脈沖布水-水解酸化池聯合厭氧好氧工藝（A/O） 處理石油化工廢水調試研究

項呂婷

（渭灃潔凈技術（上海）有限公司，上海 200233）

石化廢水是石油化工企業生產過程中產生的廢水，由于石化產品生產流程復雜，其間會產生大量成分復雜的廢水，其中含有大量有毒有害物質（如醇類、烴類、鹵代烴、酸酯類、環烷類、重金屬類），污染物濃度高，進水水質波動大，屬于難處理廢水，對地表水污染十分嚴重。同時，石化廢水中含有蛋白質、脂肪、氮磷類化合物，若處理不當，會引起水體富營養化，導致水中溶解氧急劇下降，致使水生動物大量死亡，水質惡化[1]。

目前，國內外石油化工廢水處理核心技術主要采用活性污泥法，其對氨氮的去除效率很低。通過優化廢水處理參數，調整各單元處理結構、提高出水水質是石化廠需要解決的問題。水解酸化聯合A/O工藝被廣泛用于處理石化廢水，水解酸化過程能夠提高生物可利用性，提高生物可利用性（提升BOD5/COD比值），結合A/O工藝后，其脫氮效果較好[2]。水解酸化池進水分時可分為連續進水和脈沖進水。傳統的連續布水常導致污泥嚴重淤積，泥水混合效果較差，設備存在腐蝕問題等，導致水解酸化池效率下降。脈沖布水器主要是通過虹吸現象利用高速水流將管道中的空氣帶走，使管道出現真空，通過壓力差完成水力流動。由于水流速較高，能在短時間內形成脈沖式布水，水解酸化池中的沉淀物與廢水發生混合，增加微生物與有機物接觸頻率，從而提高水解酸化池處理效果[3]。本文以脈沖布水-水解酸化聯合A/O工藝為研究對象，通過調試研究探討了脈沖水解單元、污泥回流比、水力停留時間和污泥齡對出水水質的影響因素，并對其運行效果（COD、BOD5、氨氮、總磷、硝態氮、硫酸根與硫離子）進行分析。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置設計和試驗方法

本中試裝置由儲水池、脈沖水解酸化池、脈沖器、A/O池和二沉池組成。各反應器設計參數為：脈沖布水器位于水解酸化池上1.2 m處，為圓柱形，容積約為0.06 m3，材質為不銹鋼。脈沖布水器的脈沖頻率為12次/h。水解酸化池為圓柱形，直徑0.8 m，高5 m， 容積約為2.5 m3，A/O工藝段由1個A段和4個O段構成，設計長×寬×高分別為4 m×1 m×2 m。 A段僅設置攪拌器，4個O段均設有曝氣器和攪拌器。儲水池和二沉池體積分別為4.50 m3、0.25 m3。石化廢水進入儲水池后，經沉淀一段時間，經提升泵提升至脈沖布水器中，在脈沖池內停留10 min后，在1 min內將脈沖池內廢水輸入到水解酸化池，污水和污泥充分反應后，經溢流堰流入A/O池中，經過厭氧-好氧兩個過程，最后流入二沉池，二沉池底泥回流至A段。

1.2 處理反應器的啟動和運行

中試接種活性污泥來自上海某污水處理廠的厭氧酸化池和O池污泥，接種濃度分別為20 g/L和 10 g/L，反應器從2018年1月開始持續運行至2019年2月。內循環2 d后開始連續進水，進水沖擊負荷逐漸增加。反應器連續運行1個月后，水解酸化池與二沉池出水指標穩定，表明反應器接種污泥成功。溫度檢測結果顯示，反應器內溫度隨季節變化在14～30℃。通過檢測氧化還原電位（ORP）可得，水解酸化池的ORP穩定在400 mV，而A段ORP在120 mV，通過定期排泥，A/O段污泥齡控制在20 d左右，O段溶解氧含量在3 mg/L左右。

1.3 分析指標與方法

COD采用重鉻酸鉀法測定、BOD5采用稀釋培養法測定、氨氮采用納氏吸光法測定、總磷采用鉬酸銨比色法、硝態氮采用紫外分光光度法、硫酸根采用鉻酸鋇光度法、硫離子采用亞甲基藍法測定，具體檢測方法可以參考相關文獻[4]。

2 結果與討論

2.1 脈沖水解酸化池運行表現

脈沖水解酸化池實際運行分析顯示，脈沖布水能夠較大程度地減少污泥淤積，攪拌器腐蝕問題得到緩解。運行至60 d時，污泥主要集中在1.2～1.5 m的高度，隨著運行時間的增加，污泥層出現壓縮，主要集中在底部0.8～1.0 m的位置。脈沖發生后，水流在水解酸化池內形成湍流，使池低污泥攪拌加劇，底部污泥有所膨脹。經計算，脈沖前后污泥的平均濃度為18.3 g/L和15.6 g/L；運行至120 d時，脈沖前后水解酸化池內污泥平均濃度均增加1～2 g/L。

為了研究本中試反應器與非脈沖水解酸化A/O池工藝出水水質，對某污水廠實際運行和裝置COD值進行了對比。污水廠進水COD濃度為680 mg/L，中試裝置為689 mg/L，排出水COD濃度分別為144 mg/L 和121 mg/L，經計算，去除率分別為78.82和82.43%。因此，本裝置脈沖進水有效降低出水的COD濃度。脈沖裝置能夠增加反應器中水流紊亂程度，強化傳質過程，此外，脈沖布水器可以提高反應池內微生物與污染物接觸頻率，使得不同位置的微生物利用率顯著提高，對污染物的去除效果提高[5]。

同時，筆者分析了進水BOD5的濃度，中試裝置為190 mg/L，水解酸化池出水濃度114 mg/L，二沉池出水的濃度為25 mg/L，去除率86.8%。經計算，進水濃度BOD5/COD=0.275，經過脈沖水解酸化后BOD5/COD=0.384，二沉池出水BOD5/COD=0.09。經過脈沖水解酸化后，污水生物可利用性增加。可見，脈沖水解酸化池能夠強化污泥中的微生物將石油廢水中的芳香烴、雜環類復雜難降解的物質降解，轉化為有機酸等容易被微生物降解的小分子物質。同時，在水解酸化池污泥層的截留吸附作用下，它可以高效地去除石油廢水中非溶解性懸浮物。

此外，筆者分析了揮發性脂肪酸（VFA）的變化。VFA能夠評價水解酸化的程度。通過計算VFA與COD的比值，分析COD的VFA轉化率，反映水解酸化池有機物產酸效果。石化廢水經過水解酸化池后VFA與COD比值顯著提升，進水時為0.54±0.21，污水流出水解酸化池后增加到了1.34±0.46。結果表明，脈沖水解酸化池水解酸化效果較好，水解酸化菌群受抑制程度較小。

2.2 污泥回流比對處理單元的影響

本研究設置污泥回流比（R）為60%、120%和180%進行工藝運行，考察不同回流比下水解酸化池和二沉池中COD、DOC、UV254、SUVA值。結果顯示，污泥回流比對水解酸化池和A/O池COD去除率均有一定影響，當污泥回流量和進水量比值為60%和180%時，此時COD在A/O池的去除率在70%～75%，而當污泥回流比為120%時，COD去除率為82%左右，此時二沉池出水小于100 mg/L，基本達到國家一級A排放標準（有少數幾個時間點出水COD值不滿足國家一級A排放標準）。此外，研究還分析了二級出水中DOC、UV254、SUVA的值，可以看出污泥回流與溶解性有機物、紫外吸光度之間有關。

2.3 水力停留時間對處理單元的影響

通過調整水力停留時間（10 h、15 h、20 h、25 h）來研究該裝置處理COD的效果。四個HRT所對應的COD出水濃度為78±15.54 mg/L、71±12.12 mg/L、102±16.44 mg/L、132±14.94 mg/L，去除率分別是81%、87%、76%、73%，由此可見，當HRT為15 h時，COD去除效果最好。此時，所對應的SVI為 81 mL/g，曝氣池內沒有污泥膨脹現象，隨著時間增加，有機污染物含量增加，有機物無有效排解方法導致大量有機物自身消化現象發生，使得下個處理工藝COD值增加，因此，15 h為本中試最佳的水力停留 時間。

2.4 污泥齡對出水水質的影響

污泥齡（θc）是評估活性污泥處理系統運行好壞的重要參數。本次中試試驗通過調節排泥量來控制污泥齡。每日排泥量分別設置為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，當污泥齡為23 d和31 d時，出水COD為83.43 mg/L和90.42 mg/L，而污泥齡在11 d和47 d時，出水COD值增加，水質受到嚴重損傷，可能是因為污泥齡過短或過長會導致絮體不成形，使得微生物量下降，微生物活性受到抑制。因此，在本中試試驗中，污泥齡在23～31 d時最為合適。

3 運行效果分析

該工程于從2018年1月開始持續運行至2019年2月。中試連續運行期間，基本水質監測數據顯示，出水水質能夠達到出水指標達到《石油化學工業污染物排放標準》（GB 31571-2015）標準。具體數據如表1所示。

表1 出水水質

4 結論

脈沖布水能夠增強污水混合傳質，微生物可以加速降解有機污染物，使得水質提高。反應器出水各項指標良好，說明脈沖水解酸化聯合A/O工藝對處理石油廢水具有良好的潛力。