用于处理船舶含油污水的SBR活性污泥驯化培养

乔赵超， 彭恋寒

(中海环境科技(上海)股份有限公司，上海 200135)

0 引 言

船舶含油污水通常由船舶压舱水、洗舱水和舱底水等组成，成分复杂，含有油品添加剂和表面活性剂等化学试剂，具有乳化程度高、有机污染物质量浓度高和处理难度大等特点。生化处理是目前污水处理工艺中最经济、有效的有机污染物去除方法之一，是含油污水处理的理想工艺。但是，船舶含油污水进水水质波动较大，且具有一定的生物毒性，因此除了前置预处理工作以外，还需对活性污泥进行驯化培养，使微生物适应水质环境，这是保证生化处理取得良好效果的关键。

1 船舶含油污水的可生化性

本文以上海某船舶污水处理厂处理的含油污水为研究对象，根据取样和检测结果，测得其BOD与COD的比值为0.23，生化处理水平介于可生化处理与难生化处理之间。

2 生化处理工艺的选择

污水中的有机物主要通过好氧呼吸作用被微生物代谢分解。然而，船舶含油污水中的有机物成分复杂，难以直接作为碳源被微生物吸收利用。近年来，已有很多学者研究发现，“水解酸化+好氧处理”工艺在去除含油污水中有机物污染物方面效果显著。水解酸化工艺指是在缺氧条件下，复杂的有机分子在水解酶的催化作用下发生水解和酸化反应，将难以进行生物降解的有机物，甚至将有生物毒性抑制作用的石油类、挥发酚类和芳香烃类等物质转化为易于进行生物降解的小分子挥发性有机酸，同时减弱此类物质的生物毒性，达到降低污染，改善污水的生化性能的目的。

SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process) 法是一种间歇性运行的污水处理工艺，在1个运行周期内，各阶段的运行时间、污水处理量和运行状态等都可根据污水的性质、进出水质量和运行功能要求等进行调整，能灵活适应污水水质和水量的大幅变化。同时，在进水阶段与曝气阶段之间设置一段缺氧搅拌期，使污水水解酸化，增强后续好氧曝气阶段的污水处理效果。SBR反应池集水解酸化池、曝气池和沉淀池于一体，能大幅减小污水处理设施的占地面积，特别适合在港口码头等用地紧张的区域使用。

通过以上分析，试验选用SBR法作为港口船舶含油污水生化处理工艺。

3 SBR活性污泥驯化培养试验

3.1 活性污泥和试验用污水来源

试验用活性污泥取自于上海曲阳污水处理厂二沉池，经扩大培养之后，作为SBR活性污泥使用，对其进行驯化培养。

试验用污水取自于上海某船舶污水处理厂的储罐静置隔油后出水，为使试验条件尽可能地接近实际情况，将经混凝沉淀的原水(聚合氯化铝的质量浓度为50 mg/L，聚丙烯酰胺的质量浓度为1 mg/L，搅拌5 min，沉淀2 min)作为生化试验用水使用。经检测，试验用污水的水质情况见表1。

表1 试验用污水的水质情况

3.2 试验装置和检测方法

试验采用有效容积为4.5 L的玻璃罐作为SBR生化反应装置，采用雷磁JB-3恒温定时磁力搅拌器作为搅拌装置，采用功率为12 W的增氧泵作为曝气装置，配合定时开关插座实现SBR生化处理工艺的周期性运行。采用光学生物显微镜对污泥进行微生物镜检，以判断活性污泥的状态。图1为SBR试验装置示意。

注：1为玻璃反应罐；2为磁力搅拌器；3为磁力搅拌转子；4为曝气头；5为小型增氧泵；6为增氧泵定时开关；7为搅拌器定时开关图1 SBR试验装置示意

COD的质量浓度根据《USEPA消解比色法 方法8000》(消解仪的型号为HACH DRB200；分光光度计的型号为HACH DR2800)测定；BOD的质量浓度根据《水质 五日生化需氧量(BOD)的测定 稀释与接种法》(HJ 505—2009)测定；石油类物质的质量浓度根据《水质 石油类的测定 紫外分光光度法(试行)》(HJ 970—2018) 测定。

3.3 试验工艺流程

3.3.1 SBR反应装置运行周期设置

SBR反应装置运行周期设置为：缺氧搅拌期3 h；好氧曝气期6 h；沉淀期1 h；静置期2 h；每天运行2个周期；在静置期间进行排水和进水操作。

3.3.2 活性污泥扩大培养

取1 L二沉池污泥置于SBR生化反应装置中，向其中添加清水至4.5 L，按SBR反应装置运行周期进行活性污泥培养，每个周期的静置期排出1.5 L上清液，向反应装置中添加75 mL营养液，继续添加清水至4.5 L，试验用营养液配比见表2。

表2 试验用营养液配比

10 d之后，活性污泥呈棕黄色，SV(Sludge Settling Velocity)值在20%～30%，镜检发现其中存在大量钟虫和累枝虫等原生动物，以及很多轮虫和线虫等微型后生动物，由此判断活性污泥扩大培养完成。

3.3.3 第一次SBR驯化培养

在活性污泥扩大培养完成之后，在每个运行周期的静置期内，从反应装置中排出1.5 L上清液，向其中添加50 mL营养液和150 mL混凝沉淀之后的船舶含油污水，添加清水使进水总水量达到1.5 L。进水中船舶含油污水的含量每2 d增加150 mL，每天都对活性污泥进行取样镜检，并对排出的上清液中COD的质量浓度进行测定。

3.3.4 第二次SBR驯化培养

第一次SBR驯化培养结束之后调整试验方案，在活性污泥扩大培养完成之后，在每个运行周期的静置期内，从反应装置中排出1.5 L上清液，向其中添加86 mL营养液和200 mL混凝沉淀之后的船舶含油污水，添加清水使进水总水量达到1.5 L，持续10 d。10 d之后，进水中船舶含油污水的含量每2 d增加100 mL，营养液的含量每2 d减少14 mL，使进水中COD的质量浓度维持在1 500 mg/L左右。每天都对活性污泥进行取样镜检，并对排出的上清液中COD的质量浓度进行测定。

3.4 试验结果

3.4.1 第一次SBR驯化培养结果

图2为第一次SBR驯化培养试验数据;图3和图4分别为第一次SBR驯化培养初期和末期镜检照片(400倍)。由图2～图4可知：

图2 第一次SBR驯化培养试验数据

1) 驯化培养初期(第1—4天)，船舶含油污水添加量较少，活性污泥除了以营养液中的葡萄糖为碳源以外，还可利用部分船舶含油污水中的COD作为碳源，出水中COD的质量浓度为148～341 mg/L，COD去除率可达71.4%～84.1%。通过镜检观察到活性污泥呈较大颗粒状，钟虫较为活跃。

2) 驯化培养中期(第5—8天)，随着进水中船舶油污水含量的增加，进水中COD的质量浓度上升，出水中COD的质量浓度由520 mg/L逐渐上升至962 mg/L，COD去除率由64.3%下降至44.1%。此时仍有部分含油污水中的COD被消耗，说明在含油污水中COD的质量浓度小于1 100 mg/L，进水中COD的质量浓度不超过1 700 mg/L的状态下，SBR反应装置中的微生物仍可利用并降解污水中的有机物，但随着含油污水质量浓度的增加，难降解有机物和毒性微生物的质量浓度也增加，活性污泥的呼吸作用开始受到抑制。

3) 驯化培养末期(第9—12天)，进水中船舶含油污水的含量进一步增加，出水中COD的质量浓度由1 340 mg/L逐渐上升至2 133 mg/L，COD去除率由32.4%下降至5.0%，生化处理效果显著变差，甚至无法完全降解进水中营养液中的COD。通过镜检发现，第12天时污泥颗粒已非常细碎，且难以观察到钟虫、轮虫等指示性微生物的活动，推测在驯化培养末期，反应装置中的细菌等微生物无法适应恶劣的水质，呼吸作用受到了严重抑制，甚至有大量微生物死亡。第一次驯化培养因此终止。

3.4.2 第二次SBR驯化培养结果

根据第一次驯化培养结果，对第二次驯化培养方案进行调整，整体驯化培养时间延长至24 d。图5为第二次SBR驯化培养试验数据；图6和图7分别为第二次SBR驯化培养初期和末期镜检照片(400倍)。在培养初期增加10 d适应期，适应期内进水中的含油污水中COD的质量浓度维持在350 mg/L，同时全程控制进水中COD的质量浓度在1 500 mg/L左右，使得反应装置中的活性污泥在适应较大处理负荷的同时，能在一定程度上进行生物筛选。在适应期，出水中COD的质量浓度由387 mg/L降至231 mg/L，去除率由74.1%上升至84.6%，说明反应装置中能处理含油污水的微生物数量有所增长，活性污泥对船舶含油污水的适应性有所提升。

图5 第二次SBR驯化培养试验数据

在适应期结束之后，由于活性污泥中的微生物种群以能适应含油污水水质的优势种群为主，逐步提升进水中含油污水的质量浓度并不会对活性污泥造成致命性冲击。在驯化培养的第24天，进水中COD的全部来自于船舶含油污水，出水中COD的质量浓度为678 mg/L，COD去除率维持在57.1%。此时，通过镜检仍可发现大量钟虫和轮虫，菌胶团结构较为紧密。

通过对出水中COD的质量浓度、COD去除率和镜检结果进行比较发现，此次驯化培养试验结果显著优于第一次试验，可见设置低浓度适应期和保证充分的驯化时间对于培养处理船舶含油污水中的活性污泥而言尤为重要。

4 工程实际应用效果

上海某船舶污水处理厂的污水处理工艺改造项目采用“物化+生化法”处理船舶含油污水，具体工艺流程图见图8。

图8 上海某船舶污水处理厂的船舶含油污水处理工艺流程图

在该工艺流程中，SBR生化池活性污泥驯化参照上述第二次驯化培养的方案进行，各项工艺运行参数与其保持一致。驯化培养前10 d控制污水进水量为设计处理量的1/4，同时添加足够的营养液；10 d之后逐步增加SBR生化池的污水进水量，营养液添加量相应减少；至第24天，污水进水量达到设计处理量，此时通过取样镜检观察到污泥絮粒较大，结构紧密，钟虫、累枝虫和轮虫等指示性微生物较为活跃。这说明经过驯化培养，SBR反应池中的微生物已能较好地适应船舶含油污水水质条件，污泥活性良好。

由于该污水处理厂的污水处理工艺改造项目在一级混凝气浮前采用臭氧对污水进行预氧化处理，不仅能直接去除污水中的部分有机污染物，而且能将难降解的大分子有机物氧化分解为易被生物利用的小分子有机物，从而提高污水的可生化性，利于后续进行SBR生化处理。通过对水质进行检测发现，该项目正常运行时，SBR生化处理阶段的COD去除率可达65%，总COD去除率可达87%，出水水质满足纳管标准的要求。

5 结 语

1) 港口接收的船舶含油污水成分复杂，含有较多难降解的有机污染物，具有一定的生物毒性，未对其进行驯化培养或在驯化培养过程中添加含油污水的速度过快，可能会导致污泥中的细菌等微生物无法适应恶劣的水质，呼吸作用受到严重抑制，甚至导致大量微生物死亡。

2) 在驯化培养初期设置10 d左右的低浓度适应期，在反应器中自然筛选出具有降解含油污水能力的微生物，使其得以大量增殖。适应期结束之后逐步增加进水中含油污水的质量浓度，强化活性污泥的适应性和含油污水处理能力，整个驯化培养过程不宜少于24 d。

3) 经过驯化培养的SBR活性污泥能较好地适应船舶含油污水水质条件，并降解其中的有机污染物。在此次驯化培养试验中，在船舶油污水进水中COD的质量浓度为1 580 mg/L的情况下，经SBR生化处理的出水中COD的质量浓度为678 mg/L，COD去除率为57.1%。

4) 采用混凝气浮和臭氧预氧化等物化处理方式可去除污水中的部分石油类物质和有机污染物，采用臭氧预氧化的方式还可将污水中难降解的大分子有机物分解为细菌可利用的小分子物质，从而提高污水的可生化性。在实际工程项目中，采用“斜板分离+臭氧预氧化+一级混凝气浮+SBR生化处理+二级混凝气浮”的处理工艺，总COD去除率可达87%，SBR生化处理阶段的COD去除率可达65%。该工艺路线适宜在同类污水处理工程中推广应用。