劉彥婷，齊永紅，楊宏遠(yuǎn)，韓興連

（1. 陜西省石油化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710054； 2. 重慶市水務(wù)集團(tuán)，重慶 400013）

水處理技術(shù)

基于CASS工藝的煉油污水生化處理研究

劉彥婷1，齊永紅1，楊宏遠(yuǎn)1，韓興連2

（1. 陜西省石油化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710054； 2. 重慶市水務(wù)集團(tuán)，重慶 400013）

介紹了煉油廠煉油污水的生化處理工藝。具體闡述了污水處理中CASS工藝的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)。以四川某煉油廠為例介紹了CASS工藝在煉油廠污水處理中的運(yùn)用。運(yùn)行結(jié)果表明，CASS生化處理系統(tǒng)具有較好的硝化與反硝化功能，對煉油廠的污水處理完全能夠達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

煉油污水；CASS；生化處理

在原油的煉制、加工及油品水洗過程中，會產(chǎn)生大量的煉油污水。這種煉油污水是一種集懸浮油、乳化油、溶解性有機(jī)物及鹽于一體的多相體系，污水中含有的污染物種類很多，主要的污染物包括石油類、揮發(fā)酚、懸浮物、COD、硫化物、BOD以及氨氮等［1,2］。裂化和重整裝置的含油污水中含硫量較高，催化裂化廢水中含有酚和氰，電脫鹽工藝產(chǎn)生懸浮物及鹽，酸堿精制廢水中含有酸和堿。油及溶解于污水中的硫化物、酚、氰化物等與原油加工工藝有關(guān)［3］。

目前，國內(nèi)的煉油廠對煉油污水的處理，一般都是采用“隔油、浮選、生化”的工藝［4］，絕大多數(shù)煉油企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放外排水。按處理程度來劃分煉油污水處理技術(shù)，一般可以劃分為一級處理、二級處理和三級處理。在一級處理中采用的方法包括浮選法、重力沉降法等；二級處理中使用的方法主要有生化法、凝聚法等；三級處理則包括膜分離法、吸附法等［5］。煉油廠污水的二級處理工藝中，可以把生化處理工藝分為兩類，即利用厭氧微生物作用的厭氧法與利用好氧微生物作用的好氧法。厭氧與好氧處理工藝各有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，僅僅單純依靠一種工藝很難取得滿意的處理效果。在實(shí)際工程運(yùn)用中，較為普遍的是將兩種工藝結(jié)合起來，按照“分級處理、厭氧先行、好氧把關(guān)”的原則確定合理的工藝流程。本文以四川某煉油廠的污水處理為例，介紹了CASS工藝在煉油廠污水處理中的應(yīng)用情況。

1 CASS工藝介紹

CASS (Cyclic Activated Sludge System)工藝即循環(huán)式活性污泥法，是一種改進(jìn)型SBR工藝。

CASS池的組成包括三部分：生物選擇區(qū)、厭氧區(qū)(也稱預(yù)反應(yīng)區(qū))、主反應(yīng)區(qū)［6］。CASS工藝?yán)靡粋€(gè)池子將泥水分離過程和生物反應(yīng)過程結(jié)合在一起，在生化反應(yīng)池中，活性污泥法的處理過程是由進(jìn)水曝氣、沉淀、潷水、閑置這四個(gè)過程不斷重復(fù)實(shí)現(xiàn)的。CASS池的主反應(yīng)區(qū)前端是生物選擇區(qū)，該區(qū)一直保持厭氧環(huán)境。在這個(gè)區(qū)，污水與從主反應(yīng)區(qū)回流過來的污泥混合液進(jìn)行充分的接觸、混合。由于回流污泥在主反應(yīng)區(qū)經(jīng)過了充分的曝氣，加上進(jìn)水中含有濃度較高的有機(jī)物，從而使污泥能夠始終保持在高活性的狀態(tài)。在這么高的底物濃度下，會使菌膠團(tuán)細(xì)菌增殖速度變的更快，成為環(huán)境中的優(yōu)勢菌群，抑制了絲狀菌的活性，能夠有效的防止污泥膨脹現(xiàn)象［7］，同時(shí)在厭氧條件下還可使污泥中的磷得到有效的釋放。處于高活性狀態(tài)下的污泥能夠較快吸收部分容易降解的溶解性有機(jī)物，基質(zhì)積累和再生過程就是在這個(gè)過程中產(chǎn)生的?；钚晕勰嘞仍谏镞x擇區(qū)中經(jīng)歷一個(gè)高負(fù)荷的吸附階段，又稱基質(zhì)積累，然后在主反應(yīng)區(qū)又會經(jīng)歷一個(gè)低負(fù)荷的基質(zhì)降解階段，從而完成了整個(gè)基質(zhì)降解的全過程及污泥的再生。主反應(yīng)區(qū)的污泥回流帶入了硝化態(tài)氮，在生物選擇區(qū)可發(fā)生比較明顯的反硝化作用。預(yù)反應(yīng)區(qū)處于缺氧的環(huán)境，這種環(huán)境可以在進(jìn)水水質(zhì)水量發(fā)生變化時(shí)減少對生物選擇區(qū)的沖擊，同時(shí)對磷的進(jìn)一步釋放具有較大促進(jìn)作用，還能夠強(qiáng)化氮的反硝化作用。最后，有機(jī)底物在CASS工藝的主反應(yīng)區(qū)能夠最終去除。運(yùn)行過程中，主反應(yīng)區(qū)被控制在好氧狀態(tài)，但是在活性污泥結(jié)構(gòu)內(nèi)部則保持缺氧的狀態(tài)。在這種情況下，一方面極大地限制了溶解氧向污泥絮體內(nèi)進(jìn)行的傳遞。另一方面，由污泥內(nèi)向主體溶液傳遞較高硝酸鹽的過程則能比較好地進(jìn)行，從而有效地進(jìn)行了反硝化反應(yīng)［8］。最終使有機(jī)污染物的降解過程與硝化反硝化反應(yīng)過程能夠同步地在主反應(yīng)區(qū)中進(jìn)行。系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 CASS系統(tǒng)工藝圖Fig.1 CASS system process chart

2 工藝實(shí)現(xiàn)

2.1 工藝設(shè)計(jì)

該煉油廠具有常減壓裝置、催化裂化裝置、重油催化裂化裝置、氣分裝置、重交瀝青等煉油裝置，以及加氫改質(zhì)裝置、焦化裂化裝置、硫磺回收等裝置。該煉油廠污水設(shè)計(jì)流量為300 m3/h。進(jìn)水水質(zhì)如表1。

污水處理的工藝采用了“調(diào)節(jié)除油罐+平流斜板隔油+1級渦凹?xì)飧?2級溶氣氣浮”等多種手段來去除水中浮油、乳化油及非溶解性的有機(jī)顆粒。將物化段出水中的油分控制在10～20 mg/L，從而大大減輕后續(xù)生化段對有機(jī)物的去除負(fù)荷。

表1 進(jìn)水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Water quality and emission standards

CASS工藝曝氣池運(yùn)行時(shí)，主反應(yīng)區(qū)的活性污泥在回流泵的作用下回流至選擇區(qū)中，整個(gè)生化反應(yīng)系統(tǒng)是以推流方式運(yùn)行［9］，但各個(gè)反應(yīng)區(qū)則是以完全混合的方式運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)碳化硝化與反硝化過程同步進(jìn)行。CASS工藝運(yùn)行操作按照周期重復(fù)進(jìn)行，每一個(gè)周期包括四個(gè)階段：進(jìn)水/曝氣、進(jìn)水/沉淀、排水和閑置。運(yùn)行中可以根據(jù)實(shí)際靈活調(diào)整工藝方式。比如，在進(jìn)水的時(shí)候可以同時(shí)曝氣或者選擇不曝氣。各階段的運(yùn)行時(shí)間還可以根據(jù)進(jìn)水的水質(zhì)及水量進(jìn)行任意調(diào)節(jié)。在一個(gè)周期結(jié)束之后，下一周期緊接著重復(fù)上一周期繼續(xù)運(yùn)行。具體運(yùn)行過程如下［10］：

(1)進(jìn)水/曝氣階段。該階段，進(jìn)水與曝氣同時(shí)進(jìn)行，活性污泥從主反應(yīng)區(qū)回流至生物選擇區(qū)，回流量根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際確定為污水量的20～30%。液位從設(shè)計(jì)的最低液位慢慢上升至設(shè)計(jì)的最高液位，有效容積將逐漸增加，即為變?nèi)莘e運(yùn)行。

(2)進(jìn)水/沉淀階段。在該階段停止鼓風(fēng)機(jī)曝氣，但不停止進(jìn)水。主要目的是澄清上清液及濃縮污泥。

(3)排水（即表面潷水）階段。項(xiàng)目中的排水設(shè)施采用的是移動式自動排水裝置—潷水器，該設(shè)備是整個(gè)CASS工藝處理中的關(guān)鍵設(shè)備之一。在沉淀階段結(jié)束時(shí)，潷水器根據(jù)指令開始工作，首先以較高的速度沿設(shè)定的軌道降到水面，當(dāng)與水面接觸后，潷水器內(nèi)部控制程序使?jié)b置的下降速度轉(zhuǎn)換至正常潷水下降速度。當(dāng)潷水裝置下降到最低水位（表明潷水階段結(jié)束），潷水器又迅速返回到初始狀態(tài)，等待下一周期運(yùn)行。為了避免將水面可能存在的浮渣（混）隨出水一起排出，在潷水器的前部安裝有一塊擋渣板。工程中潷水器設(shè)在CASS池末端，設(shè)備由電機(jī)驅(qū)動，按照系統(tǒng)內(nèi)置的程序計(jì)算，采用變頻來調(diào)節(jié)上升或下降速度。在這個(gè)階段，污泥回流同時(shí)進(jìn)行。

(4)閑置階段。在本周期結(jié)束轉(zhuǎn)向下個(gè)周期前，反應(yīng)池內(nèi)的微生物需要反應(yīng)時(shí)間來完成整個(gè)周期，因此最后設(shè)置了閑置階段。在閑置階段，通過內(nèi)源呼吸的作用可以使微生物恢復(fù)其活性，為下個(gè)周期準(zhǔn)備良好的初始條件。活性污泥經(jīng)過閑置期處理后處于一種營養(yǎng)物的饑餓狀態(tài)，這使得單位重量的活性污泥具有了很大的吸附表面積。這樣，在下個(gè)周期的進(jìn)水階段，CASS池內(nèi)的活性污泥具有的較強(qiáng)吸附能力就能充分發(fā)揮，達(dá)到有效去除污染物的目的。在閑置階段，污泥持續(xù)回流。由于微生物細(xì)胞是由多種化學(xué)成分所組成的，因此在生化池活性污泥系統(tǒng)中，微生物生長繁殖是需要一定比例營養(yǎng)物質(zhì)的。這些營養(yǎng)物質(zhì)中，除以BOD所代表的含碳有機(jī)物外，還需要一定比例的磷、氮及其他微量元素［11］。由于煉油污水中本身就含有較豐富的氮元素，較為缺乏磷元素。因此，本次設(shè)計(jì)中在生化池增設(shè)了磷溶液的投加設(shè)施，為微生物補(bǔ)充所需營養(yǎng)物，以保證能更好地去除污染物。在生物除氮過程中，由于硝化作用，消耗了污水中的堿度，為了保證硝化時(shí)pH值維持穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中在生化池增設(shè)了堿溶液投加設(shè)施，用于維持堿度平衡。

2.2 運(yùn)行結(jié)果

2.2.1 COD與BOD去除率分析

煉油污水處理廠的進(jìn)水 BOD濃度為 250～350 mg/L ，COD濃度為600～1 200 mg/L,正常運(yùn)行時(shí)，進(jìn)水水質(zhì)的變動并不大。經(jīng)過CASS工藝生化處理后的出水BOD濃度保持在15 mg/L以下，COD濃度保持在 80～100 mg/L，其去除率分別達(dá)到 95%，93% 。這樣的出水水質(zhì)完全達(dá)到了設(shè)計(jì)出水排放指標(biāo)及設(shè)計(jì)去除率。

2.2.2 NH3-N去除率分析

NH3-N的去除率是一項(xiàng)重要指標(biāo)，用于考查CASS工藝運(yùn)行效果是否達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。由圖 2可知，該煉油污水廠的CASS進(jìn)水水質(zhì)NH3-N濃度保持在60～90 mg/L，與前期設(shè)計(jì)值基本一致；經(jīng)過CASS工藝處理后的出水NH3-N濃度≤15 mg/L，其去除率達(dá)到了90%，優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)。由此表明CASS工藝具有較好的硝化與反硝化功能，出水能夠達(dá)到污水綜合排放國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 8978-1996)二類污染物的一級標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 CASS工藝進(jìn)出水NH3-N比較Fig.2 Comparison of NH3-N content before and after treatment with CASS process

3 結(jié)束語

CASS生化處理系統(tǒng)是一個(gè)具有多參量（如液位、水質(zhì)、壓力、流量等）、多任務(wù)（如進(jìn)水、曝氣、反應(yīng)、沉淀、排水等）、多設(shè)備（如潷水器、回流泵、鼓風(fēng)機(jī)、進(jìn)出水閥等）特點(diǎn)的復(fù)雜系統(tǒng)，在污水的整個(gè)生化處理系統(tǒng)中具有極其重要的作用。CASS工藝的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，在國內(nèi)外都有成功經(jīng)驗(yàn)，對煉油廠的污水處理完全能夠達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

［1］ 李翔美, 劉宏偉, 瞿德業(yè). MBR在煉油污水深度處理中的應(yīng)用[J].甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，24（2）：64-66.

［2］ 付朝臣, 廖日紅, 王培京. CASS工藝生物脫氮除磷效果分析[J]. 北京水務(wù)，2010（3）：21-23.

［3］ 李紹鋼. 含油污水的生化處理工藝[J]．價(jià)值工程, 2011（2）：54.

［4］ 張莉紅，王慧欣，王海霞. 煉油污水處理技術(shù)進(jìn)展[J]．安全、健康和環(huán)境, 2008（1）：30-32.

［5］ 王俊艷. 煉油污水處理方法探討[J]．化工中間體, 2009（10）：24-28.

［6］ 張鐵剛, 隋許英, 蘇升堅(jiān). CASS+BAF工藝在煉油污水處理中的應(yīng)用[J]. 水處理技術(shù)，2010，36（2）：126-128.

［7］ 花勇剛. CASS工藝污水處理廠生產(chǎn)性試驗(yàn)研究[D]. 重慶：重慶大學(xué)， 2008.

［8］ 常江. 朔州市污水廠 CAST工藝調(diào)試和運(yùn)行[D]. 山西：太原理工大學(xué)， 2008.

［9］ 梁水明. CASS生物脫氮原理及其在城市污水處理廠的應(yīng)用研究[J]．中國高新技術(shù)企業(yè), 2010（16）：87-88.

［10］任保伸. 中水處理技術(shù)[J]． 河北化工，2008（3）：64-66.

［11］李洪濤，邢希運(yùn). 污水生化處理CASS工藝的自動控制[J]. 工業(yè)用水與廢水，2007，38(4)：77-79．

Study on Biochemical Treatment of Refinery Sewage Based on CASS Technology

LIU Yan-ting1,QI Yong-hong1,YANG Hong-yuan1，HAN Xing-lian2
（1. Shaanxi Petroleum and Chemical Planning and Design Institute, Shaanxi Xi’an 710054，China；2. Chongqing Water Group, Chongqing 400013，China）

The biochemical treatment technology of refinery sewage was introduced. Characteristics and structure of CASS technology in sewage treatment were discussed in detail. Taking an oil refinery in Sichuan as an example,application of the CASS technology in treatment of refinery sewage was introduced. The operation results show that the CASS biochemical treatment system has better nitrification and denitrification, refinery sewage treated by the CASS biochemical treatment system can fully meet the national emission standard.

Refinery sewage; CASS; Biochemical treatment

X 742

B

1671-0460（2012）01-0063-03

2011-11-05

劉彥婷（1983-），女，陜西西安人，助理工程師，碩士，2009年畢業(yè)于北京化工大學(xué)，研究方向：化工企業(yè)節(jié)能環(huán)保研究與設(shè)計(jì)，

E-mail：lyt8363@163.com，電話：029-85542627。