生物强化处理在炼油污水厂的中试研究

姚桂莹

（中国石油大港石化分公司，天津 300280）

生物强化技术即生物增强技术（Biological augmentation）是为了提高废水处理系统的处理能力而向该系统中投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种［1］，以去除某一种或某一类有害物质的方法。在现代废水治理中，生物强化技术的应用越来越引起人们的兴趣及关注，成为新的研究热点，被广泛应用于去除难降解有机物、去除废水中过量营养物、维持生物系统的稳定性等方面［2］。该方法可有效提高有毒有害物的去除效果，改善污泥性能，加快系统启动，增强系统稳定性、耐负荷冲击能力等，操作简便，易于管理［3］。

1 炼油污水厂情况简介

大港某污水处理厂主要为大港某炼油厂装置服务，受纳的污水种类包括含油污水、含硫污水、含碱污水、循环水排污、生活污水等，设计处理能力500t/h，设计出水水质：COD＜100mg/L，S2-＜0.8mg/L，酚＜0.5mg/L，石油类＜5mg/L。主要处理工艺为隔油、浮选、曝气池、二沉池，最后出水进入回用处理工艺，经过膜处理后回用至生产中的循环水。目前该污水场实际处理水量为250m3/h，曝气池采用鼓风曝气，为2个廊道并联运行，目前曝气池生化进水COD为500～700mg/L，生化后沉降出水维持在100～150mg/L以下。存在以下问题亟待解决：①《天津市污水综合排放标准》（DB12/356-2008）出台并开始实施，其中COD排放浓度降低至50mg/L，氨氮排放浓度降低至5mg/L；②随着炼油装置规模的扩大，污水系统处理负荷逐步增加；③在停工检修或装置故障时污水系统易受到冲击，冲击后系统恢复时间较长，恢复期间出水指标无法满足要求；④污水厂出水指标稳定性不高，影响后续回用水处理系统的正常运转，导致运行费用增加。

为提高该污水处理系统的处理效果，缩短受冲击后的恢复周期，提高污水处理厂的抗冲击负荷能力；提高、稳定出水水质、进一步降低的处理出水指标；稳定生产、降低回用水系统运行成本，本次试验通过增设生物强化装置，进行了生物强化技术处理炼油废水的中试研究，考察了生物强化技术对系统污染物去除能力和稳定性的改善情况，验证生物强化技术在炼油废水处理中的应用效果，以期为该技术的工程应用提供有力的数据支撑和技术支持。

2 生物强化试验技术原理、工艺、流程及分析方法

2.1 基本原理

本试验所采用的生物强化技术的核心原理是废水处理的优势微生物来源于废水处理系统自身，优势微生物的数量及活性大小决定废水处理系统的处理效果。

本试验所采用的生物强化技术是利用专业的微生物培养系统和特制的培养基，在总体平衡废水的水温、pH值和营养源等环境条件的基础上，对废水处理系统中的微生物进行强化，使微生物在最优化的条件下获得快速增殖和驯化，快速增加曝气池内优势菌种的浓度，提高微生物的活性，以强化生物量对某一特定环境或特殊污染物的反应，提高废水的生物降解能力，提升废水处理系统的处理效果。该技术主要通过生物强化装置来实现。

2.1 技术优点

（1）提高优势微生物的浓度与活性。

利用生物强化装置培养曝气液后，培养液内的细菌数增加到约109CFU/mL的浓度，将培养液投放到曝气池中后，池内的细菌数量也会明显增加，只要能保证溶解氧的浓度，就能利用生物强化技术增加曝气池内的MLSS浓度，即提高曝气池中活性微生物的数量。

（2）提高污泥的沉降性能，减少污泥产生。

在提高曝气池中污泥活性的同时，生物强化技术还可以提高污泥的沉降性能，降低沉降池的出水悬浮物，相当于改善出水水质，可以减少原有工艺的混凝加药数量，减少污泥产生数量［3］，从而降低整个系统处理设施的综合费用。

（3）提高废水的处理效率，改善系统出水指标。

曝气池投放培养液后，微生物呈活性所需的时间将显著减少，因此可以增加废水处理系统的处理能力，提高废水处理系统去除效率，改善出水的水质指标。

（4）提高系统抗冲击能力。

微生物活性和数量的增加，可以加快有机物的降解速度，缩短达到相同去除效率时的水力停留时间，因此可以使废水处理系统有足够的空间和时间承受因处理水量的增加和来水浓度的提高所造成的冲击，在一定程度上稳定了出水水质，增强耐负荷冲击的能力及系统的稳定性［4］。

2.2 工艺流程

中试试验的工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图Fig.1 Flow chart of the process

2.3 水质分析方法

COD采用快速消解分光光度法［5］进行测定，氨氮采用纳氏试剂分光光度法［6］进行测定。

3 试验装置的运行

该炼油污水厂处理流程中，含油污水在隔油、气浮后分成并列独立的一、二两个生化单元。各生化单元中有独立的缺氧段、好氧段、污泥回流系统。生物强化装置运行主要是针对好氧段微生物，具体过程分为提取曝气液、培养强化、返回到曝气池三个阶段。首先是将好氧段活性污泥抽出，投入到生物强化装置中，再加入生物强化专用的生物培养剂，经连续培养强化18～20h后，再返回到好氧曝气段，完成一个培养周期。根据设计水量和实际情况，本次试验配备了5台试验用生物强化装置。

3.1 常规运行阶段

为验证该生物强化技术在炼油废水处理中的应用效果，更清晰地反映生物强化的处理效果，本试验采集了炼油污水厂常规运行阶段（即6月21日～6月24日）的数据进行比较。

3.2 生物强化阶段

生物强化阶段分三个时期运行：快速强化时期、巩固强化时期和稳定运行时期。

3.2.1 快速强化时期

生物强化装置于2010年6月25日正式启动，快速强化时期从6月25日～7月4日，周期为10d，4台生物强化装置每天开启1次，加入专用的生物培养剂，共强化培养曝气液1600L，一次性排放到曝气池（一曝气池和二曝气池各排放800L）。活性污泥絮体逐渐增大，沉降性能好转。

3.2.2 巩固强化时期

7月5日～7月23日为巩固强化时期，周期为19d，4台生物强化装置每周开启2次，加入专用的生物培养剂，每次强化培养曝气液1600L，一次性排放到曝气池（一曝气池和二曝气池各排放800L）。系统逐渐转好，活性污泥絮体明显增大，沉降性能良好。

3.2.3 稳定运行时期

进入稳定强化时期后，4台生物强化装置每周开启1次，加入专用的生物培养剂，每次强化培养曝气液1600L，一次性排放到曝气池（一曝气池和二曝气池各排放800L）。系统运行良好，污泥稳定增长，活性污泥絮体明显增大，沉降性能良好。

4 结果与分析

4.1 生物强化培养后对出水COD的处理效果分析

一生化、二生化出水COD变化曲线见图2～图3。

图2 一生化出水COD变化曲线Fig.2 Daily COD concentration changes of the 1st biochemical effluent

图3 二生化出水COD 变化曲线Fig.3 Daily COD concentration changes of the 2nd biochemical effluent

从图2～图3可以明显看出，经过生物强化阶段快速强化时期、巩固强化时期的运行后，出水COD指标有了明显提高，其中一沉降平均出水COD由常规运行阶段的143.25mg/L降低至生物强化阶段稳定运行时期的84.73mg/L，出水COD指标提高达40％；二沉降平均出水COD由常规运行阶段的136.00mg/L降低至生物强化阶段稳定运行时期的68.13mg/L，出水COD指标提高达50％。

4.2 生物强化培养后对出水氨氮的处理效果分析

一生化、二生化出水氨氮变化曲线见图4～图5。

图4 一生化出水氨氮变化曲线Fig.4 Daily ammonia nitrogen concentration changes of the 1st biochemical effluent

图5 二生化出水氨氮变化曲线Fig.5 Daily ammonia nitrogen concentration changes of the 2nd biochemical effluent

从图4～图5可以明显看出，经过生物强化阶段快速强化时期、巩固强化时期的运行后，出水氨氮指标有了明显提高，其中一沉降平均出水氨氮由常规运行阶段的15.69mg/L降低至生物强化阶段稳定运行时期的1.06mg/L，出水氨氮指标提高达到93％；二沉降平均出水COD由常规运行阶段的11.05mg/L降低至生物强化阶段稳定运行时期的0.83mg/L，出水氨氮指标提高达92％。

4.3 生物强化培养后对活性污泥沉降性的效果分析

生物强化培养前后污泥性状有明显改善，污泥的沉降性明显增强，絮体粒径大且紧凑，沉降速度较快；进入稳定期后5min沉降达到30％，明显优于常规运行阶段的80％，上清液更加清澈；生物相好转，出现大量钟虫、累枝虫等原生动物。

4.4抗冲击能力验证

中试试验期间，大量高含油废水流入曝气池，对曝气池造成强烈冲击，沉淀池出现大量死泥浮泥，出水严重超标。经过强化培养后，生化系统逐渐恢复正常，污泥活性进一步提高，出水悬浮物明显减少。

5 结论与建议

（1）炼油废水成分复杂、水质、水量随时间波动较大，中试试验期间隔油系统设备故障，大量高含油污水流入生化系统，对整个生化池造成一定冲击。实践证明，经生物强化后的二级A/O工艺具有良好的抗冲击负荷能力，其原因是由于此时系统中存在的优势功能菌群仍然能维持其生物活性，当冲击负荷发生后，系统能在较短的时间内恢复正常，发挥优势功能菌群的降解性能。从而验证了生物强化技术在耐冲击负荷、提高系统抗冲击能力及反应器的快速启动［7］方面的优越性。

（2）经生物强化处理后，炼油污水系统出水的主要污染物COD、氨氮等指标有明显的降低，污泥沉降性大大改善，出水悬浮物明显减少，有力地验证了生物强化技术在炼油废水处理中的应用效果。本次试验在1个多月的时间里已取得了阶段性成果，达到了中试的目的，圆满地完成了试验任务。

（3）在今后的日常操作中，①及时跟踪生化池进、出水COD、氨氮等变化情况，根据进水负荷变化及时调整启动生物强化装置，使出水COD、氨氮等指标控制在一定范围内；②一旦生化池受冲击，应立即启动生物强化装置进行强化培养，以最快的速度恢复菌的活性，最大限度地降低冲击的影响；③生物强化装置的启动台数和培养频次应参照生化池运行状况灵活变化，如此方能够最大限度地发挥生物强化技术的作用，保持生化系统菌种的高活性、高生化性和良好的沉降性，稳定并提高出水水质。

［1］Tomela M，Vikman M，Hatakka A，et al.Biodegradation of lignin in a compost environment：a review［J］.Bioresource Technology，2000，72：169-183.

［2］王建芳，赵庆良，林佶侃，等.生物强化技术及其在废水生物处理中的应用［J］.环境工程学报，2007，1（9）：44-45.

［3］全向春，刘佐才，范广裕，等.生物强化技术及其在废水治理中的应用［J］.环境科学研究，1999，12（3）：22-27.

［4］梁立伟，赵兴龙，林李娟，等.生物强化技术在污水处理中的应用［J］.油气田环境保护，2006，16（4）：1-3.

［5］HJ 535-2009，水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法［S］.

［6］HJ/T 399-2007，水质化学需氧量的测定快速消解分光光度法［S］.

［7］马放，郭静波，赵立军，等.生物强化工程菌的构建及其在石化废水处理中的应用［J］.环境科学学报，2008，28（5）：885-891.