懸浮填料生物接觸氧化法煉油廢水中的應(yīng)用

煉油廠的二級(jí)處理外排水仍含有一定濃度的COD、BOD₅、NH₃-N、油、硫化物、SS等污染物如果直接回用，微生物會(huì)在管道、儲(chǔ)水罐、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)內(nèi)大量生長(zhǎng)，發(fā)生粘泥、結(jié)垢和腐蝕等問(wèn)題。因此，在回用前需對(duì)其進(jìn)行深度處理。

一、水質(zhì)、流程及分析方法

1.1外排水水質(zhì)

外排水的水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 外排的水質(zhì)

1.2流程和裝置

深度處理工藝流程見(jiàn)圖1。

原水首進(jìn)步入調(diào)節(jié)罐，通過(guò)泵分別打入生物處理槽和試驗(yàn)柱、處理槽1、2可串聯(lián)使用也可并聯(lián)各自運(yùn)行，其處理水量為0.5~1.25m³/h；試驗(yàn)柱1、2并聯(lián)運(yùn)行，處理水量為0.1~0.25m³/h。試驗(yàn)裝置均采用穿孔管曝氣，好氧處理出水可以排放，也可進(jìn)入后續(xù)工序進(jìn)行深度處理。

生物處理槽1、2的尺寸分別為3.00×1.20×1.80m（有效容積為5.95m³）和2.50×1.20×1.80m（有效容積為4.95m³）；試驗(yàn)柱的尺寸均為0.80×0.40×3.35m（有效容積為0.91m₃），試驗(yàn)柱1的穿孔管橫向布置于柱底進(jìn)水端處，柱2的穿孔管橫向位于柱底中部。填料為圓柱狀聚丙烯懸浮填料（直徑為50mm，高為5cm），密度為0.98~0.99g/cm³，柱內(nèi)分布一圈翼片，實(shí)際比表面積約為230m²/m³，投加率為40%~50%。

1.3分析項(xiàng)目及方法

COD、BOD₅、NH₃-N、油、硫化物、酚、濁度等采用常規(guī)的分析方法，生物膜通過(guò)鏡檢和電鏡掃描觀察，有機(jī)物組分采用GC-MS分析，測(cè)定前水樣做如下處理：取水樣1.0L并加入30g氯化鈉和1.0ml氘萘二氯甲烷溶液（119μg/ml），以*調(diào)節(jié)pH值至12，用用二氯甲烷萃取兩次并將萃取部分合并，其為堿性組分；將上述萃取后的剩余水樣用氯化氫調(diào)節(jié)至pH值為2，再用二氯甲烷萃取兩次并將萃取部分合并，其為酸性組分。兩組組分分別脫水后合并濃縮液并定容至1.0ml。

二、結(jié)果與討論

2.1污染物的去除

懸浮填料生物接觸氧化工藝運(yùn)行一個(gè)月左右，處理槽就可獲得較好的去除效果。裝置穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)主要污染物的去除情況見(jiàn)表2。

表2 主要污染物去除情況

由表2可知，裝置對(duì)污染物有很好的去除效果。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，NH₃-N的去除率與其進(jìn)水濃度有關(guān)：當(dāng)進(jìn)水NH₃-N濃度＜20mg/L時(shí)其去除率＞75%，當(dāng)進(jìn)水NH₃-N濃度＞20mg/L時(shí)去除率有所下降。COD的去除率一般為15%~50%且與HRT有關(guān)，這主要是由于煉油廢水中含有較多難降解的大分子物質(zhì)，微生物需要較長(zhǎng)的HRT來(lái)分解這些物質(zhì)。

為考察對(duì)微量大分子有機(jī)物的去除效果，對(duì)進(jìn)、出水進(jìn)行了GC-MS測(cè)定。進(jìn)水共檢測(cè)出147種有機(jī)物，其相對(duì)分子質(zhì)量大都在120以上，且具有一個(gè)或多個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，是形成水中色度的主要物質(zhì)。出水有7種物質(zhì)的分子式未測(cè)出，66種物質(zhì)變化不顯著，74種物質(zhì)濃度降低。可見(jiàn)，懸浮填料生物接觸氧化工藝對(duì)某些大分子有機(jī)物具有一定的去除效果，但總體來(lái)說(shuō)去除效果不顯著。

2.2兩種處理的效果對(duì)比

由于外排水的可生化性差（BOD₅/COD＜0.2） ，而且大分子有機(jī)物多，故進(jìn)行了厭氧水解+好氧處理和直接好氧處理的對(duì)比試驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 兩種生化處理方式的除污效果

由表3可知，在相同的HRT條件下直接好氧處理對(duì)污染物的去除率比厭氧水解+好氧處理的略高。因此，直接采用好氧處理就可*去除煉油廠外排水中的大部分還原性物質(zhì)。

2.3填料狀態(tài)與去除效果

試驗(yàn)柱1、2的曝氣管位置不同，相同工況下填料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也不同（柱1中的填料處于流化狀態(tài)，柱2中的填料處于靜置狀態(tài)）。兩種情況下污染物的去除效果見(jiàn)表4。

表4  填料的狀態(tài)與對(duì)污染物去除效果的關(guān)系

由表4可知，柱1、2對(duì)COD、BOD₅、硫化物、UV₂₅₄的去除率接近，但柱2對(duì)油、NH₃-N、SS的去除效果略好。這說(shuō)明懸浮填料用于廢水的深度處理時(shí)流化與否對(duì)污染物的去除率影響不大，填料流化的優(yōu)勢(shì)沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)。可能是由于煉油廢水經(jīng)過(guò)二級(jí)處理后的COD、BOD₅和SS的濃度都不高，在兩種狀態(tài)下填料上的生物膜都很薄，幾乎不存在厭氧環(huán)境，微生物的活性相似。可見(jiàn)，懸浮填料用于廢水的深度處理時(shí)生物量是影響污染物去除的主要因素。

需要注意的是，填料靜止時(shí)對(duì)SS去除率比流化狀態(tài)時(shí)的高。從長(zhǎng)期運(yùn)行的角度來(lái)看，填料保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可避免因SS過(guò)度積累而影響其除污染能力。試驗(yàn)說(shuō)明，廢水深度處理中懸浮填料只要呈流動(dòng)狀態(tài)以防止積泥即可。

2.4 填料的鏡檢

在水溫為20℃左右的條件下運(yùn)行4~5周，填料表面就能形成生長(zhǎng)良好的生物膜。生物膜成熟時(shí)填料上的生物量平均為0.0297~0.1773g TS/個(gè)，揮發(fā)性有機(jī)物含量為48.15%~58.36%，生物膜的厚度為0.03~0.2mm，平均厚度為0.05mm，可見(jiàn)生物膜很薄。鏡檢發(fā)現(xiàn)膜上動(dòng)物以清型動(dòng)物為主，優(yōu)勢(shì)動(dòng)物群有鐘蟲、累枝蟲、變形蟲、吸管蟲等原生動(dòng)物和線蟲、輪蟲等后生動(dòng)物，而瓢體蟲和尾盤蚓等環(huán)節(jié)動(dòng)物很少見(jiàn)。掃描電鏡發(fā)現(xiàn)填料上的生物膜分布均勻、立體層次分明，膜表面主要為球狀細(xì)菌而桿狀和絲狀細(xì)菌較少見(jiàn)。

2.5其他

足夠的堿度是維持生物硝化過(guò)程中pH值正常的基礎(chǔ)（硝化過(guò)程會(huì)引起堿度消耗，7.14mg堿度/mgNH_3­­-N）。外排水的堿度一般為100mg/L（碳酸鈣計(jì)）左右，則推算裝置去除NH₃-N的能力為14mg/L，所以當(dāng)進(jìn)水NH₃-N的濃度＞20mg/L后（水的pH值很快下降到6.2以下），對(duì)NH₃-N的去除效果變差。為保證NH₃-N的*去除，除了廢水氣提裝置和廢水處理廠應(yīng)正常運(yùn)行外，同時(shí)可利用反硝化工藝去除NO₃^—N并增加堿度以達(dá)到去除氨氮和總氮的目的。如果廢水處理廠沒(méi)有反硝化措施而外排水的NH₃-N濃度又高，則需投加碳酸鈉或碳酸氫鈉以維持水中足夠的堿度。

三、結(jié)論

1. 采用懸浮填料生物接觸氧化工藝深度處理煉油廠二級(jí)處理出水，它對(duì)COD、BOD₅、NH₃-N、油、硫化物等均有良好的去除效果，對(duì)大分子有機(jī)物則能部分去除；正常的曝氣強(qiáng)度就可使填料呈流化狀態(tài)且不需反沖洗，十分有利于裝置的長(zhǎng)期運(yùn)行。

2. 在相同的HRT條件下，直接好氧處理的除污染效果略優(yōu)于厭氧水解+好氧的效果；填料靜置和流化兩種狀態(tài)的除污染效率相近，故當(dāng)其用于廢水的深度處理時(shí)只要保持流動(dòng)狀態(tài)即可。

3. 所用懸浮填料比表面積大，掛膜和脫膜容易、填料上成熟的生物膜狀況良好，活性高、膜上的微生物種類十分豐富、除污染能力強(qiáng)。該填料不需要支架、管理方便、基建及裝置的改造費(fèi)用低、非常適合在廢水回用領(lǐng)域推廣使用。