含油污水LINPOR单元氨氮处理工艺及应用研究

2021-09-24江臣

全面腐蚀控制 2021年8期

江臣

（中国石油天然气股份有限公司独山子石化公司研究院，新疆独山子 833699）

0 引言

某厂2#净化水含油污水处理后作为循环水补水进行使用，故水质控制指标需要达到循环水补水相关管理要求，其中氨氮含量是一个重要指标，氨氮对水质系统的危害有：（1）发生硝化反应生成大量酸，对系统管材特别是铜质管材会造成较大腐蚀；（2）会与氧化性杀菌剂发生反应，影响氧化性杀菌剂杀菌效果；（3）促进微生物繁殖，在换热器表面形成生物粘泥，影响换热效果。目前车间含油污水氨氮控制主要是通过生化处理单元LINPOR池进行处理，出水氨氮含量控制指标为≤1mg/L，但目前实际运行期间含油LINPOR池出水氨氮含量为10mg/L左右，而含油污水在经过生化处理后需作为中水回用至乙烯厂循环水系统中，故为降低含油污水处理[1]后氨氮含量对循环水系统的影响，需要对某厂含油污水处理工艺及LINPOR池相关控制参数、方法及运行情况等方面进行分析，查找含油LINPOR池出水氨氮含量高的原因，结合国内外相关工艺技术对处理方法进行优化，采取相关措施降低含油LINPOR池出水氨氮。

1 LINPOR生化处理工艺原理及特点

LINPOR工艺[2]是德国林德公司开发的一种活性污泥法改进工艺，由传统活性污泥法衍生而来，LINPOR工艺是应用多孔聚氨脂海棉（填料）作为微生物可动载体的一种活性污泥技术，是基于原有污水处理装置曝气系统活性微生物的原理，将特殊多孔聚氨脂填料填入曝气池中，填料由池中特殊设计的隔网拦住，活性污泥在填料表面及内部生长，该工艺的核心是LINPOR载体（多孔悬浮泡沫块），根据不同的需求和功能可分为以下三种：

LINPOR-C工艺：主要用于除去污水中含碳有机物，在无氧的条件下，由兼性菌及专性菌降解有机物，最终产物是二氧化碳和甲烷气。

LINPOR-N工艺：主要用于除去污水中含氮污染物，通过好氧菌和厌氧菌共同作用，达到去除氨氮的目的。

LINPOR-C/N工艺：用于同时去除碳和氮的污染物。

某厂采取的是LINPOR-N工艺，该工艺生物脱氮包括硝化和反硝化两个反应阶段（现阶段降解氨氮主要为第一部分：硝化反应）。第一步是氨化作用，即水中的有机氮在氨化细菌的作用下转化成氨氮。第二步是硝化作用，即在供氧充足的条件下，水中的氨氮首先在亚硝酸菌的作用下被氧化成亚硝酸盐，然后再在硝酸菌的作用下进一步氧化成硝酸盐。

硝化阶段是利用亚硝酸细菌和硝酸细菌将污水中的氨氮转化为硝酸根，这两种菌属于化能自养型微生物，为革兰氏阴性细菌，能利用简单的无机物如二氧化碳为碳源合成自身物质，反应过程如下：

总反应式：

反硝化阶段是利用反硝化细菌将硝酸根转化为N2，反硝化细菌属于异氧型，需要有机碳源，才能合成自身物质，反应过程如下：

2 LINPOR生化处理工艺控制要点

硝化菌由于次代周期长，且对环境极其敏感[3]，如果环境条件不正常，会影响硝化菌的生命活动，使其发生变异或死亡，失去活性，很快会出现出口的氨氮比进口的高。影响硝化菌活性的环境条件主要包括以下几方面：

2.1 温度

适宜的温度，能够促进、强化微生物的生理活动。温度不但影响硝化菌的比增长速率，而且影响硝化菌的活性。硝化菌、反硝化菌的生长周期长，且对环境的变化非常敏感，硝化菌的适宜温度是20～30℃，反硝化菌的适宜温度是20～40℃，温度低于15℃时，这两类细菌的活性均降低，5℃以下时完全停止，水温超过30℃，硝化反应就会被抑制，超过37℃时明显减弱。

2.2 溶解氧

DO浓度是影响硝化一反硝化的一个主要的限制因素，通过对DO浓度的控制，可使生物膜的不同部位形成富氧区或缺氧区，硝化反应必须在好氧条件下进行，所以溶解氧的浓度也会影响硝化反应速率，当DO质量浓度在2mg/L以上时，DO对LINPOR硝化效果的影响不大，氨氮的去除率可达97%～99%，出水氨氮都能保持在1.0mg/L以下；DO质量浓度在1.0mg/L左右时，氨氮的去除率在84%左右，出水氨氮浓度有明显上升。另外，曝气池内DO也不宜过高，溶解氧过高能够导致有机污染物分解过快，从而使微生物缺乏营养，活性污泥易于老化，结构松散。一般建议硝化反应中溶解氧的质量浓度大于2mg/L。

2.3 pH值

微生物的生理活动与环境的酸碱度密切相关，只有在适宜的酸碱度条件下，微生物才能进行正常的生理活动。在硝化反应中，每氧化1g氨氮需要7.14g碱度（以碳酸钙计），如果不补充碱度，就会使pH值下降。pH值过大的偏离适宜数值，微生物的酶系统的催化功能就会减弱，甚至消失。pH值的变化对硝化菌活性影响十分明显，硝化反应的最佳pH值范围为6.8～8.0，低于6和高于10.6时，硝化反应将停止。

2.4 停留时间

合适的水力停留时间（HRT）是确保净化效果和工程投资经济性的重要因素，水力停留时间的长短将直接影响到LINPOR池中有机物与生物膜的接触时间，进而影响微生物对有机物的吸附和降解效率。硝化细菌为自养菌，生长速度缓慢，世代时间较长。为保持硝化菌及反硝化菌群在微生物中的比例以及对氨氮的降解效率，必须保证停留时间（HRT）大于硝化细菌最短的世代时间，即确保大于污泥龄（SRT）时间。但也不易过长，过长易导致污泥老化，硝化系统失效。

2.5 菌种的活性

在污水生化处理过程中，影响总氮去除率大小的一个关键因素是菌种，如氨化细菌可以利用有机物获取能量并进行生长代谢，且其在好氧和缺氧环境都可生长；硝化菌主要参与系统中亚硝酸盐被氧化为硝酸盐的过程；反硝化菌主要参与系统中硝酸盐及亚硝酸盐被还原的过程，是生化系统中硝酸盐氮去除的主要功能菌。传统生物脱氮技术中要求反硝化过程严格遵循在缺氧环境下进行，而近年来不断有新菌株被发现，如高效反硝菌IDN-DNB，采用特异性环境驯化的方法，优选出了多株抗极端条件的菌种，具有优良的环境适应能力，结合高效脱氮设备HDN-FT能够在大部分污水中进行反硝化作用，实现了不同环境中总氮的完全去除，同步去除有机物。随着污水生化技术的发展，驯化选择具有高效脱氮、环境适应能力更强、活性更好的特定的微生物，是高效脱氮技术生化处理的核心。

2.6 生物填料

LINPOR工艺是移动床生物膜反应器工艺的一种，该工艺的核心是LINPOR载体（微孔泡沫塑料立方体），微生物通过附着在填料上来处理污染物，对载体孔隙度、均匀度、吸湿度以及机械、化学和生物稳定性有很严格的要求，且要求合适填充率方能保证系统最佳工艺性能,使装置无故障运行，有较长的使用寿命，

2.7 抑制物质

凡对活性污泥中微生物生长有阻碍作用，并对微生物的活性有抑制性的物质都属于有害物质，对硝化反应的抑制作用主要有两个方面：一是干扰细胞的新陈代谢，二是破坏细菌最初的氧化能力。如杀菌剂、消毒剂、除草剂及杀虫剂等，流入曝气槽，会造成活性污泥的解体，故污水中容许浓度不大于0.5mg/L；含有硫化物及SO2的污水因厌氧作用散出H2S，容易造成污泥解体，故污水中容许浓度不大于3mg/L；过高浓度的氨氮、重金属、有毒物质以及有机物。