生物活性炭法处理炼油废水的研究

李海华

摘 要：中海油惠州石化有限公司加工高含酸重质原油，产生的高浓度废水以电脱盐排水及原油罐切水为主，高浓度废水经气浮后进生化水质CODcr在2000～3500mg/l、氨氮在60～120mg/l。废水所含有机污染物包括有机酸、杂原子化合物、胶质沥青质、酚类、多环芳香族化合物等，是一种典型的含有难降解的有机化合物且碳氮比例极不均衡的炼油废水。采用常规活性污泥法出水很难达到排放标准，需要进行深度处理才能达标排放。现场试验采用生物活性炭法处理炼油高浓度废水，考察该工艺对难降解物质的处理效果以及影响因素。

关键词：活性炭生物处理；湿式氧化；炼油废水处理

研究的主要工艺路线“物化预处理+A/O生化处理+砂滤”，检验生物活性炭法处理高浓度含盐废水中的运行效果是否能达到污水排放要求。

1 试验设备介绍

1.1 生物活性炭法工艺流程

高浓度废水经两级气浮出水泵送至生物活性炭处理系统，进入一级缺氧槽，与一级好氧槽的硝化液回流混合，进行反硝化反应脱氮。缺氧槽出水再进入一级好氧槽，污染物被好氧槽内的污泥和粉末炭吸附，并进行微生物的新陈代谢，一级生化处理的废水和炭泥混合液经絮凝反应，然后在一级沉淀池进行固液分离，一级沉淀池污泥回流至缺氧槽，上清液溢流至二级生化系统。二级生化工艺与一级生化一致。两级生化出水经砂滤池过滤后排放。

活性炭再生系统中再生的废弃炭泥经过污泥浓缩后，送至炭泥再生设备，再生后炭泥回流至好氧槽，由于再生过程有部分活性炭损耗，根据计算投加一定量的新活性炭至好氧槽。

1.2 试验设备

生物活性炭处理系统包括生化槽、絮凝槽、澄清槽、过滤设备等。炭泥再生系统包括炭泥再生反应器、炭泥输送泵等。

1.3 装置试验主要参数

1.3.1 生化槽主要参数

试验流量：4L/h，活性炭投加量：50～100 mg/l，溶解氧：2～4 mg/l，MLSS：1～2g/l，污泥龄：10～20d，好氧池容：150L，缺氧池容：50L。

1.3.2 沉淀池主要参数

试验流量：8～10L/h，污泥回流比：100～150%。

1.3.3 砂滤池

试验流量，参数4L/h，砂滤池容积，参数15L。石英砂装填高度，参数200mm。

2 装置试验进出水水质

2.1 试验进水主要水质指标

水温≤40℃、pH6～9、CODCR≤3500mg/l、石油类≤10mg/l、悬浮物≤10mg/l、电导率≤5000μS/cm、硫化物≤30mg/l、氨氮≤120mg/l。

试验出水水质要求指标

本次试验的目标是验证该工艺出水水质指标达到广东省《水污染物排放限值》第二时段一级标准的要求，其中排放主要指标：CODCR≤60mg/l、石油类≤5mg/l、悬浮物≤60mg/l、氨氮≤10mg/l、磷酸盐≤0.5mg/l。

2.2 生物活性炭法工艺的特点

与传统活性污泥法相比，生物活性炭法有以下优点：①可以提高难以降解有机物去除效果；②提高系统抵抗毒物冲击能力；③提高系统脱色效果；④改善污泥沉降效果和脱水性能；⑤提高硝化反应效率；⑥缩短系统水力停留时间；⑦减少曝气池的泡沫产生量；⑧提高系统运行稳定性能。

通常粉末活性炭对难于降解的有机物具有较好的吸附性能。在粉末活性炭强化生物处理工艺中，难降解的有机物首先被吸附在粉末活性炭表面。这样，宏观环境中的难降解物质和有毒物质的浓度减少，处于游离状态的微生物活性提高，对污染物的分解和去除能力增强。同时由于粉末炭对难降解物质和微生物的吸附，延长了微生物与这些物质的接触时间。长期运行的结果，使微生物得到了驯化，并提高了对难降解有机物的去除效果。

粉末活性炭对微生物的吸附，使得微生物泥龄大大延长。在粉末活性炭强化工艺中，经常控制系统固体停留时间在50～100d，甚至更长，这就为微生物繁衍提供了良好的条件。因此粉末活性炭强化生物处理系统中的微生物数量和种类要求比传统生物处理系统中的微生物数量和种类多，对难降解有机物的去除能力也就相应增强。

3 试验分析项目

3.1 检测主要项目

进、出水项目：COD、氨氮、硫化物、挥发酚、电导率、pH、SS、磷酸盐混合液项目：MLSS

3.2 主要指标检测方法

CODcr采用：重铬酸钾法；NH3-N采用：纳氏试剂比色法；硫化物采用：亚甲基蓝分光光度法；等等。

4 试验过程

4.1 污泥培养阶段

调试和污泥培养：一级生化引入活性污泥混合液90L，二级生化30L，曝气，一级生化池注满污水，二级生化注入低浓度污水，并投加新活性炭，一级生化投炭2200g， 二级生化投炭2200g，进水量逐步调至4L/h。

初期运行参数：pH值7～8，溶解氧2～4mg/l，一级炭泥MLSS为14000mg/l，二级炭泥MLSS为12000mg/l。

4.2 连续运行阶段

生物活性炭系统和炭泥再生系统运行：连续运行炭泥再生系统，每天再生4.5 L浓缩炭泥，再生后回流至好氧槽，并投加7g新活性炭至好氧槽。再生系统温度控制250℃，再生反应器压力为7MPa。

试验运行参数： pH值7.4～8.2，溶解氧2～4mg/l，絮凝剂投加量1～2mg/l，污泥回流比100%，硝化液回流300%，一级炭泥MLSS为15200mg/l，二级炭泥MLSS为11900mg/l，污泥泥龄10～20天，新碳投加量70～90mg/l。

试验运行阶段，试验进水COD平均值 2455mg/l，一级生化出水COD平均值41mg/l，二级生化出水COD平均值23mg/l，砂滤出水COD平均值20mg/l，砂滤出水BOD平均值5mg/l。进水氨氮平均值77.5mg/l，一级生化正常出水氨氮平均值13.5mg/l，二級生化正常出水氨氮平均值5.8mg/l。

5 试验数据分析

5.1 pH指标

试验装置进水pH范围为：7.2～7.6，符合一级生化反硝化菌最佳pH值6.5～7.5要求。一级生化出水pH值范围为：7.5～8.6，未加酸调节时，pH值上升，主要原因是反硝化反应产生部分碱度和有机氮在好氧条件下转化为氨氮，以致pH上升。初期，好氧段pH值基本在8.0～8.4之间是硝化菌最佳生长范围，期间出水氨氮明显下降。当生化槽pH高于8.4或低于8.0时，硝化速率下降。出水pH值符合排放标准。

5.2 COD指标

试验装置进水COD平均值为2455mg/l。一级生化出水COD浓度平均值为41mg/l，COD去除率为98.3%。二级生化COD浓度平均值为23mg/l，COD去除率为42.3%。试验装置系统COD去除率为99.1%。试验数据表明，生物活性炭系统去除COD有较好的效果，出水符合排放标准。

5.3 氨氮指标

试验装置进水氨氮平均值为77.5mg/l。试验过程出水氨氮均能保持小于排放标准10mg/l。试验期间受气温影响，环境气温骤降至15℃，影响生化池运行。经恒温至28℃污泥培养，出水恢复正常。试验过程不考虑外界因素影响，出水氨氮可以保持合格。

5.4 再生系统污泥指标分析

对再生前后的污泥进行分析pH、COD、MLSS。从多次分析结果来看，COD、BOD明显上升，可见污泥及吸附的污染物在再生过程被氧化成可降解的BOD，可生化性提高明显；pH值下降，污泥或被吸附的污染物被氧化成乙酸（再生液有酸性气味）；污泥浓度下降，污泥被氧化后大部分仍在水中，少部分变成气体排出，取排出废气用蒸馏水洗涤，检测COD僅为30mg/l。从数据变化看，有湿式氧化反应。

6 结论

通过数据分析表面生物活性炭法处理炼油高浓度废水出水指标优于传统的活性污泥出水指标。

试验过程受到外界因素影响，及时调整系统可以正常稳定运行，生物活性炭法处理炼油废水出水水质指标能达到排放标准。

生化系统中无机盐需要定期排出系统，否则将出现磷酸盐超标，以及高浓度无机盐将影响微生物活性。

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