qqnba2推荐：生物增效技术在石油化工污水处理中的应用

第 29卷第 6期 2009年 6月 工业水处理 Industrial W ater Treatment Vo1．29 No．6 Jun．，2009 生物增效技术在石油化工污水处理中的应用 王 玉祥 (中石化天津分公司，天津 300271) 生物净化是 目前处理工业污水的常用手段．这 种处理方法是通过微生物的新陈代谢作用．将污染 物分解、吸收，从而达到治理污染的目的。和物理、 化学法相比，生物处理法具有成本低、效率高、容易 操作、没有二次污染等特点 ，因此 ．在城市污水和工 业污水处理中得到了广泛的应用。而随着生产方法 和科学技术的发展，废水中污染物质的成分 日益复 杂，尤其当废水中含有毒、难降解的有机污染物时， 由于对该类有机物具有专项降解能力的微生物在环 境中的种类、数量较少，同时它在微生物菌种间竞争 中处于劣势 ，导致传统的生物处理体系的出水中仍 然含有较高浓度的有害物质，达不到 日趋严格的排 放标准。同时，污水的回用工艺也对前预处理提出 了很高的要求。传统的物理化学方法，包括微滤和 超滤 ，能够有效地去除悬浮物和微生物等非溶解性 有机物，但对污水中残存的可溶解性有机物无能为 力。有机物的大量存在对微滤膜和反渗透膜的使用 寿命及稳定运行存在着不可忽视的负面影响。因此． 传统的生物处理技术面临极大挑战。 目前，废水处理中的硬件设施和工艺流程正不 断完善和趋于成熟，而对生物处理法中起重要作用 的微生物的研究和强效应用技术还处于起步和初级 阶段。在有些废水处理装置中。因为对微生物的生 理、生化特性掌握得不好 ，或者没有采用适宜高效的 微生物菌种去处理某种或某些特定有机污染物，使 这些废水处理装置难以达到预期的效果．微生物处 理方法的优势也没有充分发挥出来。要想充分发挥 微生物处理方法的优势，提高其去除 COD／BOD等 有机污染物及其他有毒有害物质的能力，除了进一 步改进生化工艺外，更重要的是要加强高效菌株的 选育工作，分离、驯化、培育出高效菌株处理废水中 的目标污染物，才能获得较好的净化效果。传统的 生物处理法大多不是使用纯培养的微生物，而是对 自然生长的微生物群体加以驯化 ，繁殖利用，任其 自 然降解，污染物的降解速率自然不高，生物增效技术 就是在这种情况下提出来的。 1 生物增效技术 生物增效技术是在不改变原生化系统设施、运 行条件的基础上，通过向现有的生化处理系统中直 接投加从自然界中筛选的优势菌种，以改善原处理 系统的能力，达到对某一种或某一类有害物质的去 除或某方面性能的优化 目的。该技术具有高效、稳 定、节省投资的特点，因而成为废水生物治理技术的 一 种发展趋势。 生物增效技术的核心是投加生物增效菌种，投 加的菌种可以来源于原有处理体系，也可以是原来 不存在的外源微生物或遗传工程菌。微生物具有分 布广泛、数量巨大、代谢类型多样和适应突变能力强 的特点，因而任何存在污染物的地方都会出现相应 的降解微生物，并存在或强或弱的生物降解作用，通 过驯化、筛选、诱变、基因重组技术等可获得增效菌 种，再经培养、繁殖可得大量的目标降解菌，用于目 标污染物的治理。生物增效技术中使用的增效菌株 一 般需满足三个基本条件：一是所投加的菌体活性 要高；二是菌体能快速降解 目标污染物：三是具有竞 争能力且能维持相当的数量。投加的增效菌种一般 是通过直接生物降解和共代谢作用来完成对 目标污 染物的去除 一 般来说，凡是有利用生物进行污水处理的地 方，都有可能利用生物增效技术进行生物增效处理， 因此，该技术能够极其广泛地应用在各种市政污水 以及许多工业废水的处理系统上 ，如石化、印染、造 纸、食品、皮革等行业。生物增效技术在污水处理上 的应用，大致可以分为以下几种情况：(1)新系统启 动时，加快系统的启动速度；(2)系统遭到破坏后，加 快系统的恢复速度；(3)系统处理能力不足时，提升 系统的处理效率；(4)系统抗冲击能力不足时，提高 系统的抗冲击性能。 2 生物增效技术在石化污水处理中的应用 2．1 炼油部污水试验 中石化天津分公司炼油部污水场年处理污水近 300万 t，污水处理装置采用的是“隔油+浮选+曝气+ 一 93— 经验交流 工业水处理 2009—06，29(6) 沉淀”的传统活性污泥处理工艺，生化处理装置采用 普通活性污泥法。污水处理场由鼓 1 曝气池、鼓 2 曝气池两套相同处理装置并联组成，每套曝气池容 积 2 000 m3。正常运行期间污水处理场水量约 300 t／}l，鼓 1 曝气池和鼓 2 曝气池水量均为 150 t／h。污 水进曝气池的COD平均在 600 m蜀／L，含油质量浓度 平均为 100 m#L，pH为 6~9，水力停留时间约 13 h， 溶解氧控制在 2．5 mg／L以上，污泥质量浓度一般控 制在2～3 。其工艺流程如图 1所示。 低 I馨 壁 网 网 ．圃 圃 ． 图 1 炼油部污水处理工艺流程 根据现场工艺条件，试验选择污水处理装置鼓 曝气池作为生物增效技术应用试验线 。同时和鼓 1 曝气池的运行情况进行对比，以评价增效菌种的 使用效果。增效菌种的投加点位于鼓 曝气池的水 渠人口处。试验共进行 5个月，取得有效 COD数据 126个。通过试验运行所得数据分析来看，采用生物 增效技术的生化系统对废水中的COD、油的去除效 率得到了明显的提升，对整个生化系统的稳定性能 及受冲击后的恢复速率亦有显著提高，同时对活性 污泥的性能也有较好的改善。 2．1．1 生物增效技术对 COD的去除效果 鼓 曝气池使用生物增效技术后发现，其出水 水质波动变小．明显优于鼓 1 曝气池。达到二级排 放标准(COD<150 mg／L)的比例比鼓 1 曝气池要高出 14．5％；达到中水回用装置进水标准(COD<120 rag／L) 的比例比鼓 1 曝气池要高出 19％；而 COD小于 100 mg／L的比例较鼓 1 曝气池要高出23．6％。试验 期间鼓 2 曝气池出口COD最高为 207 mgm．最低 为76．1 mg／L。平均值为 123 mg／L。鼓 1 曝气池出口 COD最高为 275 mg，L，最低为 91．2 mg，L，平均值为 164 mg／L，绝对平均值降低了41 mgm。 2．1．2 生物增效技术抗冲击能力 在试验后期进行了系统抗冲击试验 ，将两个曝 气池人 口COD由原来的 600 mg／L提高到 800～900 mg／L，观察两个曝气池变化，结果见图 2。 从图2可以看出，投加菌种的鼓 曝气池抗冲 击能力要明显好于对照线鼓 1 曝气池 ，而且出水 COD也要显著优于对照线。鼓 2 曝气池的数据变化 不明显 ，基本稳定 ，COD值虽然仍超过排放标准，但 · — — 94．-—— 5oo 、 4O0 30o 200 8 100 O 11—15 l1—18 11—21 11—24 11—27 11—30 日期 图2 冲击期间出水COD变化趋势 和对照线鼓 1 曝气池对比，显示出显著的优势，最 大差值达到了 300 mg／L，在冲击阶段 COD处理效率 平均提升了39．7％。 2．1．3 生物增效技术对油的去除效果 生物增效技术对油的去除效果见图3。 舞 日期 图 3 月平均 出水油含量数据统计情况 由图 3可以看出，投加菌种的鼓 曝气池的出 水油含量月平均值和合格率都比对照线鼓 1 曝气 池要好。试验期间鼓 曝气池油质量浓度最高为 16．5 mg／L，最低为 4．1 mg／L，平均值为 8．3 mg／L。鼓 1 曝气池油质量浓度最高为 29．2 mg／L，最低为 4．1 mg／L，平均值为 15．2 m L，绝对平均值降低了 6．9 mg／I~。 2．1．4 生物增效技术对系统稳定性能的提高 标准偏差是用来衡量一个数值偏离平均值的程 度。标准偏差越小，数据偏离平均值就越小，说明系 统越稳定。通过函数 STD(nExpression)计算出增效 系统的 COD、油含量的标准偏差见表 1。 表 1 出水COD和含油量的标准偏差 日期 COD标准偏差，(mg-L-。) 油质量浓度标准偏差，(mg·L-。) 鼓 1 鼓 鼓 1 鼓 从表 1可以看出，鼓 2 曝气池出水 COD、油含 量指标的稳定性明显优于鼓 1 曝气池。 2．1．5 生物增效技术对活性污泥性能的改善 通过对试验期间活性污泥的运行参数统计及现 场的排泥操作来看，生物增效技术大大降低了生化 池污泥膨胀发生的可能，增强了污泥的沉降性能。同 工业水处理 2009—06，29(6) 王玉祥：生物增效技术在石油化工污水处理中的应用 时，在显微镜同等放大倍数下观察投加菌种后的鼓 2 曝气池的活性污泥．可以看到大量呈树枝状紧密 交错盘织的泥黄色菌胶团，菌胶团实体相对较大。 同时可以看到很多游离或被束缚的原生动物．或圆 形，或柱形，或椭圆形。在菌胶团稠密之处，可以看 到被束缚在菌胶团中原生动物的蠕动。在菌胶团疏 松之处．可以观察到有很多游离的原生动物游动或 在原处做旋转运动或抖动。另外，偶尔还可以观察 到在密集的菌胶团中个别蠕动的线虫。试验系统中 的活性污泥中存在的大量活动的原生动物说明活性 污泥本身质量良好，代谢旺盛，处理效率高。而未加 菌种的鼓 1 曝气池的活性污泥。菌胶团实体较小 ， 絮体松散，存在有原生动物，但数量少 ，且不活泼。 通过此次工业化试验研究 。充分表明该技术适 于炼油废水的处理 ，具有投资少、操作管理方便、出 水水质好等特点。不仅改善了外排水质。减少了污 染物排放量 ，而且提高了现有污水装置的处理效率 和系统运行的稳定性。 试验结果证明，针对石化炼油废水开发的该生 物增效技术，工业化应用是完全可行的，为炼油污水 回用装置的连续稳定运行打下了坚实的基础。适宜 在炼油废水普通活性污泥法处理工艺中应用。 2．2 动 力部 污 水试验 中石化天津分公司动力部污水场设有 3套纯氧 曝气装置 ，处理芳烃、PTA、聚酯装置的生产生活污 水 ，年处理污水 500万 t左右。纯氧曝气 Ⅱ装置主 要处理 PTA生产废水，达标后的废水送到微滤，反 渗透中水回用装置处理后作为循环水补水使用。本 试验在前期成功筛选出适合纯氧曝气Ⅱ水质的生物 增效菌种基础上，模拟纯氧曝气 Ⅱ运行条件，利用中 试装置研究生物增效技术作为辅助手段提升生化处 理效果的可行性，为中水装置长周期运行创造条件。 2。2．1 试验水质 试验用水采用生产装置纯氧曝气 Ⅱ装置进水。 主要为 PTA废水(COD在 3 300～3 500 mg／L．pH为 4—6)和生活污水(COD在 150 me,m，pH为 6—7)的 混合水．COD在 1 000 mg／L左右。 2．2．2 试验工艺流程 试验工艺流程如图4所示。 回流污泥 图4 中试试验 工艺流程 本次试验增效菌种投加在曝气池中，投加方式 采取间歇式，投加量 100 mg／L，投加频率约为 1～2 次／周。试验装置进水负荷为 1．5—2．0 t／h，停留时间与 生产装置相同，为 15 h。 2．2．3 试验效果 试验效果主要从生物增效技术对 COD去除效 果、污泥性能的改善和抗冲击性能等方面进行说明。 2．2。3．1 生物增效技术对 COD的去除效果 投加菌种前后 COD的变化情况见图5。 S 1 8 5oor 一 一 进水 COD一 出水 COD ． C , 一 170 吁— — —— —．_芝 — 一川 时间，d 丑 图 5 进 出水 COD变化 曲线 由图 5可以看出。试验前后进水负荷基本处于 相同水平 ，系统运行较为稳定 ，当投加生物增效菌种 后，随着新的生化系统建立，出水COD明显降低，在 稳定运行期间出水 COD均在 100 mg／L以下。 2．2．3．2 生物增效技术对污泥性能的改善 试验过程中为观察试验装置的运行情况．试验 期间定期从试验装置和正常生产装置纯氧曝气Ⅱ两 个曝气池中取污泥样进行镜检观察。发现试验装置 增效阶段活性污泥性能优于正常生产装置。试验装 置增效阶段活性污泥絮体紧密，体积大，菌胶团数量 多；镜检观察发现含有大量的鞭毛虫、漫游虫、檐纤 虫、钟虫等原生动物和轮虫等后生动物，这些生物体 不仅数量多，且个体较大，活泼性强 ，并出现了生产 装置中没有出现过的红斑瓢体虫。红斑瓢体虫比轮 虫和线虫高级，它的前叶腹面有纤毛，是捕食工具 ， 杂食性，主要食污泥中的有机碎片和细菌。据相关材 料说明，在污泥龄较长(15—34 d)，低 VSS负荷的情 况下会大量出现。它的存在有利于改善污泥的沉降 性能，降低污泥体积指数。 2．2．3．3 生物增效技术抗冲击能力 在投加菌种 3周之后，试验装置生物增效体系 已经非常完善的情况下．对系统进行了提高来水负 荷的抗冲击试验，共进行两次冲击．一次提高进水负 荷 50％，一次为 100％。在第 40天将进水负荷提高 近 50％的情况下(COD由原来的 900 mg／L左右提 高到 1 300 mg／L左右)，出水 COD随之升高后很快 下降，依然保持在较低指标水平。同时，因进水负荷 的提高，去除率还略有提高，达到了 95％。在第 57 — 95— 经验交流 工业水处理 2009—06，29(6) 天又进行 了一次较大冲击试验 ．根据实际生产装置 最大可能遇到的冲击，将进水负荷提高了近 1倍，进 水 COD升高到 1 700 m L左右，出水 COD仍维持 在较低水平。试验表明由于生物增效体系的建立， 大大改善了系统的抗冲击性能。 由此可见，生物增效技术对系统的处理效果、污 泥活性、沉降性能，及系统运行的稳定性等都有着明 显的改善作用，可以在生产装置上推广应用。 2．3 烯烃部 污水试验 中石化天津分公司烯烃部污水装置日处理污水 3 500 t左右，核心装置是纯氧曝气池(1 520 m。)，原 设计主要采用德国Linde公司的UNOx纯氧曝气活 性污泥技术 。污水进纯氧曝气池的 COD平均在 320 m L，pH为 6—8，水力停留时间约 11 h，溶解氧 控制在 2～8 mg／L，污泥质量浓度一般控制在 3-6 g／L。 由于目前运行负荷比较低，现采用空气曝气运行 ，出 水COD年平均维持在 60 mg／L左右。烯烃部污水处 理工艺流程如图 6所示 。 各 ～ 图6 烯烃部污水处理工艺流程 本次试验是在现有纯氧曝气池装置上进行的． 进水水质、水量与工艺流程均没有任何变动。由于污 水场来水含 N、P量较少．而日常运行中并没有对此 进行补充。为便于生化系统生物增效体系能够快速 建立。试验初期在投加菌种的同时添加了一定量营 养源，即氮肥 250 kg、磷肥 100 kg，每天投加质量浓 度约总氮 10 mg／L，总磷 2 mg／L。 2-3．1 生物增效技术对 COD的去除效果 本次试验共进行了约 1个半月，取得有效数据 46组。试验期间检测数据与试验前系统历史运行数 据比较见表 2。 表 2 试验前后系统运行各参数平均值 进水量，(m。·h )进水 COD／(mg-L )出水 COD／(mg· )COD去除率，％ COD容积负~／(kg·T ·d-1)COD污泥负荷／(kg·k 。·d-1) 从表 2可以看出：试验前后系统进水量基本保 持在比较恒定的范围内，试验前后均为147 m ；系统 COD污泥负荷试验前平均0．17 k~(kg·d)，试验期间 0．18 k~(kg·d)；进水 COD试验前后也处于同等水 平，试验前平均 326 mg／L，试验期间平均 319 m L。 从出水 COD绝对值分析来看，略有下降，试验前平 均52 mg／L，试验后平均47 mg／L，下降了5 m L。由于 增效技术效果不明显，因此加大了增效菌投加量，在 加大了生物增效菌种投放量后 ．仅只能在短时间内 维持一个相对较好的效果。从经济角度来说效益较 差 。 本次工业化试验研究验证了生物增效技术应用 范围是存在局限性的。对于在低负荷运行、出水比较 理想的生化系统．采用生物增效技术来提升生化系 统的处理效率是不经济的。 3 结论 根据以上各种水质不同工况下的试验情况来 看，生物增效技术具有运行费用低、操作简单等特 点。在不改变原生化设施、运行条件的前提下，对运 行负荷较高的生化系统投入生物增效菌种，可大幅 度提高石油化工废水生化系统抗冲击能力和运行效 一 96一 率，同时能减少污水回用预处理装置投资。生物增效 技术的开发应用为实现污水稳定达标排放和污水回 用提供了必要的技术支持，具有显著的社会效益和 经济效益。 同时．通过本次试验研究也反映出了生物增效 技术应用范围是存在局限性的，特别是在低负荷运 行、出水比较理想的生化系统，不适合采用生物增效 技术来提升处理效率。若大剂量投加应用，虽然可适 当的提升系统处理能力。但投入资金较高，整体效益 差 ，可行性不大。 笔者仅从生物增效技术的技术特点和在石化 废水的应用情况等方面进行了阐述，性能研究仅局 限于生物降解的目标评价。对于菌种的选育、配制， 如何得到适宜水质特点的优势菌 ，如何定量定性分 析优势菌与污染物的相关性 。如何提高外源菌种的 存活能力和降解活性，如何减缓系统中优势菌的流 失等一系列问题还有待进一步研究。 【作者简介]王玉祥(1957一 )，1981年毕业于天津大学化工系，现天津 石化生产部副部长。电话：022-63804846。 [收稿 日期]2009—01—05(修改稿)