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高濃度石油化工廢水處理現(xiàn)狀分析

2015-03-22 07:14
關(guān)鍵詞:活性污泥高濃度硝化

(中國環(huán)境管理干部學(xué)院,河北 秦皇島066102)

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),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)的處理效率會大大下降[1]。

凌文華[2]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COD 8 000 mg/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。

耿土鎖[3]對普通厭氧反應(yīng)器進(jìn)行了改進(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4.2~6.3 m3·水/(m3填料·d),COD負(fù)荷約為0.6~0.8 kgCOD/(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

康雪琴等[4]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[5]將混合推流式曝氣池分成六段(如圖1所示)。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 接觸氧化法

夏四清等[6,7]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6 h、8 h、10 h、12 h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77.4~234 mg/L和245.5~695.7 mg/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15 mg/L和90 mg/L。試驗(yàn)期間進(jìn)水氨氮濃度在8.3~53.2 mg/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9.43 mg/L、3.10 mg/L、1.71 mg/L、0.79mg/L。陳洪斌、王學(xué)江、顏家保等[8-10]也分別利用懸浮填料接觸氧化工藝對煉油廢水的處理進(jìn)行了試驗(yàn),均取得了良好的效果。

圖1 推流式曝氣池試驗(yàn)裝置

2.3 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。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)[11]。

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5 000~7 000 mg/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0.6 kgCOD/(m3·d),氨氮容積負(fù)荷為0.07 kg/(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[12]。郭景海[13]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40~50 mg/L時(shí),出水氨氮能夠達(dá)到2~3 mg/L,去除率在90%上。

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工藝流程如圖2所示:

圖2 氧化溝工藝處理石油化工廢水工藝流程

該工藝一般需要生化預(yù)處理,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[14]。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 兩段活性污泥法

王黎等[15]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1 600 mg/L,BOD5為800 mg/L,總?cè)莘e負(fù)荷為1.2 kgCOD/(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[16]。

3.2 厭氧—生物膜法

張敏等[17]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8.7 kg/(m3·d),平均去除率達(dá)35%,好氧處理COD負(fù)荷1.87 kg/(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(GB 8978-1996)二級標(biāo)準(zhǔn)。楊柳燕等[18]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HRT12 h,一段和二段接觸氧化池的HRT各為12 h,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2 066.4 mg/L、120.74 mg/L、283.44 mg/L和20.76 mg/L時(shí),處理后出水濃度分別為236 mg/L、74.33 mg/L、0.86 mg/L和1.22 mg/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)。

3.3 A/O工藝

A/O法的簡要工藝流程如圖3所示:

圖3 A/O工藝流程

李秀懷[19]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[20];(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)30~40 h。過長的停留時(shí)間會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[21]。

3.4 三相生物流化床

Koch等[22]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%。

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,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)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;(2)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;(3)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;(4)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;(5)難以實(shí)現(xiàn)自動化控制,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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