探討高濃度石油化工廢水處理工藝
【m.34dn.com南京純水設(shè)備】石油化工廢水水量大，成分復(fù)雜，是目前污染較嚴(yán)重的工業(yè)廢水之一。該廢水通常具有較高的有機(jī)物濃度和氨氮濃度，并且廢水中往往含有大量芳香族類難降解有機(jī)物和有毒有害物質(zhì)，如硫化物、揮發(fā)酚等，因此利用普通的活性污泥生物處理系統(tǒng)很難培養(yǎng)出活性較高的微生物，很難滿足現(xiàn)階段環(huán)保要求。
當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者在高濃度、難降解石油化工廢水的處理方面做了大量的研究。其中利用生物方法進(jìn)行處理具有處理效果好、成本低的優(yōu)點(diǎn)，南京工業(yè)純水處理設(shè)備因而越來越多地受到研究者的青睞?，F(xiàn)對各種工藝的研究現(xiàn)狀綜述如下：
1、厭氧生物處理
厭氧生物處理是高濃度有機(jī)廢水處理常用的方法，具有能耗低、負(fù)荷高，再生沼氣能源等優(yōu)點(diǎn)。但在處理高濃度、難降解石油化工廢水時(shí)，由于廢水中往往含有對產(chǎn)甲烷菌有毒害和抑制作用的高濃度氨氮和硫化物，系統(tǒng)的處理效率會(huì)大大下降。
利用UASB反應(yīng)器對高濃度石油化工廢水進(jìn)行預(yù)處理，反應(yīng)器采用溫度范圍為30~38℃，在進(jìn)水COD8000mg/L時(shí)，COD去除率能達(dá)到85%以上，且該系統(tǒng)設(shè)備負(fù)荷高，占地面積少，剩余活性污泥產(chǎn)量低，污泥脫水性良好，在厭氧UASB反應(yīng)器的下部形成了沉淀性能良好的顆粒污泥，對廢水中污染物質(zhì)具有較高的去除效率。
對普通厭氧反應(yīng)器進(jìn)行改進(jìn)，采用輕質(zhì)、多孔的陶粒作為厭氧生物過濾柱的載體，對經(jīng)過隔油與兩級混凝氣浮處理的煉油廢水進(jìn)行深度處理試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著陶粒填料上生物膜的逐漸增加，其處理水量與COD負(fù)荷也隨之增加。當(dāng)培養(yǎng)馴化兩個(gè)月后，填料的負(fù)荷達(dá)到了4.2~6.3m3˙水/(m3填料˙d)，COD負(fù)荷約為0.6~0.8kgCOD/(m3填料˙d)，COD去除率達(dá)到70%~80%，油類和揮發(fā)酚的去除率均在80%以上。并且系統(tǒng)耐沖擊負(fù)荷，運(yùn)行穩(wěn)定，厭氧出水清澈透明，無色無味，可生化性好，再經(jīng)過好氧生物處理后，可達(dá)到回用水的要求。
2、好氧生物處理
好氧生物處理是目前普遍采用的生物處理方法，因其處理成本低，運(yùn)行操作簡單，在大多數(shù)的工業(yè)廢水處理中被廣泛采用。
2.1 改進(jìn)傳統(tǒng)活性污泥法
對傳統(tǒng)活性污泥法進(jìn)行改進(jìn)，采用氧氣曝氣法處理高COD、含硫、含氨的石油化工廢水，試驗(yàn)對氧曝和空曝進(jìn)行了對比。經(jīng)過三個(gè)月的運(yùn)行表明，與空氣曝氣法相比，氧氣曝氣法凈化效果高，出水水質(zhì)好，COD和BOD5的平均去除率可達(dá)到88.6%和97.6%;且操作平穩(wěn)安全，抗沖擊性能強(qiáng)，污泥沉降性能好，相對提高了反應(yīng)器的容積負(fù)荷。但是該方法由于使用純氧，成本較高，因此很難推廣。
利用推流式混合曝氣池處理高濃度石化廢水是活性污泥法的另一個(gè)改進(jìn)，然而該方法同樣存在著COD、BOD5、油、酚、硫化物等的去除率高，而氨氮去除率低的問題。唐逸衡將混合推流式曝氣池分成六段。
前四段作為異氧菌繁殖場所，主要去除有機(jī)碳;后兩段以進(jìn)行硝化反應(yīng)為主，通過改變運(yùn)行條件來促進(jìn)硝化細(xì)菌的生長。在第五段利用廠區(qū)生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的廢堿液來調(diào)節(jié)pH值和堿度，實(shí)現(xiàn)在去除COD、酚、油等物質(zhì)的同時(shí)，提高氨氮的去除效率。
2.2 SBR工藝
序批式活性污泥法(SBR法)是一種不同于傳統(tǒng)活性污泥法的廢水處理工藝，是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，按照給定的程序進(jìn)行充水、反應(yīng)、沉淀、排水及閑置等。該工藝通過曝氣、停氣，使系統(tǒng)內(nèi)的好氧和缺氧狀態(tài)交替進(jìn)行。南通純水處理設(shè)備在降解COD的同時(shí)，相繼進(jìn)行了氨氮的硝化和反硝化，達(dá)到同時(shí)脫碳、脫氮的目的。SBR工藝結(jié)構(gòu)形式簡單，運(yùn)行方式靈活多變，有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，具有一系列連續(xù)流系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
撫順石油化工研究院通過小試試驗(yàn)，對SBR法處理石油化工廢水進(jìn)行了研究。用壓縮空氣充氧，污泥濃度保持5000~7000mg/L，反應(yīng)器溫度在28~32℃。結(jié)果表明，在CODCr進(jìn)水容積負(fù)荷為0.6kgCOD/(m3˙d)，氨氮容積負(fù)荷為0.07kg/(m3˙d)的條件下，CODCr去除率為94%，氨氮去除率為90%以上，總氮去除率在60%左右，具有良好的去除效果。
運(yùn)用SBR法處理吉林石化廠廢水，控制溫度在20℃左右、pH在6~9條件下，氨氮有較好的去除效果，進(jìn)水氨氮40~50mg/L時(shí)，出水氨氮能夠達(dá)到2~3mg/L，去除率在90%上。
2.3 接觸氧化法
采用懸浮填料接觸氧化生物反應(yīng)器對高濃度石油化工廢水進(jìn)行處理。通過6h、8h、10h、12h四個(gè)不同水力停留時(shí)間的硝化過程，取得了不同運(yùn)行條件下的氨氮去除效果。結(jié)果表明，懸浮填料生物反應(yīng)器完全可以達(dá)到生物硝化的目的。當(dāng)進(jìn)水中BOD5和CODCr濃度變化范圍在77.4~234mg/L和245.5~695.7mg/L時(shí)，其平均去除率分別為90%和80%以上，平均出水濃度分別小于15mg/L和90mg/L。試驗(yàn)期間進(jìn)水氨氮濃度在8.3~53.2mg/L范圍內(nèi)時(shí)，四個(gè)工況條件下的平均去除率分別為55.5%、86.7%、91.1%和95.6%，平均出水濃度分別是9.43mg/L、3.10mg/L、1.71mg/L、0.79mg/L。
2.4 氧化溝工藝
氧化溝工藝是由南非的Huisman設(shè)想開發(fā)，20世紀(jì)80年代末引進(jìn)國內(nèi)的，其主要功能是除磷脫氮，利用氧化溝工藝處理石油化工廢水。
該工藝一般需要生化預(yù)處理，南京實(shí)驗(yàn)室純水處理設(shè)備主要的處理方法有水解預(yù)處理和好氧生化預(yù)處理。氧化溝工藝通過控制溝內(nèi)各段的溶解氧含量，達(dá)到自身“好氧—缺氧—厭氧—好氧……”的反復(fù)循環(huán)處理過程，既能降解COD，又能夠?qū)崿F(xiàn)硝化反硝化脫氮和生物除磷。但是利用氧化溝工藝處理石油化工廢水在實(shí)際運(yùn)行中亦未如愿，大多脫氮效果不理想。主要原因是該工藝在實(shí)際運(yùn)行中硝化和反硝化效率不高。
3、組合工藝
石油化工廢水本身的特點(diǎn)決定了在實(shí)際工程中，用一種處理工藝很難達(dá)到良好的處理效果。因此，研究者多以各種處理工藝組合的方法來處理高濃度石化廢水。
3.1 厭氧—生物膜法
利用厭氧降解和生物接觸氧化法處理奧里油化工廢水，探索了該工藝對奧里油化工廢水的適應(yīng)能力和處理效果。結(jié)果表明，該工藝處理奧里油石油化工廢水處理效果較好，厭氧降解處理COD負(fù)荷8.7kg/(m3˙d)，平均去除率達(dá)35%，好氧處理COD負(fù)荷1.87kg/(m3˙d)，平均去除率達(dá)69%，生物處理COD總?cè)コ蔬_(dá)80%，最終出水達(dá)到污水綜合排放(GB8978-1996)二級標(biāo)準(zhǔn)。
采用水解—好氧生物膜工藝對難降解的石油化工廢水處理進(jìn)行研究。其中水解段HRT12h，一段和二段接觸氧化池的HRT各為12h，水溫為10℃。研究結(jié)果表明，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水COD、氨氮、酚和硫化物的濃度分別為2066.4mg/L、120.74mg/L、283.44mg/L和20.76mg/L時(shí)，處理后出水濃度分別為236mg/L、74.33mg/L、0.86mg/L和1.22mg/L，達(dá)到國家三級排放標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行過程中，將沉淀池的污泥回流至水解酸化池并在其中得到消化，因而本工藝基本無剩余污泥排放。此外，系統(tǒng)還具有運(yùn)行穩(wěn)定、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
3.2 兩段活性污泥法
采用兩段活性污泥法(AB工藝)處理石油化工廢水，在進(jìn)水COD為1600mg/L，BOD5為800mg/L，總?cè)莘e負(fù)荷為1.2kgCOD/(m3˙d)的條件下，COD去除率能達(dá)到96.5%，BOD5去除率達(dá)98%以上，氨氮去除率也達(dá)到了較高的水平。但是在利用兩段活性污泥法處理高濃度石化廢水時(shí)，普通活性污泥法的缺點(diǎn)也難以避免，如受廢水中有毒物質(zhì)的影響較大，COD去除效果不穩(wěn)定，耐沖擊能力差等，因此很難滿足日益提高的出水水質(zhì)要求。
3.3 三相生物流化床
利用三相生物流化床工藝處理含酚、雜環(huán)化合物和芳香胺的石化廢水。以砂、陶粒、活性碳等顆粒狀物質(zhì)作為微生物生長載體，反應(yīng)器內(nèi)生物固體濃度可達(dá)普通活性污泥法的5~10倍。同時(shí)，生物載體被上升的廢水和空氣流化，生物載體與廢水、空氣充分接觸，傳質(zhì)狀況大大改善，COD去除率達(dá)到69%。
3.4 A/O工藝
采用A/O工藝處理廣州某重油制氣廠廢水。結(jié)果表明，A/O工藝對氨氮具有很強(qiáng)的去除能力，去除率達(dá)到95%以上，出水氨氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放;對COD也有較高的降解能力，正常情況下去除率達(dá)到80%以上。從理論上講，A/O工藝對石油化工廢水具有良好的處理效果，但在實(shí)際工程中往往會(huì)出現(xiàn)以下問題：
(1)受到進(jìn)水水質(zhì)的影響較大，氨氮去除效果不理想;
(2)O段的水力停留時(shí)間難以控制。很多采用A/O工藝的石化廢水處理廠為了獲得較高的有機(jī)物去除效率，將O段水力停留時(shí)間設(shè)置的很長，有時(shí)長達(dá)30~40h。過長的停留時(shí)間會(huì)使微生物處于衰減相運(yùn)行，污泥中的灰分較多，污泥的活性降低，聚凝性能變差。
4結(jié)語
綜合上述，國內(nèi)外學(xué)者在處理石化廢水方面做了大量的研究工作，南京反滲透純水處理設(shè)備在處理工藝、運(yùn)行條件上得出了一些有重要價(jià)值的結(jié)論，這對于處理高濃度、難降解廢水具有重要的指導(dǎo)意義。通過以上分析也可以發(fā)現(xiàn)，采用常規(guī)的工藝處理高濃度、難降解的石油化工廢水存在著以下問題：
(1)高濃度進(jìn)水時(shí)有機(jī)物的去除效率不高，不能滿足出水水質(zhì)的要求;
(2)污泥培養(yǎng)困難，活性不高甚至大量死亡，系統(tǒng)耐沖擊負(fù)荷能力差;
(3)對廢水中有毒物質(zhì)的適應(yīng)能力低，有毒物質(zhì)去除率效果不理想。同時(shí)廢水中有毒物質(zhì)的存在往往導(dǎo)致大量微生物死亡，影響有機(jī)物、氨氮的去除效率;
(4)有些工藝雖然能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)物高的去除率，但是硝化脫氮效果較差，出水氨氮的濃度較高;
(5)難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，操作繁瑣，運(yùn)行成本高。通過有關(guān)學(xué)者地積極探索，新的、更有效的處理高濃度、難降解的工業(yè)廢水的工藝是采用兩段法的基本思想，即將有機(jī)物的降解和硝化脫氮分別置于兩個(gè)不同的反應(yīng)器中進(jìn)行，這不僅避免了常規(guī)的一段法產(chǎn)生的葡萄糖效應(yīng)，而且在第二段發(fā)生了硝化反應(yīng)，提高了系統(tǒng)的脫氮效率。
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