生物增效强化技术在碱渣废水处理中的应用

江淦福，褚建益，张文成，何淞庆

（朗境环保科技有限公司，杭州 311300）

炼油碱渣废水是石油化工行业炼油厂的油品精制及脱硫醇等生产过程中产生的具有强碱性、高浓度、高毒性、难降解、色深味臭、强腐蚀性的有机废水，含有大量的中性油、有机酸、挥发酚和硫醚、硫醇等有毒有害污染物。以往炼油碱渣废水的处理方法主要是采用高温高压的湿式催化氧化工艺，但存在投资大、运行费用高等问题。近年来，韩国SK 高效生物处理工艺在中国石油化工集团公司推广应用取得了不错的业绩。

某石化企业现已发展成拥有 2000 万t/a 原油一次加工、110 万t/a 乙烯生产能力，同时拥有热电、港口、铁路运输、原油和成品油输送管道以及30 万t级单点系泊海上原油接卸系统等较完善的配套系统的特大型炼油化工一体化企业。目前企业生产过程中产生的碱渣具有高毒性、高浓度、难降解等特性，尽管产生量较小，但总污染负荷占全厂污染负荷比例很大，因此拟建立新的高浓度废水生物强化处理装置，进一步降低出水污染物浓度，减轻污水处理厂负担，优化污水处理厂运行状态。

1 项目背景

1.1 进出水水质

综合考虑碱渣的实际水质情况及下游大水厂受纳能力等因素，该石化企业确定了1.75t/h 碱渣废水装置、进出水水质指标（见表1）。

表1 进出水水质指标

1.2 碱渣废水处理工艺设计

结合碱渣废水处理经验，该石化企业确定了“生物增效强化+两级A/O”为主体的碱渣废水处理工艺，处理过程中产生的废气、废油废渣、剩余污泥等均接入大水厂进行处理。具体工艺流程（见图1）。

图1 碱渣废水处理工艺流程

1.3 生物增效强化技术

生物增效技术是一种在污水处理过程中通过加入具有特定降解能力的生物菌群，增强污水处理系统自身处理能力的技术。生物增效强化技术是在生物增效技术的基础上，强化日常生物菌群的再驯化培养，强化培养后的微生物重新返回到污水处理系统中，可以迅速适应新的环境，同时快速呈现较高的活性，提升处理效率及抗冲击能力。

（1）迅速提升有效菌种的数量和优化微生物相，提升污水水质

通过微生物强化装置和特制营养剂，快速强化培养适应该水质的有益菌的增殖，在日常运行中使有效微生物数量可以维持在1.0×109CFU/mL 以上，形成优势菌种和最佳的菌种配比，并且针对不同污水开发的特殊的培养基，重点强化培养优势菌种，控制其他微生物的增殖，比如丝状菌和放线菌，抑制污泥膨胀和生物泡沫的形成。

（2）最大限度提高微生物的活性度，提高处理效率

在筛选和强化培养菌种的同时进行驯化，加快活性污泥絮凝体的形成。因此强化培养后的微生物重新返回到污水中，可以迅速适应新的环境，快速呈现较高的活性，提升处理效率。同时，生物增效强化升级技术通过提高微生物的活性度，还可以提高污泥的沉降性能，降低二沉池的出水悬浮物，相当于改善出水水质。

（3）提高抗冲击能力，明显缩短受冲击后恢复所需的时间

通过对生化池微生物的强化培养，提高微生物对水量、水质及毒性物质冲击的耐受能力，实现稳定的达标运行。即使在受到冲击时，恢复到正常的周期比常规方法至少缩短一半以上时间。

2 材料与方法

2.1 生物增效产品

本次石化碱渣废水装置1.75t/h 高浓度污水处理项目使用了两种生物增效药剂产品：耐高盐COD 降解菌种和生物营养剂。

耐高盐COD 降解菌种是针对盐分较高的废水研发的生物制剂，使这类废水能够正常的进行生化处理。耐高盐COD 降解菌种是由从大自然中筛选出的耐盐菌、酶制剂和营养物质组成，主要作用是使盐分为1%—3.5%的工业废水能够正常生化处理，通常用于曝气池等好氧系统。

生物营养剂是由专有的水溶性多聚物浸出液、酶和其他一些主要营养物质和微量营养物质组成，可以促进有益菌的繁殖，提高微生物对污染物的氧化分解能力。

2.2 产品用量（见表2）

表2 产品用量

2.3 调试安排

在碱渣废水处理装置清水联运调试后，开始污泥接种驯化调试。

2.3.1 污泥接种及培养

生化池注入大水厂炼油含盐系列浓缩污泥。在开始投加污泥的同时启动风机，进行污泥闷曝激活，根据现场曝气强度及池内溶解氧（≤6mg/L）来控制风机的开度。

按设计流量的50%加注碱渣废水至生化池（池内pH 值调整在6.0—9.0）。池内废水COD 到达2500—3500mg/L 后，停止碱渣进料。

在进行上述操作的同时，开启营养液投加泵，缓慢向生化池内注入营养液，共约600L，并向生化池一次性投加蔗糖500kg。

生化池内碱渣、浓硫酸、营养液、蔗糖等加注完毕后，继续曝气12h，在此期间pH 值若有变化，持续用硫酸或者碱液调整pH 值至6.0—9.0。

曝气12h 后，一次性投加菌种2.0t，继续曝气，期间每天开启营养液投加泵，定期投加150L 生物营养液。

2.3.2 污泥驯化

投加特效菌种并连续曝气72h 后，碱渣泵连续向生化池进料，按10%设计负荷（设计进水指标）逐步增加（增加的标准是出水水质指标稳定3 天）。

装置的其他机泵正常投入运转，营养液、浓硫酸等保持连续投加，沉淀池、污泥回流泵等正常投运。

生物增效强化装置运行：每天运行1 批次，引入生化池泥水混合物50L，添加耐盐COD 去除菌种20 公斤，营养剂5L，葡萄糖5 公斤，补充清水至200L，控制溶解氧在4mg/l 左右，pH 值在7.0-8.0，温度在35℃，曝气驯化培养8h。

2.3.3 稳定运行

正常情况下，预计60 日后装置进入稳定运行状态，此时生化池内污泥浓度稳定增长，出水污染物指标稳定，达到设计指标，稳定运行1 个月后碱渣废水调试工作完成。

生物增效强化装置运行：每2 天运行1 批次，引入生化池泥水混合物50L，添加耐盐COD 去除菌种5 公斤，营养剂5L，葡萄糖5 公斤，补充清水至200L，控制溶解氧在4mg/L 左右，pH 值在7.0—8.0，温度在35℃，曝气驯化培养8h。

2.3.4 其他工艺参数控制

碱渣连续进料期间，每日向曝气池投加蔗糖100kg，视调试数据停止投加蔗糖。装置正常运行阶段，每天向曝气池投加150L 生物营养液。

调试期间，主要监测生化池内COD、硫化物、酚类、SV30 等主要指标的变化情况，监测频率每天不少于两次。

调试期间，保持生物曝气池DO 为2—4mg/L，pH 值为6.0—9.0，温度为20℃—40℃。

2.4 化验分析方法

取样地点为调节罐出口、一沉出口、二沉出口。水质检测项目、检测方法和检测频次见表3。

表3 水质检测方法、检测项目和检测频次

3 生物增效效果分析

3.1 原始数据

根据同类项目经验，由于业主分析化验中心工作量比较饱满，实际日常数据监测主要检测COD 及硫化物，对其他水质数据进行抽测。具体原始化验数据汇总见表4。

表4 稳定运行期数据统计

3.2 数据表分析

根据表4、表5、表6 原始数据，分析汇总见表7。

表5 碱渣废水进水分析情况

表6 碱渣废水出水情况

表7 主要污染物去除统计

3.3 图表分析

3.3.1 COD 数据分析

从图2 及表4 可知，在前期污泥培养驯化后，碱渣废水处理装置稳定运行，在进水COD 波动比较大的情况下，装置出水COD 还能保持稳定，基本保持在500mg/L 以下。

图2 COD 去除效果分析图

3.3.2 氨氮数据分析

从表5、表6 可知，碱渣废水处理装置出水氨氮没有达到≤5mg/L 的设计要求，调试过程中发现此问题后，通过对碱渣原水的化验分析得知原水总氮（基本为有机氮）平均达到1092.3mg/L，远超设计氨氮进水指标≤100mg/L。最终装置对总氮的去除效果还是理想的，氨氮的去除率也达到90%以上。

3.3.3 其他数据分析

从表4、表5、表6 可以看出，碱渣废水处理装置对硫化物、挥发酚的去除效果很理想，去除率接近100%。石油类在预处理气浮的作用下，在生化段得到进一步有效处理，出水石油类也能稳定达标。

3.4 调试过程遇到的问题及分析

（1）碱渣废水原水碱溶很高，pH 值≥14，预处理需要添加大量硫酸进行酸碱中和反应，若硫酸投加量控制不当，将对后续生化段活性污泥造成不可逆的破坏，而且反应过程中会产生较多的硫化氢等恶臭气体。

（2）碱渣废水含油量也很高，若预处理气浮运行控制不当，大量油泥将进入生化段，形成油包泥状态，造成好氧池溶解氧急剧下降，二沉出水变混，出水COD 快速上升。

（3）炼油厂碱渣一般预先储存在碱渣罐中，再小流量进入碱渣废水处理装置。因为碱渣罐中上层碱渣与底部碱渣污染物含量存在较大的区别，污水处理过程中应进行密切关注，控制好物化处理段的药剂投加量。

（4）在碱渣污水处理装置受到冲击后，需及时停止碱渣进料，加大稀释水的流量（正常稳定运行，稀释水流量为进水量的3 倍），必要时可重新补加部分下游含盐污水处理装置的活性污泥。

（5）在碱渣废水水质波动较大且超过物化处理调整能力时，生化段易出现较大的泡沫并夹带污泥外溢，此时需投加消泡剂进行消泡。

（6）硫酸投加过程中，酸碱中和反应会产生大量的热量，且在夏季高温时，池内温度易超过40℃，此时需要开启管道换热器，进行废水降温以保证活性污泥的存活。

4 结语

（1）配合现场工艺调试，“预处理+生物增效强化+两级A/O”工艺能够满足企业对碱渣处理的需求，而且日常运行稳定。

（2）耐高盐COD 降解菌种和生物营养剂在生物强化装置的配合下，能快速有效适应高难度碱渣废水处理要求，各项污染物去除指标均达到设计要求。