提高氧化沟对炼油污水氨氮去除效果的探讨

钟华文

（广东石油化工学院化工与环境工程学院，广东 茂名 525011）

某炼油公司炼油污水处理场生化系统主要采用的是氧化沟工艺，随着近年来行之有效的节水减排，排放到污水处理场的炼油污水中所含污染物浓度增大，给污水处理场的生化处理系统的稳定运行造成较大压力，生化系统的不稳定运行使生化出水的COD和氨氮超标，尤其是生化系统氨氮去除率低的问题较为突出［1～2］。

氨氮是水相环境中氮的主要存在形式，是水体富营养化和环境污染的一种重要物质。含有较高浓度氨氮的废水，进入环境水系后会引起水体缺氧，对鱼类等水生动物构成毒害，并刺激藻类等水生植物过度生长，出现赤潮、赤湖等污染现象［3］。此外，氨氮的存在给水处理带来了困难。因此，如何提高炼油污水处理场氧化沟系统的氨氮去除已成为公司炼油污水处理上主要存在的问题之一［4～5］。

1 氧化沟工艺原理

氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，一般采用椭圆形廊道，在沟槽中设有机械曝气和推进装置。当污水离开曝气区后，溶解氧（DO）逐渐降低，造成缺氧环境，所以氧化沟可能发生分解有机物的异养作用、转化氨氮的硝化作用和脱氮的反硝化作用。本公司采用的是Orbal氧化沟，Orbal氧化沟是氧化沟的一种型式，它由多个同心的椭圆形沟渠组成，污水与回流污泥进入最外的沟渠，在不断循环的同时，依次引入下一沟渠，最后从内沟渠排出。

氧化沟生物脱氮工艺，在缺氧池中进行反硝化，在好氧池中进行含碳有机物的去除、含氮有机物的氨化和氨氮的硝化。原废水的大量有机物为反硝化提供了充分的外加碳源。好氧池在缺氧池之后，经缺氧池去除一部分有机物后，好氧池负荷降低，可以对残留的有机物进一步有效去除及完成氨氮的充分硝化；缺氧池前置可以起到生物选择器的作用，有利于控制污泥膨胀。生物脱氮可分为生物硝化和生物反硝化两个阶段。

1.1 生物硝化作用

在好氧条件下，通过亚硝酸盐和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，称为生物硝化作用。生物硝化作用的反应过程为：

1.2 生物反硝化作用

在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌（反硝化菌）的作用，将NO2－—N和NO3－—N还原成 N2的过程，称为反硝化。反硝化过程中的电子供体（氢供体）是各种各样的有机底物（碳源）。其反应式为：

2 氧化沟对主要污染物的处理效果

2.1 氧化沟对COD和BOD5的去除

图1和图2分别是氧化沟对COD和BOD5的去除情况。

图1 氧化沟去除COD情况

图2 氧化沟去除BOD5情况

由图1看到，氧化沟进水（浮选出水）COD在729～1143mg·L－1波动，平均值为 925mg·L－1；经氧化沟处理后 COD 降至 343～502mg·L－1，平均值为400mg·L－1，平均去除率为 56.8%。 由图 2 看到，氧化沟进水 BOD5在 270～480mg·L－1波动，平均值为366.8mg·L－1； 经氧化沟处理后 BOD5降至 35～140mg·L－1， 平均值为 77.9mg·L－1， 平均去除率为78.8%。

根据计算氧化沟的处理时间约为18h，挥发性污泥浓度约为4g·L－1。因此测算到COD平均容积负荷为 0.7kg·m－3（曝气区）·d， 污泥负荷为0.175kg·（kg VSS）－1·d；BOD5平 均 容 积 负 荷 为0.385kg·m－3（曝气区）·d，污泥负荷为 0.096kg·（kg VSS）－1·d。从削减的量来看，氧化沟对COD和BOD5的去除较为理想，尤其是BOD5的去除更为理想，充分说明氧化沟作为一种延时曝气池，其曝气时间长，对有机物具有很好的处理效果。

2.2 氧化沟对氨氮和硝态氮的处理

图3和图4分别是氧化沟对氨氮和硝态氮的处理情况。

图3 氧化沟去除氨氮情况

图4 氧化沟去除硝态氮情况

由图 3看到，氧化沟进水氨氮在 21.2～30.6mg·L－1波动，平均值为 28.0mg·L－1；经氧化沟处理后氨氮变为 26.2～39.6mg·L－1波动，平均值为32.7mg·L－1，氨氮指标没有得到降解，反而有一定的上升，氨氮上升可能是因为在氨化作用下有机氮转化为氨氮所致。

由图4看到，氧化沟进水硝态氮在20.2～45.5mg·L－1波动，平均值为 33.8mg·L－1；经氧化沟处理后硝态氮降至 3.8～6.5mg·L－1波动，平均值为4.9mg·L－1，平均去除率为 85.5%。 虽然没有硝化作用产生硝态氮，但是由于原水中本身含有较多的有机物和硝态氮，在氧化沟的缺氧区发生了反硝化作用，从而使硝态氮得到了去除。

3 氧化沟氨氮去除效果差的原因及解决措施

从图3看到，炼油污水处理场氧化沟对氨氮基本没有处理效果，也即是氧化沟没有发生硝化作用。经调查和分析，氧化沟运行过程中主要存在以下几个问题：

（1）溶解氧不足。硝化菌属好氧菌，从硝化过程的反应方程式计算可得理论需氧量为4.32 g·g-1（NH3－N）。在纯硝化系统中DO可保持在2 mg·L－1左右，而有COD负荷时，则需较高的溶解氧。据有关资料介绍，当污水中有一定的BOD负荷而 DO 较长时间低于 4mg·L－1时，NH3转化为NO3－的转化率就逐渐降低［6］。 当 DO 达 4mg·L－1以上时，NH3的去除效果较好。表1是氧化沟溶解氧的实验测定值。

表1 氧化沟系统溶解氧实测值

由表1看到，氧化沟的外圈、中圈和内圈溶解氧基本都未达到工艺指标要求。其中外圈有时略高于指标要求，中圈和内圈低于指标要求。主要原因是氧化沟进水水质较差（有机物和硫化物高），大量异养菌和硫细菌生长繁殖，溶解氧消耗很大，致使溶解氧不足。解决办法：生化前面的预处理（隔油、浮选）必须保证开好，使进入生化处理系统的污水达到氧化沟的进水要求。

（2）污水中磷盐不足。生化系统微生物群落赖以生活的主要外界营养为碳、氮、磷。若污水中缺乏这些物质时，则需要补充。投加比例多采用BOD5∶N ∶P＝100∶5 ∶1。 炼油污水中碳源和氮源充足，但磷源相对不足，需要按比例定期补充。通过跟踪测定氮磷比（表 2），生化系统 N∶P ＝ 8.0～25，明显表现为磷盐不足。

表2 氧化沟总P含量及N∶P比

解决办法：根据污水的N∶P比，在生化系统投加磷酸三钠，为微生物生长提供所需要的磷盐。加药量需进一步精细，避免过量，引发水体富营养化。

（3）氧化沟污泥的浮渣、油泥影响生化效果。浮选池内的浮渣和油泥难免流入后续的氧化沟系统，粘附在活性污泥表面上，隔绝活性污泥与氧气的充分接触，在一定程度上影响了生化处理效果。解决办法：对预处理的隔油、浮选工艺一定要把好关，防止将浮渣、油泥带至生化系统，定期清理浮选池浮渣，减少浮渣、油泥对氧化沟污泥的影响。

（4）生化系统碱度不够。从硝化反应方程式可知，硝化反应会产生H＋需要消耗碱度，每硝化1 mg NH4＋－N 需消耗 7.07 mg CaCO3碱度。 据有关资料显示，当 pH 值为 7.5～8.4 时，硝化作用速度最快，但为了节省成本，可控制进水pH值在7.0～7.8；对于反硝化作用的pH值适宜控制在 7.0～7.8。实际操作可用Na2CO3调节pH值，且Na2CO3也能为硝化细菌提供无机碳源。

4 结论

（1）进水 COD 平均 925mg·L－1，经氧化沟处理后降至 400mg·L－1，去除率为 56.8%，COD 容积负荷为 0.7kg·m-3（曝气区）·d-1；BOD5平均 366.8mg·L－1降至 77.9mg·L－1， 去除率为 78.8%，BOD5容积负荷为 0.385kg·m-3（曝气区）·d-1。 从削减的量来看，氧化沟对COD和BOD5的去除较为理想，说明氧化沟对有机物具有很好的处理效果。

（2）进水硝态氮平均 33.8mg·L－1，经氧化沟处理后降至 4.9mg·L－1，去除率为 85.5%，说明在原水含有较多有机物和硝态氮的前提下，氧化沟具有较强的反硝化作用。

（3）氧化沟对氨氮没有降解作用，主要受到溶解氧不足、磷营养不足、pH值不合适及浮渣、油泥等影响。

（4）采取控制进水水质、补充磷盐、投加Na2CO3及定期清理浮渣等措施可以解决硝化作用不理想的问题。

［1］ 王晓云，车向然.炼油废水水质特性及其治理技术［J］.水科学与工程技术， 2008，（6）： 53-55.

［2］ 郭宏山.炼油废水处理的现状、问题及对策［J］.化工环保，2010， 30（2）：93-99.

［3］ 范荣桂，郝方.炼油废水的处理方法及工艺特征［J］.中国科技论文在线，2010， 5（5）： 410-414.

［4］ 曹杨.油质废水处理工艺的探讨［J］.科技创新导报，2009， （2）： 108-109.

［5］ 高会杰，黎元生，许谦.含氨废水生物处理技术进展［J］.当代化工，2008，37（6）： 630-633.

［6］ 钟华文，廖艳，李晓明.含油废水氨氮生物降解的试验研究［J］.石油炼制与化工，2004， 35（3）：61-64.