一种新型高效低氧生化工艺在石化废水处理中应用

苗晓亮

【摘 要】石化廢水中含油，COD和NH3-N浓度较高，废水组分多样、部分有毒性，属于难处理的废水。本文通过对某石化废水生化处理氧化沟改造工程，重点阐述了高效低氧生化工艺的原理和特点，并与改造前的传统生化处理工艺氧化沟进行了对比性分析。该工艺可高效的去除COD，控制溶解氧浓度，维持低氧生化池内溶解氧的低水平，通过同步硝化反硝化实现高效脱氮。该工艺简单，耐冲击能力强，运行管理容易，水下设备少，且主要设备均能实现不停车维护更换。

【关键词】石化废水；高效低氧生化工艺；微孔曝气软管

中图分类号： X742 文献标识码： A 文章编号： 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上海某石化公司是从事炼油和化工的综合性公司。其主要产品有汽油、柴油、乙烯、丙烯、聚乙烯、腈纶等60多种产品，除了石油化工产品，还有合成树脂和合成纤维。[1]

公司2#污水处理单元处理水量是5.0万吨/日。主要处理对象有生产车间排放的含丙烯腈、氰化钠、酸性水、油脂、PTA高浓度废水、高硫高氨废水、腈纶废水等。该废水特点是：含油，COD和NH3-N浓度较高，废水组分多样、有毒性。其中丙烯腈、氰化钠对污水处理微生物的限制及致死作用，给生化处理带来难度。

目前，污水处理工艺是由生产车间进行预处理，达到一定要求后，然后由环保水务部排到污水处理厂，处理后的达标污水排放，工艺如图1。目前主要存在的问题是二级生化处理装置的氧化沟是机械表面曝气的三槽式氧化沟，现为敞开式结构，池内臭味散发状况较为严重，无法满足上海市地区和石化行业排放标准；工艺设备陈旧老化，能耗高，时常出现故障；二沉池的出水水质出现超标情况，不能满足后续工艺。

针对这种废水，本项目选择的工艺是一种新型高效低氧生化工艺，将氧化沟改造为高效低氧生化池，并对高效低氧生化池增加钢筋混凝土顶盖，收集废气，处理后高空排放。改造后高效低氧生化池处理水量6.0万吨/日，而且出水水质达到深度处理单元进水水质。

1 工艺流程说明

将原有的氧化沟改造成一套高效低氧生化工艺处理系统，改造后池体由厌氧搅拌区、空气推流区、低氧曝气区，原氧化沟尺寸为109.27m× 57.09m×5.47m，有效池容为28700m3。废水首先从初沉池自流到高效低氧生化池的厌氧搅拌区，然后进入空气推流区，气提装置使废水和池内的经过处理的废水快速混合，最后废水流到低氧曝气区，从溢流堰溢流到二沉池。

在高效低氧生化工艺工艺处理系统中，微生物氧化降解有机污染物所需的空气由磁悬浮鼓风机供给，通过设置在池底的微孔曝气软管到水里。采用溶解氧监测仪监测废水的数据，自动调整磁悬浮鼓风机风量，维持高效低氧生化池内溶解氧（DO）的低水平。

在高效低氧生化工艺生化处理系统中，通过气提装置实现大比例混合液内循环，对进水进行大比例稀释，系统首末端的有机物浓度梯度小，污染物负荷在系统内平均化，也使得曝气区的任何单位面积上对氧的需求量相差很小，使得曝气区溶氧的控制在低位水平上变得简单可行，污染物负荷的均衡化以及溶氧控制的稳定化，给高效低氧生化工艺系统中的微生物创造了非常稳定的生长环境，对微生物的降解效率的提高起到了重要作用。

主要设计参数：

处理能力：60000m3/d

高效低氧生化池尺寸：109.27×57.09×5.47m 1座

有效容积：28700m3（不含沉淀池）

停留时间：11.4h

容积负荷：0.39kgCOD/m3·d

污泥浓度：5～8g/L

设计污泥量：3.96吨 绝干污泥/天

主要设备参数：

微孔曝气软管：总长度9050米，62-65mm的直径，厚度0.4mm，微孔的直径小于1mm，拉伸率大于10%，氧转移效率（6.0m）> 40%

空气推流器：12套

溶解氧控制系统：DOCS-105 3套 2用1备

溶氧仪：0～20mg/L 4套

磁悬浮鼓风机：风量5100m3/h，6000Pa，105kW 3台（2用1备）

2 高效低氧生化工艺

高效低氧生化工艺借鉴于传统的活性污泥法，创新的建立了不同于生存环境，并将高效低氧生化池的来水端以很低的能耗进行大比例的稀释，可控制稀释的倍数，为废水中微生物的遴选驯化了一个较为稳定环境，保证了该工艺的优势菌种数量最大量，提高了降解污染物效率，可高效的去除COD。通过磁悬浮鼓风机风量的调节，保持低氧生化池内溶解氧在低水平，实现硝化反硝化高效脱氮。该工艺简单，耐冲击能力强，运行管理容易，水下设备少，且主要设备均能实现不停车维护更换。

2.1 高效脱氮原理

与传统的活性污泥法工艺分步脱氮占主导不同，高效低氧生化短程硝化反硝化脱氮约占60%左右。全程/短程硝化反硝化脱氮流程见图2。短程硝化反硝化脱氮降低了对碳源的需求，极大的降低了硝态氮累积的对脱氮的影响，从而实现高效脱氮，节约能耗。[2]

高效低氧生化工艺通过溶解氧仪-风机频率的联动，时刻跟踪高效低氧生化池溶解氧需求量的变化，精确地控制高效低氧生化池供风量，实现溶解氧的精确控制，实现该工艺所需的系统环境。

2.2 能耗较低

高效低氧生化工艺溶解氧由溶解氧仪、磁悬浮鼓风机和变频器以及可编程序控制器（PLC）实现调节。高效低氧生化池内溶解氧，通过溶解氧仪实时监测，并通过PLC根据进出水水质由软件程序进行计算处理，实时的控制磁悬浮鼓风机的转速，将池内溶解氧控制在合理范围内。

磁悬浮鼓风机对应高效低氧生化工艺低氧曝气区，同时，利用池内溶氧仪的反馈信号形成回路，如果池中溶解氧浓度低于设定值，溶解氧仪发送4～20mA信号到变频器的PLC操作，调节变频器的运行频率，从而提高磁悬浮鼓风机频率，相应的空气供应量增加，提高池中溶解氧的指标。运行过程中池中溶解氧浓度高于设定值时，PLC根据接受到的信号，运算后反馈至变频器，来调节运行频率，从而减小供风量。[3]

与传统的推流方式不同，高效低氧生化工艺系统的推流采用了气提装置作为推流的动力来源，通过简单的池体结构，结合气提装置，将池体内的混合液推动起来，实现几十倍内循环，可以对原水进行大比倍瞬间稀释，短时间内将污染物负荷均匀的分散到整个池体中，同时也为溶解氧的控制提供了便利，值得一提的是，实现如此大比倍的循环，其能耗却非常小。

2.3 占地较少

高效低氧生化工艺系统通过低溶氧、低负荷的控制方式，有效的延长了污泥龄，从而提高了高效低氧生化工艺系統内的活性污泥量，传统活性污泥法控制污水中污泥浓度一般为3g/L，而高效低氧生化工艺生物反应池的污泥浓度可达6～10g/L，可减少占地面积，减少建设投资。本项目是在原氧化沟基础上改造，占地省的特点没有体现。

2.4 抗冲击能力强

高效低氧生化工艺系统的气提装置的空气来自曝气鼓风机，其风量可以根据高效低氧生化池的污染物负荷变化而变化，也就是说可以根据来水的污染物负荷进行调整回流量，实现了循环量的控制。本工程是利用气提装置和特殊的水池设计，采用特殊的气体推流技术，以少量的空气，产生足够的水流推动力，使池体内混合液流动起来，实现几十倍内循环，从而实现大比倍瞬间稀释，短时间内将污染物负荷均匀的分散到整个池体中。进水中的丙烯腈、氰化钠等对微生物有抑制的污染物被很快减低，从而形成一个平缓的污染物的降解梯度，池内的污染物浓度差值很小。同时高效低氧生化工艺的污泥浓度高，对冲击负荷的耐受能力比较强。

2.5 COD去除率高。

废水进入高效低氧生化池厌氧搅拌区，可提高废水可生化性，之后由气提装置提升，废水经过大比例稀释，并且通过空气的量控制稀释的倍数，为废水中微生物的遴选驯化了一个较为稳定环境，保证了该工艺的优势菌种数量最大量，提高了降解污染物效率，可高效的去除COD。

高效低氧生化工艺系统采用德国原装进口的微孔曝气软管，该软管具有通气量低、氧传递效率高，阻力损失小、气泡均匀的特点，见图3。微孔曝气软管采用TPU材质，其优点：强度高、耐磨性好、重量轻，使用轻柔方便（约为同尺寸PVC材质的60%）、适用条件范围广等诸多优点。详细参数见表2。

相对于一般的曝气管的气泡升高速率0.9m/s左右，微孔曝气软管的气泡升高速率约0.3～0.5m/s左右。微孔曝气软管的通风量只有0.6-0.9m3/m.h，是传统的曝气管的10%-15%。气泡直径小，上升速率慢，可提高氧的传递效率，并且水中微生物更容易获得氧，提供了一个低溶氧的环境，同时提高了废水的污泥浓度。

2.6 防堵塞和不停车维修更换

曝气软管具有较高的拉伸强度及良好的扩张性能，给微孔曝气软管的“在线”更换和“自清洗”功能提供了良好的设备质量基础。根据微孔曝气软管的安装方式，可在不停车或排空水池的情况下更换微孔曝气软管，如图4所示。当出现堵塞时，通过打开末端排水控制阀，排除微孔曝气软管杂质。安装后的曝气软管能够通过频繁的放空和充气来清理曝气管表面和内壁的污染物质，防止软管堵塞，并能长期维持气泡的均匀性和氧气利用率。

3 原氧化沟与高效低氧生化工艺的对比

改造前后工艺对比见表3。

本项目选用磁悬浮离心鼓风机。风机运行效率可达85%，比传统容积式罗茨风机能提高30%效率，比常规多级离心风机能提高20%的效率。在运行时，风机的轴承没有机械接触，因此效率高，同时该风机还具有无润滑油、无机械保养、低震动、低噪音等优点。[4]

氧化沟改造后节能效果对比表见表4，高效低氧生化池改造后每年将节约电耗352×8760=3083520（kW·h），（下转第10页）（上接第3页）如果电费按照0.42元每千瓦时，每一年减省129.5万元，降耗效果明显。

通过对该石化公司环保水务部2#污水处理单元二级生化处理装置原氧化沟改造，改为高效低氧生化工艺，并对水池进行加盖，收集并处理高效低氧生化池的废气。同时优化现有废水处理工艺，并适当提高装置处理能力和处理效果。本项目的实施可保障该石化公司污水生化处理装置废水和废气的达标排放，满足环保法规要求，减少环境影响，并将进一步减少外排废气污染物总量，同时通过工艺及设备技术升级，降低能耗，提高該公司清洁生产水平，实现可持续发展的需要。同时本文重点阐述了高效低氧生化工艺的原理和特点，并与改造前的传统生化处理工艺氧化沟进行了对比性分析，为石化废水处理提供一个可选的工艺。

【参考文献】

[1]黄普.上海市金山新城石油化工及相关产业布局与规划研究[J].城市规划，2011（8）：44-48.

[2]何红梅，肖丽光.一体化生化工艺处理油页岩干馏废水的试验研究[J].工业用水与废水，2014.（2）：27-29

[3]宜奇峰.基于PLC的工业污水控制系统设计[D].辽宁：辽宁石化职业技术学院，2015：1-7.

[4]彭燕.磁悬浮单极高速鼓风机研发成功[J].化工管理，2015.（1）：52-53.