脉冲布水-水解酸化池联合厌氧好氧工艺（A/O） 处理石油化工废水调试研究

项吕婷

（渭沣洁净技术（上海）有限公司，上海 200233）

石化废水是石油化工企业生产过程中产生的废水，由于石化产品生产流程复杂，其间会产生大量成分复杂的废水，其中含有大量有毒有害物质（如醇类、烃类、卤代烃、酸酯类、环烷类、重金属类），污染物浓度高，进水水质波动大，属于难处理废水，对地表水污染十分严重。同时，石化废水中含有蛋白质、脂肪、氮磷类化合物，若处理不当，会引起水体富营养化，导致水中溶解氧急剧下降，致使水生动物大量死亡，水质恶化[1]。

目前，国内外石油化工废水处理核心技术主要采用活性污泥法，其对氨氮的去除效率很低。通过优化废水处理参数，调整各单元处理结构、提高出水水质是石化厂需要解决的问题。水解酸化联合A/O工艺被广泛用于处理石化废水，水解酸化过程能够提高生物可利用性，提高生物可利用性（提升BOD5/COD比值），结合A/O工艺后，其脱氮效果较好[2]。水解酸化池进水分时可分为连续进水和脉冲进水。传统的连续布水常导致污泥严重淤积，泥水混合效果较差，设备存在腐蚀问题等，导致水解酸化池效率下降。脉冲布水器主要是通过虹吸现象利用高速水流将管道中的空气带走，使管道出现真空，通过压力差完成水力流动。由于水流速较高，能在短时间内形成脉冲式布水，水解酸化池中的沉淀物与废水发生混合，增加微生物与有机物接触频率，从而提高水解酸化池处理效果[3]。本文以脉冲布水-水解酸化联合A/O工艺为研究对象，通过调试研究探讨了脉冲水解单元、污泥回流比、水力停留时间和污泥龄对出水水质的影响因素，并对其运行效果（COD、BOD5、氨氮、总磷、硝态氮、硫酸根与硫离子）进行分析。

1 材料与方法

1.1 试验装置设计和试验方法

本中试装置由储水池、脉冲水解酸化池、脉冲器、A/O池和二沉池组成。各反应器设计参数为：脉冲布水器位于水解酸化池上1.2 m处，为圆柱形，容积约为0.06 m3，材质为不锈钢。脉冲布水器的脉冲频率为12次/h。水解酸化池为圆柱形，直径0.8 m，高5 m， 容积约为2.5 m3，A/O工艺段由1个A段和4个O段构成，设计长×宽×高分别为4 m×1 m×2 m。 A段仅设置搅拌器，4个O段均设有曝气器和搅拌器。储水池和二沉池体积分别为4.50 m3、0.25 m3。石化废水进入储水池后，经沉淀一段时间，经提升泵提升至脉冲布水器中，在脉冲池内停留10 min后，在1 min内将脉冲池内废水输入到水解酸化池，污水和污泥充分反应后，经溢流堰流入A/O池中，经过厌氧-好氧两个过程，最后流入二沉池，二沉池底泥回流至A段。

1.2 处理反应器的启动和运行

中试接种活性污泥来自上海某污水处理厂的厌氧酸化池和O池污泥，接种浓度分别为20 g/L和 10 g/L，反应器从2018年1月开始持续运行至2019年2月。内循环2 d后开始连续进水，进水冲击负荷逐渐增加。反应器连续运行1个月后，水解酸化池与二沉池出水指标稳定，表明反应器接种污泥成功。温度检测结果显示，反应器内温度随季节变化在14～30℃。通过检测氧化还原电位（ORP）可得，水解酸化池的ORP稳定在400 mV，而A段ORP在120 mV，通过定期排泥，A/O段污泥龄控制在20 d左右，O段溶解氧含量在3 mg/L左右。

1.3 分析指标与方法

COD采用重铬酸钾法测定、BOD5采用稀释培养法测定、氨氮采用纳氏吸光法测定、总磷采用钼酸铵比色法、硝态氮采用紫外分光光度法、硫酸根采用铬酸钡光度法、硫离子采用亚甲基蓝法测定，具体检测方法可以参考相关文献[4]。

2 结果与讨论

2.1 脉冲水解酸化池运行表现

脉冲水解酸化池实际运行分析显示，脉冲布水能够较大程度地减少污泥淤积，搅拌器腐蚀问题得到缓解。运行至60 d时，污泥主要集中在1.2～1.5 m的高度，随着运行时间的增加，污泥层出现压缩，主要集中在底部0.8～1.0 m的位置。脉冲发生后，水流在水解酸化池内形成湍流，使池低污泥搅拌加剧，底部污泥有所膨胀。经计算，脉冲前后污泥的平均浓度为18.3 g/L和15.6 g/L；运行至120 d时，脉冲前后水解酸化池内污泥平均浓度均增加1～2 g/L。

为了研究本中试反应器与非脉冲水解酸化A/O池工艺出水水质，对某污水厂实际运行和装置COD值进行了对比。污水厂进水COD浓度为680 mg/L，中试装置为689 mg/L，排出水COD浓度分别为144 mg/L 和121 mg/L，经计算，去除率分别为78.82和82.43%。因此，本装置脉冲进水有效降低出水的COD浓度。脉冲装置能够增加反应器中水流紊乱程度，强化传质过程，此外，脉冲布水器可以提高反应池内微生物与污染物接触频率，使得不同位置的微生物利用率显著提高，对污染物的去除效果提高[5]。

同时，笔者分析了进水BOD5的浓度，中试装置为190 mg/L，水解酸化池出水浓度114 mg/L，二沉池出水的浓度为25 mg/L，去除率86.8%。经计算，进水浓度BOD5/COD=0.275，经过脉冲水解酸化后BOD5/COD=0.384，二沉池出水BOD5/COD=0.09。经过脉冲水解酸化后，污水生物可利用性增加。可见，脉冲水解酸化池能够强化污泥中的微生物将石油废水中的芳香烃、杂环类复杂难降解的物质降解，转化为有机酸等容易被微生物降解的小分子物质。同时，在水解酸化池污泥层的截留吸附作用下，它可以高效地去除石油废水中非溶解性悬浮物。

此外，笔者分析了挥发性脂肪酸（VFA）的变化。VFA能够评价水解酸化的程度。通过计算VFA与COD的比值，分析COD的VFA转化率，反映水解酸化池有机物产酸效果。石化废水经过水解酸化池后VFA与COD比值显著提升，进水时为0.54±0.21，污水流出水解酸化池后增加到了1.34±0.46。结果表明，脉冲水解酸化池水解酸化效果较好，水解酸化菌群受抑制程度较小。

2.2 污泥回流比对处理单元的影响

本研究设置污泥回流比（R）为60%、120%和180%进行工艺运行，考察不同回流比下水解酸化池和二沉池中COD、DOC、UV254、SUVA值。结果显示，污泥回流比对水解酸化池和A/O池COD去除率均有一定影响，当污泥回流量和进水量比值为60%和180%时，此时COD在A/O池的去除率在70%～75%，而当污泥回流比为120%时，COD去除率为82%左右，此时二沉池出水小于100 mg/L，基本达到国家一级A排放标准（有少数几个时间点出水COD值不满足国家一级A排放标准）。此外，研究还分析了二级出水中DOC、UV254、SUVA的值，可以看出污泥回流与溶解性有机物、紫外吸光度之间有关。

2.3 水力停留时间对处理单元的影响

通过调整水力停留时间（10 h、15 h、20 h、25 h）来研究该装置处理COD的效果。四个HRT所对应的COD出水浓度为78±15.54 mg/L、71±12.12 mg/L、102±16.44 mg/L、132±14.94 mg/L，去除率分别是81%、87%、76%、73%，由此可见，当HRT为15 h时，COD去除效果最好。此时，所对应的SVI为 81 mL/g，曝气池内没有污泥膨胀现象，随着时间增加，有机污染物含量增加，有机物无有效排解方法导致大量有机物自身消化现象发生，使得下个处理工艺COD值增加，因此，15 h为本中试最佳的水力停留 时间。

2.4 污泥龄对出水水质的影响

污泥龄（θc）是评估活性污泥处理系统运行好坏的重要参数。本次中试试验通过调节排泥量来控制污泥龄。每日排泥量分别设置为1.749 g/d（θc=11 d）、 1.231 g/d（θc=23 d）、0.872 g/d（θc=31 d）和0.045 g/d （θc=47 d）。可以看出，当污泥龄为23 d和31 d时，出水COD为83.43 mg/L和90.42 mg/L，而污泥龄在11 d和47 d时，出水COD值增加，水质受到严重损伤，可能是因为污泥龄过短或过长会导致絮体不成形，使得微生物量下降，微生物活性受到抑制。因此，在本中试试验中，污泥龄在23～31 d时最为合适。

3 运行效果分析

该工程于从2018年1月开始持续运行至2019年2月。中试连续运行期间，基本水质监测数据显示，出水水质能够达到出水指标达到《石油化学工业污染物排放标准》（GB 31571-2015）标准。具体数据如表1所示。

表1 出水水质

4 结论

脉冲布水能够增强污水混合传质，微生物可以加速降解有机污染物，使得水质提高。反应器出水各项指标良好，说明脉冲水解酸化联合A/O工艺对处理石油废水具有良好的潜力。