苗曉亮

【摘 要】石化廢水中含油，COD和NH3-N濃度較高，廢水組分多樣、部分有毒性，屬于難處理的廢水。本文通過對某石化廢水生化處理氧化溝改造工程，重點闡述了高效低氧生化工藝的原理和特點，并與改造前的傳統(tǒng)生化處理工藝氧化溝進行了對比性分析。該工藝可高效的去除COD，控制溶解氧濃度，維持低氧生化池內(nèi)溶解氧的低水平，通過同步硝化反硝化實現(xiàn)高效脫氮。該工藝簡單，耐沖擊能力強，運行管理容易，水下設(shè)備少，且主要設(shè)備均能實現(xiàn)不停車維護更換。

【關(guān)鍵詞】石化廢水；高效低氧生化工藝；微孔曝氣軟管

中圖分類號： X742 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）09-0001-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.001

Application of a New Type of High-efficiency and Low-oxygen Biochemical Process in Petrochemical Wastewater Treatment

MIAO Xiao-liang

（Shanghai Lanke Petrochemical Environmental Technology Co.， Ltd.， Shanghai 201204， China）

【Abstract】Petrochemical wastewater contains relatively high concentrations of oil， COD and NH3-N. The components of the wastewater are diverse and partially toxic. It is difficult to treat. In this paper， the reformation project of the oxidation ditch of biochemical treatment of a petrochemical wastewater is described. The principle and characteristics of the high-efficiency and low-oxygen biochemical process are mainly described， and the oxidation oxidation ditch of the traditional biochemical treatment process before the transformation is compared and analyzed. The process can efficiently remove COD， control the dissolved oxygen concentration， maintain the low level of dissolved oxygen in the low-oxygen biochemical pool， and achieve high-efficiency denitrification by simultaneous nitrification and denitrification. The process is simple， strong impact resistance， easy operation and management， less underwater equipment， and the main equipment can achieve maintenance and replacement without stopping.

【Key words】Petrochemical wastewater；High efficiency and low oxygen biochemical process；Microporous aeration hose上海某石化公司是從事煉油和化工的綜合性公司。其主要產(chǎn)品有汽油、柴油、乙烯、丙烯、聚乙烯、腈綸等60多種產(chǎn)品，除了石油化工產(chǎn)品，還有合成樹脂和合成纖維。[1]

公司2#污水處理單元處理水量是5.0萬噸/日。主要處理對象有生產(chǎn)車間排放的含丙烯腈、氰化鈉、酸性水、油脂、PTA高濃度廢水、高硫高氨廢水、腈綸廢水等。該廢水特點是：含油，COD和NH3-N濃度較高，廢水組分多樣、有毒性。其中丙烯腈、氰化鈉對污水處理微生物的限制及致死作用，給生化處理帶來難度。

目前，污水處理工藝是由生產(chǎn)車間進行預(yù)處理，達(dá)到一定要求后，然后由環(huán)保水務(wù)部排到污水處理廠，處理后的達(dá)標(biāo)污水排放，工藝如圖1。目前主要存在的問題是二級生化處理裝置的氧化溝是機械表面曝氣的三槽式氧化溝，現(xiàn)為敞開式結(jié)構(gòu)，池內(nèi)臭味散發(fā)狀況較為嚴(yán)重，無法滿足上海市地區(qū)和石化行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)；工藝設(shè)備陳舊老化，能耗高，時常出現(xiàn)故障；二沉池的出水水質(zhì)出現(xiàn)超標(biāo)情況，不能滿足后續(xù)工藝。

針對這種廢水，本項目選擇的工藝是一種新型高效低氧生化工藝，將氧化溝改造為高效低氧生化池，并對高效低氧生化池增加鋼筋混凝土頂蓋，收集廢氣，處理后高空排放。改造后高效低氧生化池處理水量6.0萬噸/日，而且出水水質(zhì)達(dá)到深度處理單元進水水質(zhì)。

1 工藝流程說明

將原有的氧化溝改造成一套高效低氧生化工藝處理系統(tǒng)，改造后池體由厭氧攪拌區(qū)、空氣推流區(qū)、低氧曝氣區(qū)，原氧化溝尺寸為109.27m× 57.09m×5.47m，有效池容為28700m3。廢水首先從初沉池自流到高效低氧生化池的厭氧攪拌區(qū)，然后進入空氣推流區(qū)，氣提裝置使廢水和池內(nèi)的經(jīng)過處理的廢水快速混合，最后廢水流到低氧曝氣區(qū)，從溢流堰溢流到二沉池。

在高效低氧生化工藝工藝處理系統(tǒng)中，微生物氧化降解有機污染物所需的空氣由磁懸浮鼓風(fēng)機供給，通過設(shè)置在池底的微孔曝氣軟管到水里。采用溶解氧監(jiān)測儀監(jiān)測廢水的數(shù)據(jù)，自動調(diào)整磁懸浮鼓風(fēng)機風(fēng)量，維持高效低氧生化池內(nèi)溶解氧（DO）的低水平。

在高效低氧生化工藝生化處理系統(tǒng)中，通過氣提裝置實現(xiàn)大比例混合液內(nèi)循環(huán)，對進水進行大比例稀釋，系統(tǒng)首末端的有機物濃度梯度小，污染物負(fù)荷在系統(tǒng)內(nèi)平均化，也使得曝氣區(qū)的任何單位面積上對氧的需求量相差很小，使得曝氣區(qū)溶氧的控制在低位水平上變得簡單可行，污染物負(fù)荷的均衡化以及溶氧控制的穩(wěn)定化，給高效低氧生化工藝系統(tǒng)中的微生物創(chuàng)造了非常穩(wěn)定的生長環(huán)境，對微生物的降解效率的提高起到了重要作用。

主要設(shè)計參數(shù)：

處理能力：60000m3/d

高效低氧生化池尺寸：109.27×57.09×5.47m 1座

有效容積：28700m3（不含沉淀池）

停留時間：11.4h

容積負(fù)荷：0.39kgCOD/m3·d

污泥濃度：5～8g/L

設(shè)計污泥量：3.96噸 絕干污泥/天

主要設(shè)備參數(shù)：

微孔曝氣軟管：總長度9050米，62-65mm的直徑，厚度0.4mm，微孔的直徑小于1mm，拉伸率大于10%，氧轉(zhuǎn)移效率（6.0m）> 40%

空氣推流器：12套

溶解氧控制系統(tǒng)：DOCS-105 3套 2用1備

溶氧儀：0～20mg/L 4套

磁懸浮鼓風(fēng)機：風(fēng)量5100m3/h，6000Pa，105kW 3臺（2用1備）

2 高效低氧生化工藝

高效低氧生化工藝借鑒于傳統(tǒng)的活性污泥法，創(chuàng)新的建立了不同于生存環(huán)境，并將高效低氧生化池的來水端以很低的能耗進行大比例的稀釋，可控制稀釋的倍數(shù)，為廢水中微生物的遴選馴化了一個較為穩(wěn)定環(huán)境，保證了該工藝的優(yōu)勢菌種數(shù)量最大量，提高了降解污染物效率，可高效的去除COD。通過磁懸浮鼓風(fēng)機風(fēng)量的調(diào)節(jié)，保持低氧生化池內(nèi)溶解氧在低水平，實現(xiàn)硝化反硝化高效脫氮。該工藝簡單，耐沖擊能力強，運行管理容易，水下設(shè)備少，且主要設(shè)備均能實現(xiàn)不停車維護更換。

2.1 高效脫氮原理

與傳統(tǒng)的活性污泥法工藝分步脫氮占主導(dǎo)不同，高效低氧生化短程硝化反硝化脫氮約占60%左右。全程/短程硝化反硝化脫氮流程見圖2。短程硝化反硝化脫氮降低了對碳源的需求，極大的降低了硝態(tài)氮累積的對脫氮的影響，從而實現(xiàn)高效脫氮，節(jié)約能耗。[2]

高效低氧生化工藝通過溶解氧儀-風(fēng)機頻率的聯(lián)動，時刻跟蹤高效低氧生化池溶解氧需求量的變化，精確地控制高效低氧生化池供風(fēng)量，實現(xiàn)溶解氧的精確控制，實現(xiàn)該工藝所需的系統(tǒng)環(huán)境。

2.2 能耗較低

高效低氧生化工藝溶解氧由溶解氧儀、磁懸浮鼓風(fēng)機和變頻器以及可編程序控制器（PLC）實現(xiàn)調(diào)節(jié)。高效低氧生化池內(nèi)溶解氧，通過溶解氧儀實時監(jiān)測，并通過PLC根據(jù)進出水水質(zhì)由軟件程序進行計算處理，實時的控制磁懸浮鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，將池內(nèi)溶解氧控制在合理范圍內(nèi)。

磁懸浮鼓風(fēng)機對應(yīng)高效低氧生化工藝低氧曝氣區(qū)，同時，利用池內(nèi)溶氧儀的反饋信號形成回路，如果池中溶解氧濃度低于設(shè)定值，溶解氧儀發(fā)送4～20mA信號到變頻器的PLC操作，調(diào)節(jié)變頻器的運行頻率，從而提高磁懸浮鼓風(fēng)機頻率，相應(yīng)的空氣供應(yīng)量增加，提高池中溶解氧的指標(biāo)。運行過程中池中溶解氧濃度高于設(shè)定值時，PLC根據(jù)接受到的信號，運算后反饋至變頻器，來調(diào)節(jié)運行頻率，從而減小供風(fēng)量。[3]

與傳統(tǒng)的推流方式不同，高效低氧生化工藝系統(tǒng)的推流采用了氣提裝置作為推流的動力來源，通過簡單的池體結(jié)構(gòu)，結(jié)合氣提裝置，將池體內(nèi)的混合液推動起來，實現(xiàn)幾十倍內(nèi)循環(huán)，可以對原水進行大比倍瞬間稀釋，短時間內(nèi)將污染物負(fù)荷均勻的分散到整個池體中，同時也為溶解氧的控制提供了便利，值得一提的是，實現(xiàn)如此大比倍的循環(huán)，其能耗卻非常小。

2.3 占地較少

高效低氧生化工藝系統(tǒng)通過低溶氧、低負(fù)荷的控制方式，有效的延長了污泥齡，從而提高了高效低氧生化工藝系統(tǒng)內(nèi)的活性污泥量，傳統(tǒng)活性污泥法控制污水中污泥濃度一般為3g/L，而高效低氧生化工藝生物反應(yīng)池的污泥濃度可達(dá)6～10g/L，可減少占地面積，減少建設(shè)投資。本項目是在原氧化溝基礎(chǔ)上改造，占地省的特點沒有體現(xiàn)。

2.4 抗沖擊能力強

高效低氧生化工藝系統(tǒng)的氣提裝置的空氣來自曝氣鼓風(fēng)機，其風(fēng)量可以根據(jù)高效低氧生化池的污染物負(fù)荷變化而變化，也就是說可以根據(jù)來水的污染物負(fù)荷進行調(diào)整回流量，實現(xiàn)了循環(huán)量的控制。本工程是利用氣提裝置和特殊的水池設(shè)計，采用特殊的氣體推流技術(shù)，以少量的空氣，產(chǎn)生足夠的水流推動力，使池體內(nèi)混合液流動起來，實現(xiàn)幾十倍內(nèi)循環(huán)，從而實現(xiàn)大比倍瞬間稀釋，短時間內(nèi)將污染物負(fù)荷均勻的分散到整個池體中。進水中的丙烯腈、氰化鈉等對微生物有抑制的污染物被很快減低，從而形成一個平緩的污染物的降解梯度，池內(nèi)的污染物濃度差值很小。同時高效低氧生化工藝的污泥濃度高，對沖擊負(fù)荷的耐受能力比較強。

2.5 COD去除率高。

廢水進入高效低氧生化池厭氧攪拌區(qū)，可提高廢水可生化性，之后由氣提裝置提升，廢水經(jīng)過大比例稀釋，并且通過空氣的量控制稀釋的倍數(shù)，為廢水中微生物的遴選馴化了一個較為穩(wěn)定環(huán)境，保證了該工藝的優(yōu)勢菌種數(shù)量最大量，提高了降解污染物效率，可高效的去除COD。

高效低氧生化工藝系統(tǒng)采用德國原裝進口的微孔曝氣軟管，該軟管具有通氣量低、氧傳遞效率高，阻力損失小、氣泡均勻的特點，見圖3。微孔曝氣軟管采用TPU材質(zhì)，其優(yōu)點：強度高、耐磨性好、重量輕，使用輕柔方便（約為同尺寸PVC材質(zhì)的60%）、適用條件范圍廣等諸多優(yōu)點。詳細(xì)參數(shù)見表2。

相對于一般的曝氣管的氣泡升高速率0.9m/s左右，微孔曝氣軟管的氣泡升高速率約0.3～0.5m/s左右。微孔曝氣軟管的通風(fēng)量只有0.6-0.9m3/m.h，是傳統(tǒng)的曝氣管的10%-15%。氣泡直徑小，上升速率慢，可提高氧的傳遞效率，并且水中微生物更容易獲得氧，提供了一個低溶氧的環(huán)境，同時提高了廢水的污泥濃度。

2.6 防堵塞和不停車維修更換

曝氣軟管具有較高的拉伸強度及良好的擴張性能，給微孔曝氣軟管的“在線”更換和“自清洗”功能提供了良好的設(shè)備質(zhì)量基礎(chǔ)。根據(jù)微孔曝氣軟管的安裝方式，可在不停車或排空水池的情況下更換微孔曝氣軟管，如圖4所示。當(dāng)出現(xiàn)堵塞時，通過打開末端排水控制閥，排除微孔曝氣軟管雜質(zhì)。安裝后的曝氣軟管能夠通過頻繁的放空和充氣來清理曝氣管表面和內(nèi)壁的污染物質(zhì)，防止軟管堵塞，并能長期維持氣泡的均勻性和氧氣利用率。

3 原氧化溝與高效低氧生化工藝的對比

改造前后工藝對比見表3。

本項目選用磁懸浮離心鼓風(fēng)機。風(fēng)機運行效率可達(dá)85%，比傳統(tǒng)容積式羅茨風(fēng)機能提高30%效率，比常規(guī)多級離心風(fēng)機能提高20%的效率。在運行時，風(fēng)機的軸承沒有機械接觸，因此效率高，同時該風(fēng)機還具有無潤滑油、無機械保養(yǎng)、低震動、低噪音等優(yōu)點。[4]

氧化溝改造后節(jié)能效果對比表見表4，高效低氧生化池改造后每年將節(jié)約電耗352×8760=3083520（kW·h），（下轉(zhuǎn)第10頁）（上接第3頁）如果電費按照0.42元每千瓦時，每一年減省129.5萬元，降耗效果明顯。

通過對該石化公司環(huán)保水務(wù)部2#污水處理單元二級生化處理裝置原氧化溝改造，改為高效低氧生化工藝，并對水池進行加蓋，收集并處理高效低氧生化池的廢氣。同時優(yōu)化現(xiàn)有廢水處理工藝，并適當(dāng)提高裝置處理能力和處理效果。本項目的實施可保障該石化公司污水生化處理裝置廢水和廢氣的達(dá)標(biāo)排放，滿足環(huán)保法規(guī)要求，減少環(huán)境影響，并將進一步減少外排廢氣污染物總量，同時通過工藝及設(shè)備技術(shù)升級，降低能耗，提高該公司清潔生產(chǎn)水平，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的需要。同時本文重點闡述了高效低氧生化工藝的原理和特點，并與改造前的傳統(tǒng)生化處理工藝氧化溝進行了對比性分析，為石化廢水處理提供一個可選的工藝。

【參考文獻】

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[2]何紅梅，肖麗光.一體化生化工藝處理油頁巖干餾廢水的試驗研究[J].工業(yè)用水與廢水，2014.（2）：27-29

[3]宜奇峰.基于PLC的工業(yè)污水控制系統(tǒng)設(shè)計[D].遼寧：遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2015：1-7.

[4]彭燕.磁懸浮單極高速鼓風(fēng)機研發(fā)成功[J].化工管理，2015.（1）：52-53.