MBBR工艺提升炼油废水生化处理能力的应用研究王欲晓

井冈山大学学报(自然科学版)64文章编号：1674-8085(2011)06-0064-04MBBR工艺提升炼油废水生化处理能力的应用研究*王欲晓，庄文昌，王菊（徐州工程学院化学化工学院，江苏，徐州221008)摘要：利用流动床生物膜反应器（MBBR）对炼油厂废水处理传统老三套工艺“隔油-气浮-生化”的生化单元的传统活性污泥法（CAS）进行升级改造。以COD、氨氮和抗冲击能力为考核指标，考察了改造后的MBBR出水与CAS出水水质的不同。试验结果表明：与CAS相比，改造后的MBBR生化系统出水水质稳定，COD60mg/L，氨氮5mg/L；进水高浓度石油类和COD的冲击，对MBBR出水中的氨氮浓度影响较大，但是对出水COD浓度影响不大。关键词：MBBR；CAS；炼油废水；COD；氨氮；抗冲击中图分类号：X705.1文献标识码：ADOI:10.3969/j.issn.1674-8085.2011.06.015STUDYONUPGRADINGBIOCHEMICALTREATMENTOFOILREFINERYWASTEWATERUSINGMBBRPROCESS*WANGYu-xiao,ZHUANGWen-chang,WANGJü(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,XuzhouInstituteofTechnology,Xuzhou,Jiangsu221008,China)Abstract:WiththeaimtoenhancetheabilityofremovalofCODandNH3-Nandrecalcitrancetohighorganicloadshock,conventionalactivesludge(CAS)processusedinpetroleumrefinerywastewaterhasbeenupdatedbymovingbedbiofilmbioreactor(MBBR).TheresultsindicatethatthewaterqualitytreatedbyMBBRisbetterthanthatbyCAS,andtheperformanceofCOD60mg/LandNH3-N5mg/LindrainwaterfromMBBRbiochemicalsystemhasbeenachieved.TheconclusionofMBBRprocesssuitableforCASprocessupgradinginpetroleumrefinerywastewatercanbedrawn.Keywords:movingbedbiofilmbioreactor(MBBR);conventionalactivesludge(CAS);petroleumrefinerywastewater;COD;NH3-N;highorganicloadshock某石化公司炼油污水处理厂建于1996年，采用传统的“隔油、气浮、生化”工艺，排水执行COD≤100mg/L、氨氮≤15mg/L、石油≤10mg/L的污水排放标准，目前该系统运行基本正常。但在上游生产装置出现事故时，会出现排水水质（COD和氨氮）超标的现象。由于该污水处理工艺抗冲击负荷能力较差，特别是气浮隔油单元处理效果不理想，对后面的生化处理单元造成较大影响。目前该公司已开始着手改造气浮装置，如能保证进入生化处理单元的污水含油量低于20~30mg/L，则有望能够保证生化系统的稳定运行，出水稳定达标。但是由于环保排放政策的严格要求，近期该公司炼油废水的排放被要求达到以下排放标准：COD≤60mg/L、氨氮≤5mg/L、石油类≤5mg/L。原污水处理系统需要进行升级改造。MBBR是20世纪挪威卡能士环境公司(AnoxKaldnes)开发的新型流动床生物膜反应器[1-2]，是一种基于悬浮填料的生物流化床技术（见图3），在同一个生第32卷第6期Vol.32No.6井冈山大学学报(自然科学版)2011年11月Nov.2011JournalofJinggangshanUniversity(NaturalScience)64收稿日期：2011-10-11；修改日期：2011-11-16基金项目：徐州工程学院科研项目XKY2010504作者简介：*王欲晓(1973-)，男，江苏徐州人，讲师，硕士，主要从事生物化工应用研究(E-mail:[e-mail]);庄文昌(1980-)，男，山东潍坊人，讲师，博士，主要从事应用化学研究(E-mail:[e-mail]);王菊(1979-)，女，辽宁铁岭人，讲师，博士，主要从事化学工程研究(E-mail:[e-mail]).井冈山大学学报(自然科学版)65物处理单元中将生物膜法与活性污泥法有机结合，提升生化反应池的处理能力和处理效果，并增强抗冲击能力[3]。MBBR核心是流化态的悬浮载体，该载体由高密度聚乙烯加改性制造，比重为0.96g/L(长生物膜后很接近于1g/L)，在水中易于流态化。当曝气充氧时，空气泡的上升浮力推动填料和周围的水体流动起来，填料及生物膜体被充分地搅拌混合。当气流穿过填料的空隙时又被填料阻滞，并不断地被分割成小泡，从而增加生物膜与氧气的接触和传氧效率[4]。MBBR载体内部有效比表面积大，适合微生物吸附生长，并且填料的结构具有保护的微生物生长的特征。载体上的高浓度的生物菌群可获得很强的COD降解能力，容积负荷达到6~10kgCOD/m3d。载体上的生物膜污泥龄长，非常适宜于硝化菌的生长，硝化菌浓度高，因此硝化脱氮能力显著[5]。针对炼油厂废水处理系统的现实情况，已有报道[6-10]使用MBBR工艺对炼油废水改造进行研究，出水COD和氨氮满足试验要求，但是都没有给出抗冲击负荷（高浓度石油类和COD冲击）的具体报道。某炼厂废水为达到新的排放标准，计划使用MBBR工艺对炼油废水生化单元进行改造。本研究在提升原生化系统脱碳（去除COD）和脱氮（去除氨氮）能力的同时，重点对MBBR系统抗冲击能力（高浓度石油类和COD的冲击）进行考察。1试验部分1.1炼油废水水量、水质及其分析测定方法废水源于炼制过程的废水、油品灌区的废水、循环水系统的排水和部分生活废水，其成分复杂：含有硫化物、苯类、氰化物、苯类、多环芳烃等多种有机污染物。本试验设计水量为100~150m3/h，水力停留时间10~13h，生化单元进水水质：pH6~7，COD200~600mg/L（冲击时期可达880mg/L），氨氮5~20mg/L，石油类20~30mg/L(冲击时期可达70mg/L)。水质分析方法见表1。表1水质指标分析测定方法Table1Measurementmethodfordeterminationofwaterquality水质指标分析测定方法参考文献pH玻璃电极法GB6920-86DO溶解氧仪-COD重铬酸钾法GB11914-89氨氮蒸馏和滴定法GB7478-87石油类红外光度法GB/T16488-96SS重量法GB11901-891.2生化单元改造方案炼厂废水处理系统分2系列并联运行，每系列3池串联运行。系列1的生化池是没有改造的传统活性污泥法（CAS）见图2；MBBR改造是将第2系列的后2池进、出水口及中间过水口用专用筛网（带反冲系统）拦截，填充35%的MBBR填料，工艺流程见图3。试验分三阶段实施：填料挂及稳定期—负荷提升期—抗冲击及稳定运行期。1.3试验参数控制MBBR改造将生化段2池投加MBBR填料，试验期间水温：28~35℃，控制pH：7.3~7.6，硝化消耗碱，视pH变化适量补充纯碱。水量初期100~120m3/h，后期提升120~150m3/h，DO前期控制2~4mg/L，后期控制3~5mg/L；污泥前期100%回流，后期90%回流；控制碳、氮、磷比例，营养按照COD:N:P=300:5:1添加。图1炼油废水老三套“隔油-气浮-生化”处理工艺（CAS）Fig.1FlowchartofpetroleumrefinerywastewatertreatmentcontainingCASprocess图2悬浮填料改造炼油废水生化处理工艺（MBBR）Fig.2FlowchartofpetroleumrefinerywastewatertreatmentupgradingbyMBBRprocess出水进水格栅沉砂隔油均质调节气浮生化（CAS）前1池沉淀生化后2池MBBR改造泵污泥回流自动加碱出水进水格栅沉砂隔油均质调节气浮生化（CAS）3池串联沉淀井冈山大学学报(自然科学版)662结果与讨论2.1填料挂和试验稳定期试验第一阶段：试验在改造完曝气管后投加填料，投料后每隔5d取样观察微生物生长和悬浮填料的挂膜情况。4周后填料挂膜情况见图3。填料内外表面富含黄色生物膜，平均厚度为0.1~0.5mm，说明挂膜成功。其后系统稳定运行23d，未改造的生化池CAS和改造过生化池MBBR出水COD和氨氮对比效果见图1和图2。图3MBBR工艺用悬浮填料图Fig.3PhotoofthefillerswithbiofilmusedinMBBRprocess01002003004001.011.031.051.071.091.111.131.151.171.191.211.23时间/dCOD/mg.L-1生化池进水MBBR出水CAS出水图4填料挂膜后MBBR出水与CAS出水COD比较图Fig.4ChartofCODremovalfromeffluentofMBBRandCASduringthe1stperiod03691215181.011.031.051.071.091.111.131.151.171.191.211.23时间/d氨氮/mg.L-1生化池进水MBBR出水CAS出水图5填料挂膜后MBBR出水与CAS出水氨氮比较图Fig.5ChartofNH3-NremovalfromeffluentofMBBRandCASduringthe1stperiodCOD对比：由图4可知，生化池进水水质在200~350mg/L，平均为280mg/L，MBBR出水稳定在60mg/L以下，平均值为51mg/L；对照CAS出水平均为65mg/L，只有两天（19和20）出水低于60mg/L，原因是进水低于200mg/L。氨氮对比：由图5可知，生化池进水水质在5~15mg/L，平均为11mg/L，MBBR出水在第12天后低于5mg/L，而对照CAS出水氨氮与进水氨氮浓度相当，即CAS系统去除氨氮效果差。01002003004005006007002.012.042.072.102.132.162.192.222.252.28时间/dCOD/mg.L-1生化池进水MBBR出水CAS出水图6负荷提升期MBBR出水与CAS出水COD比较图Fig.6ChartofCODremovalfromeffluentofMBBRandCASduringthe2ndperiod05101520252.012.042.072.102.132.162.192.222.252.28时间/d氨氮/mg.L-1生化池进水MBBR出水CAS出水图7负荷提升期MBBR出水与CAS出水氨氮比较图Fig.7ChartofNH3-NremovalfromeffluentofMBBRandCASduringthe2ndperiod2.2负荷提升期水量提升至120~150m3/h，进水氨氮提升至15~20mg/L，COD在第11天后提升至350~550mg/L，石油类从第20天起50~70mg/L。COD对比：由图6可知，MBBR出水稳定在60mg/L以下，平均值为47mg/L，比第一阶段出水水质更好；对照CAS出水均高于MBBR出水，平均值为67mg/L。氨氮对比：由图7可知，1~16d，MBBR出水均低于5mg/L，但是10~30d后出水氨氮在2~12mg/L，原因是此阶段气浮出现问题，进水石油类