传统炼油废水处理工艺改进与运行研究

中国环境学会  2011年 03月31日


  高雅玉1,钱鞠1,王金相1,鲁娜2
  (1.兰州大学资源环境学院,甘肃 兰州 730000; 2.兰州理工大学石油化工学院,甘肃 兰州 730050.)


  摘要:根据炼油废水处理现状,一项对传统处理工艺的改造工艺——“A/O+MBBR”组合工艺被引入到试验中并加以应用,同时分析了新工艺对废水中CODcr、油类的去除情况。研究结果显示,尽管进水水质波动性较大,但改造后工艺在污染物的去除率和抗冲击负荷能力上显示出了较明显的优势。新工艺试运行期CODcr去除率73.17%~88.65%,油类去除率57.56%~97.16%,且均呈稳定上升趋势,MBBR池出水CODcr小于60mg/L,油类小于5mg/L,出水水质能够满足《污水综合排放标准》一级标准。
  关键词:炼油废水、MBBR、CODcr、油类、去除率
  中图分类号:           文献标识码:        文章编号:


  Study on improvement and commissioning operation of conventional treatment process for oil refinery wastewater
  Gao Ya-yu1 , Qian Ju1 , Wang Jin-xiang , Lu Na
  (1.College of Earth and Environmental Science , Lanzhou University , Lanzhou 730000 , China;2.Institute of Petrochemical Technology , Lanzhou University of Technology , Lanzhou 730050 , China.)
  Abstract:According to the treatment status of oil refinery wastewater , the combination process of A/O and MBBR , which is transformed from the conventional treatment process , is introduced and applied to the test . In this research , the removal rate of CODcr and oil are studied . Despite the water quality is volatile , the results indicate that the new technology has distinct advantages on pollutant removal and the capability of resistance to organic shock loads . In the period of trial operation , the removal efficiency of CODcr is from 73.17% to 88.65% , the removal efficiency of oil is from 57.56% to 97.16% , and raising steady . In the water from MBBR pools , the concentration of CODcr is less than 60mg/L , the concentration of oil is less than 5mg/L , and the water quality can reach the first class of Integrated Wastewater Discharge Standard .
  Key words: oil refining wastewater、MBBR、CODcr、oil、removal efficiency


  我国水资源供需矛盾日益严重,社会经济的发展又进一步导致需水量的增加和水质变差,缺水问题已成为制约我国社会经济发展的主要因素。而“自然型缺水”问题解决难度较大,为弥补这一状况,提高水资源的利用效率,加大污、废水的处理力度就成为缓解我国水资源短缺的首要问题,从而“水质型缺水”的问题的解决便成为核心。炼油污水以其浓度较高、污染物成分复杂而成为污废水处理中的难题。
  传统的炼油废水处理工艺是隔油—气浮—好氧生物处理,其中生物处理以活性污泥法最为普遍[1~3]。活性污泥法虽已经较为成熟,但也存在很多的缺点和不足,如曝气池容积大、占地面积大、基建费用高,运行效果易受水质、水量变化的影响等[4]。
  移动床生物膜反应器(MBBR)是在流化床基础上形成的污水处理新技术,是介于活性污泥法和固定生物膜法之间的高效新型反应器[4~5],具有占地少(在相同的负荷条件下只需要普通氧化池20%的容积)、有机负荷高、能耗低、不需要反冲洗、水头损失小、不易发生堵塞、运行简单、操作管理容易、适用于改造工程等优点[6~10]。
  兰州某化工企业炼油废水处理装置采用传统的“隔油、浮选、生化”处理工艺,系统抗冲击负荷能力较差,在装置来水水质波动的情况下易造成系统出水CODcr、油类超标。鉴于MBBR池的上述优点,将该化工企业炼油废水原生化处理工艺进行改造,并对废水中CODcr、油类的去除率进行了分析研究。


  1  试验内容


  1.1  试验目的
  本试验在兰州某化工企业炼油废水处理厂现场进行,通过对现有工艺的改造,以原废水处理二浮池出水为生化进水,经处理后的出水水质达到《污水综合排放标准》一级标准,即油≤5mg/L、CODcr≤60mg/L,并提高生化系统的抗冲击负荷能力,确定系统运行的最佳参数。


  1.2  工艺改造
  废水经沉砂、隔油、均质调节后,进入两级浮选池去除浮油,最后进入生化处理系统,生化处理系统主体构筑物为曝气池和二沉池,出水经砂滤池处理后达标排放,曝气池为五池串联运行,每池净空尺寸为28×4.7×3.3m,有效水深2.8m。
  为比较MBBR与传统活性污泥法在炼油废水处理中的处理效果,本次试验对其中一套曝气池进行改造,将其后段两池用隔墙与筛网分隔成4个串联单位,装填载体填料,从而形成“A/O+MBBR”复合生化处理工艺。改造后污水处理工艺流程见图1。


  1.3  设备及材料
  改造后工艺运行设备主要有沉砂池、隔油池、均质池、浮选池、气浮池、污泥回流井、生化池、二次沉淀池、污泥浓缩池、砂滤池,全部为钢筋混凝土结构。
  填料选择AnoxKaldnes载体K3系列,每个MBBR池单位装填料65m3,填充率35.3%,填料总体积为260m3;曝气支管采用Φ90HDPE穿孔管,开孔规格Φ6mm;筛网共5套,选用ALSL304或国内同等牌号不锈钢制平面筛网,网孔径8mm,开孔率≥50%;反冲洗管为不锈钢管和PPR热水管;池中隔墙采用37cm砖墙;加药(Na2CO3)系统配药箱容积12m3,搅拌机选择JBT700型推进式搅拌机,pH在线控制系统选择LP-3000酸度计,药剂管道为UPVC管,配水管为镀锌管。


  1.4  进出水水质指标
  炼油废水主要有油品灌区废水、炼制废水、循环水系统废水及少量生活污水,其废水水量及水质见表1。
  表1  废水水量及水质
  Table1  The quality and quantity of sewage water.

  水量(m3/h

水质

pH

CODcrmg/L

油类(mg/L

120150

67

220689

14106


  由于原油性质的变化和炼油工艺的不同,炼油废水污染物浓度变化较大,水质成分复杂,废水还含有大量难降解或对微生物有毒有害的氰化物、苯类、石油类、硫化物(≈11mg/L)、挥发酚(≈11mg/L)、多环芳烃、汞、镉、硫化物、砷、铅等。


  1.5  参数控制
  (1)挂膜及负荷提升阶段
  填料添加完毕试验装置即进入挂膜及负荷提升阶段,挂膜期耗时一个月,以出水水质作为判断依据。
  填料投加完成后废水流量控制在130m3/h左右,控制污泥回流比使MBBR池进水端污泥浓度为3.1g/L,pH在7.2左右(未加碱),前三段生化池溶解氧(Do)控制为2.0mg/L,MBBR池内溶解氧控制在2.5~3.5mg/L,水温稳定在29℃。
  根据出水水质按0.2kgCODcr/m3·d进行负荷提升,最终达设计流量;营养物:葡萄糖按BOD5负荷0.2kg/m3·h投加、磷酸盐按BOD5/P=100投加;根据pH值自动投加硝化所需要的Na2CO3。
  (2)试运行阶段
  挂膜及负荷提升完成后,试验装置进入试运行期,试运行期间水量基本控制在120~150m3/h;pH值MBBR池前段为7.3,后段为7.6;Do:MBBR1为3.0,MBBR2为3.8,MBBR3为4.5,MBBR4为5.0;水温:28~35℃;污泥回流比R≈0.9;水力停留时间(HRT)为11~14h。


  1.6  采样分析
  (1)采样点
  为了分析对比改造前后废水处理工艺处理效率的差别,选取未改造的废水处理系统沉淀池出水作为对比监测点,MBBR池进水监测点选择二浮池出口。因此共设三个采样点,分别为二浮池出口、MBBR池出口和原沉淀池出口。
  (2)分析方法
  各项水质指标均采用国家标准分析方法测定,CODcr质量浓度采用重铬酸钾法测定,油类浓度采用红外分光光度法测定,pH值利用玻璃电极法测定,Do采用溶解氧仪测定。


  2  试验结果分析


  2.1  填料挂膜期
  (1)生物膜变化规律
  挂膜耗时一个月,填料上生物膜生长状况见图2~4。填料投加填料一个星期后,填料颜色基本无变化,附着污泥量非常少,并且大部分分布在填料骨架间的交叉处;投加两周后,填料呈淡黄色,附着的污泥明显增多,但仍分布在填料表面凹陷的地方;投加一个月后,整个填料内外表面都附上黄黄的一层薄膜,填料凹陷处附着污泥量比较多。  
  挂膜开始后5至25天连续向MBBR池投加葡萄糖50kg/d,磷盐6.5kg/d。混合液镜检结果显示,投加营养物质期间微生物主要以游泳型纤毛虫和钟虫为主,但是随着填料上污泥的增长活性污泥系统中常见的微生物已不可见。
  (2)CODcr去除效果分析
  选择挂膜期开始后14~36天内各采样点监测数据进行分析,CODcr浓度及去除率变化规律见图5。由图可见,进水CODcr波动较大,但二浮池出水CODcr较稳定,一直稳定在60mg/L左右。尤其是挂膜后期,当二浮池出水CODcr浓度达到614mg/L时,MBBR池出水CODcr浓度为62.6mg/L,而且仅用了三天的时间就使出水CODcr浓度降低到60mg/L以下,可见MBBR池抗CODcr及水量的冲击能力较强。挂膜期间废水中CODcr去除率为71.68%~89.80%,平均去除率为79.68%。
  (3)油类去除效果分析
  填料挂膜期MBBR池进出水油类浓度及去除率变化规律见图6,进水中油类平均浓度为46.52mg/L,但波动幅度较大,最低为30mg/L,最高达到78.5mg/L,MBBR池出水油类平均浓度较稳定,最大出水浓度为6.65mg/L,在挂膜后期出水浓度可以达到水质标准。挂膜期间废水中油类的去除率为84.95%~94.08%,平均去除率为88.73%。


  2.2  试运行期
  2.2.1  填料生物膜量
  MBBR池出水各项指标均达标且稳定一星期、出水污泥浓度稳定时,可以判断生物膜已成熟并稳定。此时取各段MBBR池填料于105℃烘干称重测量填料上生物量及填料体积,可测得单个填料上污泥平均重量为0.0436g,1m3填料约204091个填料,则1m3填料附着生物量(活性成分按75%计算)约为6.7kg。生物膜厚度为0.03~0.2mm,平均厚度为0.5mm。


  2.2.2  CODcr去除效果分析
  试运行期间MBBR池进出水及沉淀池出水CODcr浓度变化规律见图7。由图可见,试运行期间二浮池出水水质波动仍比较大,CODcr变化范围为152.8mg/L~540.0mg/L;MBBR池出水CODcr浓度变化范围为34.2mg/L~68.5mg/L,平均为48.19mg/L,在试运行初期出现CODcr浓度大于60mg/L的现象,但后期均小于60mg/L,尤其是试运行两周以后,出水CODcr浓度小于40mg/L,且有逐渐减小的趋势;沉淀池出水CODcr浓度变化范围为38.1mg/L~145.0mg/L,平均值为61.03mg/L,出水CODcr易受二浮池出水的影响,在二浮池出水CODcr浓度较大时,沉淀池出水CODcr浓度也相应得出现了最大值。
  试运行期间“A/O+MBBR”工艺与原生化处理工艺CODcr去除率及变化趋势对比见图8所示。由图可见,试运行期间改进工艺CODcr去除率变化范围为73.17%~88.65%,平均为81.74%,波动幅度较小,且去除率逐渐趋于稳定;原生化处理工艺CODcr去除率变化范围为62.09%~88.38%,平均为77.68%,波动幅度较大。
  从整个试运行期分析可见,MBBR池出水CODcr浓度稳定在60mg/L以下,且有逐渐减小的趋势。试运行前期MBBR池出水与沉淀池出水CODcr浓度相差10mg/L以上,后期则非常接近,去除率趋于一致,但原生化系统出水水质波动性较大,说明改进工艺出水水质稳定性高于原生化系统。
  试运行后期两系统CODcr去除率趋于一致,主要原因有两点:两系统回流污泥混合,MBBR池内培养出大量可以降解难降解物质的菌群,并通过回流污泥的方式不断向生化池补充;随着二浮池出水CODcr浓度降低,导致MBBR池内基质浓度降低,而MBBR池内生物量及溶氧均高于原有生化池。


  2.3  油类去除效果分析
  试运行期间MBBR池进出水及沉淀池出水油类浓度变化规律见图9。由图可见,试运行期间二浮池出水油类浓度变化范围为14.0mg/L~80.0mg/L,平均为52.3mg/L;MBBR池出水油类浓度变化范围为2.27mg/L~11.67mg/L,平均为3.62mg/L,试运行初期出现出水油类浓度大于5mg/L的现象,但运行一周以后出水浓度均均小于5mg/L,且有逐渐减小的趋势;沉淀池出水油类浓度变化范围为2.61mg/L~12.14mg/L,平均值为4.73mg/L,出水油类易受二浮池出水的影响,随在二浮池出水浓度的变化波动较大。
  试运行期间“A/O+MBBR”工艺与原生化处理工艺油类去除率及变化趋势对比见图10所示。由图可见,试运行期间改进工艺油类去除率变化范围为57.56%~97.16%,平均为91.00%,波动幅度较小,且去除率逐渐趋于稳定;原生化处理工艺油类去除率变化范围为55.85%~94.81%,平均为88.50%,波动幅度较大。
  从整个试运行期分析可见,MBBR池出水油类浓度稳定在5mg/L以下,且有逐渐减小的趋势,“A/O+MBBR”工艺对油类的去除率与原生化处理工艺相差不大,高约2%,但改进工艺出水水质稳定性优于原生化系统。


  3  结论与建议


  (1)传统炼油废水经改造后,试运行期间CODcr去除率变化范围为73.17%~88.65%,平均为81.74%,油类去除率变化范围为57.56%~97.16%,平均为91.00%。与原生化处理系统相比,改进工艺CODcr去除率高约4%,油类去除率高约2%,出水水质均可达到污水排放一级标准。
  (2)相同水力停留时间(HRT)、曝气强度下,MBBR池出水各项参数稳定性优于原生化处理系统,系统耐冲击负荷能力较强。
  (3)系统运行的最佳参数pH为7.5,溶解氧(Do)为3~5mg/L,污泥指数(SVI)为300左右。
  (4)MBBR池填料在个别筛网处易发生堵塞,建议对筛网安装位置及反冲装置进行优化选择;为了使MBBR池各段pH更均匀,建议将加药点提前;考虑选择曝气池第二、第三池进行投加填料改造,填料可以形成规模更大的微生物群落,实现更高的污水处理率。
   
  参考文献:
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  作者简介:
  高雅玉(1985-),女,天津市人,兰州大学在读硕士研究生,从事水资源与水污染控制研究。
  Email:gaoyayu19851231@163.com
  TEL:13893675434
  通讯地址:兰州市城关区天水南路222#兰州大学研究生公寓2#楼,606室。
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