhì)和水量的波動對現(xiàn)有污水處理裝置的處理能力造成巨大壓力。國內(nèi)某煉化企業(yè)高鹽廢水處理系統(tǒng)2018年4～5月的外排水COD和氨氮超標(biāo)率分別在15%和39%，企業(yè)外排壓力加大。由于生產(chǎn)來水中含有HPAM為15.3～56.9 mg/L，影響了后續(xù)渦凹?xì)飧『腿軞鈿飧〉某凸δ?，油質(zhì)量濃度從2～8 mg/L提高至13～19 mg/L，對后續(xù)生化單元的處理效果造成影響；生化單元進(jìn)水COD最高達(dá)到4 700 mg/L，超出設(shè)計進(jìn)水COD的15%，加之水中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子有機(jī)物含量的增加使得生化單元的降解難度隨之提高；BAF單元設(shè)計出水COD為55 mg/L，但實際BAF出水COD為53～82 mg/L；另外生化硝化體系也不穩(wěn)定，導(dǎo)致出水氨氮超標(biāo)。

來水水質(zhì)和水量的波動對現(xiàn)有生化單元造成較大壓力，要在現(xiàn)有水質(zhì)情況下達(dá)到原設(shè)計出水要求，可能的解決方法〔2-3〕主要有:工程改造、化學(xué)投加和生物增效。工程改造因存在占地大、經(jīng)費高、建設(shè)周期長等問題，短期內(nèi)無法解決企業(yè)外排水質(zhì)超標(biāo)問題；化學(xué)投加可短期起效，但運行成本高，容易引起二次污染和易掩蓋生化單元本身存在的問題。而生物增效〔4-5〕是在生化單元直接投加具有特定功能的生物菌劑和提高營養(yǎng)或降低毒性的生物助劑，并輔以生化工藝運行參數(shù)調(diào)整，進(jìn)而改善生化系統(tǒng)處理效果的處理技術(shù)。生物增效技術(shù)無需新增設(shè)施設(shè)備，可直接提高活性污泥的降解能力，只要所需成本在可以承受范圍內(nèi)，該技術(shù)則是企業(yè)解決外排水水質(zhì)不穩(wěn)定的優(yōu)選技術(shù)。

1 工程概況及排放標(biāo)準(zhǔn)

該煉化企業(yè)同時擁有煉油和化工主要生產(chǎn)裝置16套，原油加工規(guī)模為1 200萬t/a，主要生產(chǎn)汽油、航空煤油、柴油、苯、液化氣、丙烯、乙烯裂解料、硫磺、石油焦等15大類1 150多萬t石化產(chǎn)品。其廢水處理系統(tǒng)包括含油和含鹽2套系統(tǒng)。針對含鹽廢水的水質(zhì)特點，企業(yè)決定采用生物增效技術(shù)來提高現(xiàn)有生化工藝的污染物處理效率。

該含鹽廢水處理系統(tǒng)處理水量為150～200 m3/h，外排水主要水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如下:COD≤60 mg/L，氨氮≤10 mg/L， 石油類≤5.0 mg/L，TN≤40 mg/L，pH 6～9。處理工藝流程見圖1。

圖1 含鹽廢水處理工藝流程

廢水首先經(jīng)水質(zhì)調(diào)節(jié)、氣浮除油、均質(zhì)等進(jìn)行預(yù)處理，然后采用A/O（MBR）進(jìn)行二級生物處理，最后經(jīng)臭氧催化氧化、BAF等深度處理達(dá)到外排要求后外排或回用。A池有效容積為3 120 m3；O池（包括膜區(qū)容積）有效容積為 5 640 m3，O 池分為 4 格（1#～4#）；BAF 池有效容積為 1 200 m3，分為 12 格（1#～12#），反洗周期24 h。

2 生物增效方案

2.1 生物增效方案

國內(nèi)生物菌劑生產(chǎn)廠家通過取樣發(fā)現(xiàn)，生化池進(jìn)水中含有56種有機(jī)污染物，主要為烷烴類（23.3%）、芳香烴類（49.6%）、多環(huán)（15.2%）和雜環(huán)芳烴類（9.7%）污染物。另外，生化O池的污泥色澤黯淡且松散，SV30高達(dá)87%～93%，污泥沉降性差；O池硝化體系破壞嚴(yán)重。統(tǒng)計最近2個月的外排出水水質(zhì):pH 7.0～8.3，COD 51～70 mg/L，氨氮 28～56 mg/L，TN 158～252 mg/L。

針對廢水可生化性差，系統(tǒng)出水COD、氨氮和總氮超標(biāo)以及生化污泥活性差的問題，可以從生物增效技術(shù)作用原理的如下2個方面〔6〕入手:（1）高效降解菌的直接作用。投加高效菌株快速繁殖形成優(yōu)勢菌群，包括強(qiáng)化烷烴和芳香烴生物降解的高效COD菌劑和氨氮降解菌劑。（2）提高污泥體系的協(xié)同作用（包含共代謝作用）。投加增效劑，增強(qiáng)原有污泥系統(tǒng)中菌膠團(tuán)活性和分解能力，促進(jìn)微生物快速繁殖，與生物菌劑共同改善和維持良好的微生物種群系統(tǒng)平衡，促使不能直接降解污染物發(fā)生共代謝現(xiàn)象。

在確保污水處理廠正常生產(chǎn)的前提下，企業(yè)和菌劑生產(chǎn)廠家決定首先在O池1#廊道和BAF池1#廊道進(jìn)行部分生物增效試驗，待確認(rèn)現(xiàn)場中試增效效果后再進(jìn)行生化系統(tǒng)的整體生物增效試驗。菌劑廠家根據(jù)實驗室評價結(jié)果制定的現(xiàn)場實施方案如下:

（1）部分生物增效試用方案。在O池的1#廊道以及BAF池的1#廊道中投加藥劑，具體投加方案見表1。其中，氨氮降解菌劑投加位點為O池1#廊道的中后段；O池的2#廊道和BAF池的2#廊道作為空白對照組。分別對試驗前后A池進(jìn)水、O池（1#、2#廊道）出水、BAF 池（1#、2#廊道）出水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，以考察生物增效效果。監(jiān)測期為2018年7月8日至2018年8月10日，藥劑投加從7月18日開始，加藥周期為15 d。

表1 部分生物增效投加方案

（2）整體生物增效試用方案。在部分試驗方案取得效果的前提下，于2018年10月20日至2018年11月4日對O池和BAF單元進(jìn)行整體生物增效試驗。整體生物增效方案與部分生物增效方案基本保持一致，由于部分增效試驗表明，氨氮降解菌起效時間快，故將O池氨氮降解菌的投加時間由15 d調(diào)整為10 d。取樣監(jiān)測點為旋流沉砂池的進(jìn)水口（BAF單元出水），主要監(jiān)測COD、氨氮和總氮3個水質(zhì)指標(biāo)，并對旋流沉沙池出水COD進(jìn)行定期監(jiān)測。

2.2 生物增效產(chǎn)品介紹

（1）增效劑。根據(jù)廢水處理微生物營養(yǎng)學(xué)理論，增效劑由微生物代謝所必需的無機(jī)鹽、酶以及多種營養(yǎng)物質(zhì)復(fù)配而成，可有效解決工業(yè)廢水營養(yǎng)缺乏對微生物造成的影響，加快微生物生長繁殖速度。

（2）COD降解菌劑。高效COD降解菌劑是由自然界中獲得的高效降解煉油化工廢水中幾類特殊難降解底物的菌株經(jīng)過合理配比制成的產(chǎn)品，主劑成分為戈登氏菌屬（Gordonia sp.）、微桿菌屬（Microbacterium sp.）和假單胞菌屬（Pseudomonas sp.），主要針對性降解烷烴和芳香烴。

（3）氨氮降解菌劑。該產(chǎn)品為經(jīng)過反復(fù)篩選所得的高效菌株復(fù)合物，可以有效解決不同行業(yè)廢水處理系統(tǒng)氨氮超標(biāo)問題，主劑成分包括硝化球菌屬（Nitrococcus sp.）、硝化桿菌屬（Nitrobacter sp.）和亞硝化球菌屬（Nitrosomonas sp.）。

3 實際應(yīng)用效果

3.1 部分生物增效實際效果

3.1.1 COD去除效果

圖2為部分生物增效試驗期間O池1#和2#廊道COD去除情況。

圖2 O池部分生物增效對COD的去除情況

由圖2可以看出，生物增效前O池1#廊道出水COD略高于2#廊道。加藥5 d后，1#廊道出水COD開始呈下降趨勢，加藥10 d后，1#廊道對COD的去除達(dá)到相對穩(wěn)定狀態(tài)。生物增效期間，O池2#廊道平均出水COD為89.3 mg/L，1#廊道平均出水COD為77.6 mg/L，相比2#廊道，1#廊道平均出水COD降低13.1%。

圖3為部分生物增效試驗期間BAF 1#和2#廊道對COD的去除情況。

由圖3可知，BAF 1#廊道對COD的去除優(yōu)于2#廊道，從生物強(qiáng)化的第9天開始其出水COD出現(xiàn)下降，第13天后出水COD基本達(dá)到穩(wěn)定。經(jīng)計算，1#廊道平均出水COD比2#廊道降低7.6%。

3.1.2 氨氮去除效果

圖4為部分生物增效試驗期間O池1#和2#廊道對氨氮的去除情況。

圖3 BAF池部分生物增效對COD的去除情況

圖4 部分生物增效期間O池出水氨氮降解情況

由圖4可以看出，加藥2 d后，1#廊道出水氨氮明顯降低，投藥6d后，1#廊道出水氨氮低于2 mg/L，經(jīng)計算，1#廊道平均出水氨氮比2#廊道降低87.1%。

3.1.3 污泥性能變化

試驗結(jié)果表明，部分生物增效試驗期間，O池1#廊道SV30由93%逐漸降至47%，2#廊道SV30基本在87%～93%間波動，說明生物增效明顯改善了污泥沉降性能。鏡檢發(fā)現(xiàn)，1#廊道的污泥菌膠團(tuán)變大，并且開始出現(xiàn)鐘蟲等指征污泥成熟的指示性原生動物。

綜上所述，生物增效技術(shù)可以在現(xiàn)有工況下提升O池對COD和氨氮的處理效果，且具有優(yōu)化污泥結(jié)構(gòu)和改善污泥沉降性能的作用；BAF單元經(jīng)生物強(qiáng)化對COD也有7.6%的提效，為下一步生化單元整體生物增效試驗奠定了基礎(chǔ)。

3.2 生化單元整體生物增效應(yīng)用效果及對深度處理單元的影響

3.2.1 生化單元整體生物增效情況

生化單元整體生物增效7 d后，觀察發(fā)現(xiàn)O池中污泥沉降性能明顯好轉(zhuǎn)，測定SV30為41%。測定SV30過程中可以發(fā)現(xiàn)上清液較為清澈，絮體間隙水也較為清澈，說明污泥的凝聚性能得到改善。整體生物增效生化出水COD變化情況如圖5所示。

圖5 整體生物增效生化出水COD變化情況

由圖5可知，經(jīng)過生物強(qiáng)化后BAF出水COD均值明顯減低，投藥8 d后，BAF出水COD穩(wěn)定在50～60 mg/L，與強(qiáng)化前相比降低21.9%。對生物強(qiáng)化BAF單元出水樣品檢測發(fā)現(xiàn)，其所含有機(jī)污染物種類由初始的56種減少為13種，大部分烷烴、芳香烴和取代酚得到有效降解，殘余污染物的豐度顯著降低，其中含量最高的 3，5-二甲基苯酚、甲基 4-甲基-4-亞硝基-2-［（三甲基硅烷基）氧基］戊酸酯（CAS80998-48-7）和大牛兒烯D因空間位阻效應(yīng)和電子效應(yīng)不利于微生物與其結(jié)合而有所殘留〔7〕。

整體生物增效生化出水氨氮、總氮變化情況如圖6所示。

圖6 整體生物增效生化出水氨氮、總氮變化情況

由圖6可知，生物增效投藥8 d后，BAF出水氨氮為1 mg/L左右，總氮穩(wěn)定在70～80 mg/L，生化系統(tǒng)總氮去除率相比增效前提高44.6%。BAF單元由于缺少反硝化過程所需的碳源，對總氮脫除貢獻(xiàn)較小。因此，如考慮進(jìn)一步脫除總氮，可在A/O池運行方面進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

3.2.2 生物增效對深度處理單元的影響

試驗結(jié)果表明，生物增效后，臭氧催化氧化單元平均進(jìn)水COD由生物增效前的118 mg/L降至87 mg/L，有機(jī)負(fù)荷大幅降低。按照設(shè)計參數(shù)核算可以減少臭氧投加量90 mg/L，可降低深度處理單元的直接運行費用達(dá)4 000元/d。核算該企業(yè)生物增效產(chǎn)品成本為3 600元/d，采用生物增效技術(shù)穩(wěn)定運行，企業(yè)每年可節(jié)約14.6萬元運行成本，增加了企業(yè)應(yīng)用該項技術(shù)的內(nèi)生動力。

4 結(jié)論和建議

（1）整體生物增效試驗結(jié)果表明，相比于生物強(qiáng)化前，生物強(qiáng)化后BAF出水COD降低21.9%，氨氮降低77.2%，總氮去除率提高44.6%，生化污泥沉降性能得到明顯改善，BAF單元出水COD穩(wěn)定在50～60 mg/L，氨氮為 1 mg/L 左右，總氮為 70～80 mg/L，整體生物增效效果明顯。

（2）生物增效技術(shù)的實施有利于降低深度處理單元處理壓力，可為污水處理廠的長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放提供保障，實現(xiàn)降本增效。

（3）生物增效試驗總氮未達(dá)標(biāo)，今后可以考慮通過在A池增加總氮降解菌劑、提高硝化液回流比和調(diào)整A池C/N比等工藝運行參數(shù)等來實現(xiàn)總氮達(dá)標(biāo)。建議污水處理廠可常備生物增效產(chǎn)品進(jìn)行間歇投加，作為應(yīng)對水質(zhì)沖擊對污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響的應(yīng)急手段之一。