工業(yè)污水處理裝置工藝改造可行性研究

黃全晶 金 燕 任世科

（1.蘭州石化公司環(huán)境監(jiān)測與管理部 甘肅 蘭州 730060；2.蘭州石化公司研究院 甘肅 蘭州 730060）

0 前言

蘭州石化公司污水處理廠工業(yè)污水處理裝置承擔(dān)著公司工業(yè)污水和本地區(qū)部分生活污水的處理任務(wù)，所處理的工業(yè)污水中含有大量的有毒有害物質(zhì)。該水體系統(tǒng)污染物的濃度高、種類多、可生化性差，所以處理的難度也較大。其中的污染物種類將近四十種，難以生物降解或不可生物降解的污染物種類有二十余種，屬于典型的難降解工業(yè)污水體系。同時(shí)，由于污水中含有硫化物、胺、酚、氰化物等抑制降解作用極強(qiáng)的毒性物質(zhì)及其衍生物，使得污水處理廠原有的處理裝置及處理工藝難以實(shí)現(xiàn)對(duì)出水各項(xiàng)指標(biāo)的有效控制。

蘭州石化公司污水處理廠原有的處理裝置始建于上世紀(jì)六十年代初，由于其工藝技術(shù)（傳統(tǒng)活性污泥法）落后，設(shè)備陳舊老化，已不能滿足工業(yè)污水來水的水質(zhì)條件要求。特別是原有的處理裝置設(shè)計(jì)中未考慮脫氮等問題，使工業(yè)污水的出水COD值及氨氮值長期不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

我們參照國內(nèi)外的成功經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)蘭州石化公司工業(yè)污水水質(zhì)的特點(diǎn)和排放要求，根據(jù)原有污水處理裝置的實(shí)際情況，建立了一套中試裝置，進(jìn)行污水處理中試試驗(yàn)。并在此基礎(chǔ)上，制定了污水處理系統(tǒng)改造的工藝路線，從而為裝置改造的實(shí)施提供最佳的工藝技術(shù)參數(shù)。

1 原有工業(yè)污水處理裝置不達(dá)標(biāo)原因分析

通過對(duì)改造前工業(yè)污水處理裝置的工藝運(yùn)行情況和出水水質(zhì)進(jìn)行分析，我們認(rèn)為影響污水出水COD值和氨氮值不達(dá)標(biāo)的主要原因有以下幾點(diǎn)：

1.1 工業(yè)污水污染物成份復(fù)雜

污水處理廠的工業(yè)污水來自于石化公司有機(jī)廠、公司合成橡膠廠、石化廠、化纖廠等多家企業(yè)，所以在污染物濃度、成份等方面存在著很大的波動(dòng)。水體體系中影響COD值的污染物質(zhì)種類繁多、性質(zhì)各異，其中難以生物降解和不可生物降解的物質(zhì)占有很大比例，這給污水處理增加了處理難度[1]。

1.2 工業(yè)污水可生化性差

該水體體系含有大量生物難降解物質(zhì)，B/C值（可生化性指數(shù)）很低僅0.1～0.2，可生化處理性差，屬于典型的難降解工業(yè)污水，這也是處理后出水COD值和氨氮值不達(dá)標(biāo)的重要原因[2]。

1.3 工業(yè)污水有毒物質(zhì)多

活性污泥處理系統(tǒng)的硝化過程受到許多毒性污染物的抑制，如硫化物、胺、酚、氰化物等。如果微生物暴露在同時(shí)存在幾種毒性物質(zhì)的環(huán)境條件下，毒性物質(zhì)的抑制作用將比單種毒性物質(zhì)的抑制作用更大（協(xié)同作用）。由于進(jìn)入污水處理廠的工業(yè)污水中，包含多種毒性物質(zhì)及其衍生物，致使微生物頻繁中毒不能發(fā)揮降解作用。

1.4 原有工業(yè)污水處理工藝落后

原有的污水處理工藝采用傳統(tǒng)的活性污泥法，只能進(jìn)行簡單的降解處理，沒有考慮對(duì)氨氮的去除，致使工業(yè)污水及生活污水進(jìn)水中的氨氮得不到有效去除，這也是致使氨氮排放長期超標(biāo)的重要原因。

2 工業(yè)污水處理組合工藝

2.1 工業(yè)污水處理組合工藝的設(shè)計(jì)

根據(jù)蘭州石化公司工業(yè)污水的特點(diǎn)及原有污水處理裝置存在的問題，為取得工業(yè)污水最佳的處理工藝及運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)原有污水處理廠的運(yùn)行情況，經(jīng)過反復(fù)討論論證，初步?jīng)Q定采用“水解+A/O”工藝技術(shù)對(duì)原有的處理裝置進(jìn)行工藝及設(shè)備改造，并建立了相應(yīng)的中試裝置。工業(yè)污水處理組合工藝中試裝置示意圖如圖1所示。

圖1 工業(yè)污水處理組合工藝中試裝置示意圖

2.2 工業(yè)污水處理組合工藝基本原理

（1）工業(yè)污水處理組合工藝水解工藝原理

所謂水解工藝就是利用水解和產(chǎn)酸微生物，將污水中的大分子和不宜生物降解的有機(jī)物降解為易于生物降解的小分子有機(jī)物，包括顆粒性固體的降解和溶解性固體的降解，使得污水在后續(xù)的好氧單元以較少的能耗和較短的停留時(shí)間下得到有效處理。

本技術(shù)所應(yīng)用的水解池是把反應(yīng)控制在厭氧的第二階段，水解池除了將污水中的大分子和不易生物降解的有機(jī)物降解為易于生物降解的小分子有機(jī)物，此外還具有懸浮物去除率高和懸浮物消化率高的特點(diǎn)。由于水解池是屬于升流式污泥床反應(yīng)器的技術(shù)范疇，污水由反應(yīng)器底部進(jìn)入反應(yīng)器，通過污泥層（厚度約3米），大量含微生物的污泥將對(duì)進(jìn)水中的顆粒物質(zhì)和膠體物質(zhì)迅速截留和吸附，這是一個(gè)物理過程的快速反應(yīng)。截留下來的物質(zhì)吸附在水解污泥的表面，一部分慢慢地被微生物分解代謝，另一部分排入污泥處理系統(tǒng)。在大量水解細(xì)菌的作用下將不溶性有機(jī)物水解為溶解性物質(zhì)，同時(shí)在產(chǎn)酸菌的協(xié)同作用下，將大分子物質(zhì)、難于生物降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于生物降解的小分子物質(zhì)，重新釋放到液體中，在較高的水力負(fù)荷下隨上清液流出系統(tǒng)。

可以看出，本技術(shù)的水解工藝集沉淀、吸附、生物絮凝、生物降解功能于一體，有機(jī)物在水解反應(yīng)的去除中包括了物理、化學(xué)和生物化學(xué)在內(nèi)的綜合反應(yīng)過程。

（2）工業(yè)污水處理組合工藝A/O法原理

本技術(shù)所采用A/O法就是采用生物降解的方法降解污水中的氨氮等污染物的過程。污水中的氮一般以有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮等四種形態(tài)存在。A/O法脫氮的基本原理是在傳統(tǒng)二級(jí)生物處理中，在將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮（氨化）的基礎(chǔ)上，通過硝化和反硝化菌的作用，將氨氮通過硝化轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮，再通過反硝化作用將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓_(dá)到從污水中脫氮的目的。

含氮化合物在微生物的作用下，相繼產(chǎn)生下列各項(xiàng)反應(yīng)：

1）氨化反應(yīng)：

有機(jī)氮化合物在氨化菌的作用下分解轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，這一過程稱為“氨化反應(yīng)”，以氨基酸為例，其反應(yīng)式為：

RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3

2）硝化反應(yīng)：

硝化反應(yīng)是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮的過程。包括兩個(gè)基本反應(yīng)步驟：由亞硝酸鹽菌參與的將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應(yīng)；由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng)。亞硝酸鹽菌和硝酸菌都是化能自養(yǎng)菌。它們的生理活動(dòng)不需要有機(jī)性營養(yǎng)物質(zhì)，它們利用CO2、CO32-和HCO3-等作為碳源，通過無機(jī)物NH3、NH4+或NO2-的氧化還原反應(yīng)獲得能量。硝化反應(yīng)過程需在好氧條件下進(jìn)行。其反應(yīng)過程如下：

亞硝化反應(yīng)：NH4++O2+HCO3-→ NO2-+H2CO3+H2O+亞硝酸菌

硝化反應(yīng)：NO2-+NH4++O2+H2CO3+HCO3-→NO3-+H2O+亞硝酸菌

總反應(yīng)：NH4++O2+HCO3-→NO3-+H2CO3+H2O+微生物細(xì)胞

通過對(duì)上述反應(yīng)過程的物料衡算可知，在硝化反應(yīng)過程中，將1g氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮需耗氧4.57g，同時(shí)需耗7.07g堿度 （以CaCO3）。亞硝酸菌和硝酸菌分別增殖0.146g和0.019g。

3）反硝化反應(yīng)：

反硝化反應(yīng)是將硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成氮?dú)獾倪^程。反硝化菌是屬于異氧型兼性厭氧微生物，其反應(yīng)需在缺氧條件下進(jìn)行。反應(yīng)過程中反硝化菌利用各種有機(jī)基質(zhì)作為電子供體，以硝酸鹽作為電子受體而進(jìn)行缺氧呼吸。在反硝化反應(yīng)過程中，硝態(tài)氮通過反硝化菌的代謝活動(dòng)，有兩種轉(zhuǎn)化途徑，一是同化反硝化（合成），最終形成有機(jī)氮化合物，成為菌體的組成部分；另一是異化反硝化（分解），最終產(chǎn)物是氣態(tài)氮。

有機(jī)碳源以甲醇為例，其反應(yīng)方程式如下：

NO3-+CH3OH+H2CO3→ N2↑+HCO3-+H2O+微生物細(xì)胞（有機(jī)體）

NO2-+CH3OH+H2CO3→N2↑+HCO3-+H2O+微生物細(xì)胞（有機(jī)體）

對(duì)上反應(yīng)式通過物料衡算后可知，反硝化過程中每還原1gNO3-可提供2.6g的氧，消耗2.47g甲醇，同時(shí)產(chǎn)生3.57g左右的重碳酸鹽（堿度以CaCO3計(jì)）和0.45g新細(xì)胞。

（3）工業(yè)污水處理組合工藝技術(shù)特點(diǎn)

工業(yè)污水處理“水解+A/O”組合工藝的技術(shù)特點(diǎn)如下：

1）效率高、能耗低：經(jīng)過水解酸化反應(yīng)的出水，水質(zhì)得以改善，污水中有機(jī)物的數(shù)量及理化性質(zhì)均發(fā)生了很大變化，提高了污水的可生化性，B/C值可提高0.1～0.15，使污水更適于后續(xù)的好氧處理，從而使凈化過程效率高、能耗低。

2）減輕負(fù)荷：對(duì)于有機(jī)氮含量高的工業(yè)污水，通過水解過程可使氨化反應(yīng)提前進(jìn)行，減輕了后續(xù)好氧處理的工作負(fù)荷。

3）減少了耗堿量：由于反硝化產(chǎn)生的堿度可以補(bǔ)償硝化反應(yīng)所需的部分堿度，系統(tǒng)內(nèi)的堿度更易于平衡，從而也減少了系統(tǒng)的耗堿量。

3 工業(yè)污水處理組合工藝中試試驗(yàn)

3.1 工業(yè)污水處理組合工藝中試試驗(yàn)過程

為了加快裝置改造的進(jìn)程，縮短微生物的馴化周期，直接用泵將原污水處理曝氣池中混合液提至水解池，約3日后，水解池中積存了一些污泥（但此時(shí)的污泥并不是成熟的水解酸化泥），曝氣池中的活性污泥濃度已達(dá)到3g/L。此時(shí)為了與原有污水處理廠保持一致的曝氣停留時(shí)間，進(jìn)水流量采用了3m3/h，開啟污泥回流1.5m3/h，氣水比為7：1.2。

針對(duì)在實(shí)驗(yàn)初期階段暴露出來的一些問題，及時(shí)進(jìn)行了調(diào)整，采取了給系統(tǒng)加溫、在好氧段增加填料、曝氣池分段等措施，使系統(tǒng)逐漸進(jìn)入運(yùn)行平穩(wěn)期。

3.2 工業(yè)污水處理組合工藝中試試驗(yàn)結(jié)果

工業(yè)污水處理組合工藝中試經(jīng)過3個(gè)月的微生物馴化及系統(tǒng)穩(wěn)定期后，系統(tǒng)出水開始穩(wěn)定，經(jīng)蘭州石化公司動(dòng)力廠環(huán)保監(jiān)測站對(duì)系統(tǒng)進(jìn)出水質(zhì)進(jìn)行了3個(gè)月的跟蹤監(jiān)測，結(jié)果顯示該工藝對(duì)各項(xiàng)污染物的去除效果顯著，出水水質(zhì)平穩(wěn)，監(jiān)測結(jié)果如下：

（1）COD降低效果：穩(wěn)定運(yùn)行期間出水完全達(dá)標(biāo)，其中出水COD值≯100mg/L的數(shù)據(jù)結(jié)果為82個(gè)，占數(shù)據(jù)總數(shù)的83.7%，達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

（2）氨氮去除效果：出水氨氮≯12mg/L的數(shù)據(jù)結(jié)果為78個(gè)，占數(shù)據(jù)總數(shù)的79.6%，達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

針對(duì)蘭州石化公司工業(yè)污水的特點(diǎn)及原有污水處理裝置存在的問題，根據(jù)“水解+A/O”工藝技術(shù)的基本原理，我們?cè)O(shè)計(jì)并建立了相應(yīng)的工業(yè)污水處理組合工藝中試裝置。試驗(yàn)效果顯示：該工藝對(duì)各項(xiàng)污染物的去除效果顯著，外排出水的pH值、COD值、懸浮物值、氨氮值等指標(biāo)均能低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996），可以在污水處理廠開展進(jìn)一步的項(xiàng)目實(shí)施工作。

［1］何永江.幾種殺菌劑在微生物控制方面的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，2004，24(2)：61－63.

［2］周本省.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物引起的腐蝕和黏泥的控制[J].腐蝕與防護(hù)，2002，23(7)：301－304.