1、 化学工程与装备 2023年 第2期 258 Chemical Engineering&Equipment 2023年2月 高效低氧一体化生物反应工艺 在炼油污水处理中的应用 谢 萍，王红侠，徐 静（陕西延长石油(集团)有限责任公司延安炼油厂，陕西 延安 727406）摘 要：某炼油厂污水生化池原采用接触氧化工艺，主要利用生物膜上附着生长的微生物，去除污水中的COD、氨氮、总氮等污染物，但由于生物膜上附着的生物量少，同时存在生物膜结球无法脱落的问题，造成生化池降解有机污染物的能力差。本文从生物膜处理污水的原理入手，分析其氨氮、总氮降解能力低的原因，并将接触氧化工艺改为低氧一体化生物反应工艺，在
2、同一生化系统内实现同步去除氨氮和总氮，有效提高了生化池的处理效率，为污水排放氨氮和总氮的稳定达标排放奠定了基础。关键词：接触氧化工艺；高效低氧一体化生物工艺；氨氮；总氮 生化系统是污水处理的关键单元，目前国内外成熟的污水生化处理工艺包括传统活性污泥法、氧化沟、SBR（序批式活性污泥法）、生物转盘、MBBR（移动床生物膜反应法）等。某炼油厂生化池采用的是接触氧化工艺，装置运行初期还有一定的氨氮处理能力，但运行到后期氨氮处理能力逐渐降低，导致降解氨氮的任务落在了BAF单元，由于BAF是生物滤池，属于深度处理单元，其降解氨氮的效率比较低，要达到排放标准，只能在低负荷下运行，随着环保标准的不断提升，现
3、有污水处理工艺很难达到污水水质排放标准，需要综合考虑采用既合理又高效经济的处理工艺。本文对接触氧化工艺处理能力低的原因进行分析，并对改造后的高效低氧一体化生物反应工艺运行情况进行浅析，为同行业污水处理提供参考依据。1 接触氧化池工艺原理 接触氧化工艺主要是通过附着在载体填料上的微生物的生长繁殖，形成膜状活性生物污泥生物膜，利用生物膜降解污水中的COD、氨氮、总氮等有机污染物质，生物膜外部为好氧层，内部为厌氧层（见图1），降解氨氮的硝化菌生长在好氧层中。由于流动水层比附着水层中的有机物浓度高，有机物的浓度梯度和水流的紊动扩散作用可使有机物、营养物和溶解氧进入附着水层，并进一步扩散到生物膜中，有机
4、物被生物膜吸附、吸收和降解。微生物在分解有机物的过程中，自身也进行合成，不断增殖，使生物膜的厚度增加。传递进入生物膜的溶解氧很快被生物膜表层的好氧微生物所消耗，使得生物膜内层形成以厌氧微生物为主的厌氧膜。当生物膜厚度不大时，好氧膜与厌氧膜之间可以维持平衡关系，厌氧膜产生的代谢产物通过好氧膜，可被进一步降解去除。但当厌氧膜的厚度不断加大，厌氧的代谢产物增多，气态物质不断逸出，使得生物膜老化脱落，在脱落的位置上随后又长出新的生物膜。生物膜的更新与脱落过程不断循环进行1。图1 生物膜结构和有机物降解示意图 2 接触氧化池氨氮处理能力低的原因分析 接触氧化池生物膜上附着生长的生物量少，适用于处理负荷较
5、低的污水，一般设置在污水处理工艺后端，作为水质达标的保障。而某炼油厂将其作为主要的生物处理单元，承担的水质处理负荷大，但其生物膜更新度达不到高负荷的水质要求，生物膜结球无法脱落（见图2），膜内部形成了厌氧区，而好氧的硝化菌附着空间小，不断流失，最终导致生化池硝化反应差、氨氮处理能力低。经过分析判断，接触氧化工艺不能满足现有污水处理要求。3 实施工艺改造 在分析了接触氧化工艺不适用于某炼油厂污水生化处理的原因后，为了尽快解决污水氨氮降解问题，经过考察以及邀请污水处理专家现场调研，决定将接触氧化工艺改为高效低氧一体化生物反应工艺。DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.02.00
6、7 谢 萍：高效低氧一体化生物反应工艺在炼油污水处理中的应用 259 图2 生化池生物膜结球图片 3.1 高效低氧一体化生物反应工艺原理 生化缺氧池废水自流进入空气推流区前端，空气推流区设置有高效的空气推流器，利用空气作为推动力，结合水力循环，在生化池内控制几十倍甚至上百倍的混合液内循环，进水与大比倍回流的混合液（已处理的废水，回流动力源为鼓风机提供的空气）迅速混合均匀，进入低氧曝气区进行处理（见图3.1）。通过控制生化池中的溶解氧，使系统可控的污泥浓度增高，微生物数量增大，利用微生物完成对 COD、氨氮、总氮等有机污染物的降解，生物反应处理之后的污水进入二沉池进行泥水分离。图3.1 高效低氧
7、一体化生物反应池工艺图 3.2 高效低氧一体化生物反应工艺特点 高效低氧一体化生物反应工艺主要有四个基本特点：（1）在较高浓度的活性污泥中，培养尽可能多、生长速度慢的特殊菌种，来降解污水中难降解的有机污染物。（2）进行大比倍循环稀释，并在每个循环过程中处理尽可能少的有机污染物，同时使进水与出水的浓度梯度尽可能达到最小，处理难度最低。（3）通过控制生化池在低氧(0.5mg/L）环境下运行，在去除COD的同时，在单一池体内实现同步脱氮，简化系统运行，既实现良好的脱氮效果，又能降低鼓风能耗，实现节能降耗和良好处理效果的双赢。（4）由于微生物菌群和特性的改变，以及水力结构和快速澄清系统的特性，使得生化
8、池中活性污泥浓度均匀稳定在较高水平上。2 3.3 改造内容 利用原有生化池池体，拆除接触氧化池生物膜、载体及池底曝气头，将其改为两间高效低氧一体化生物反应池。每间高效低氧一体化生物反应池尺寸为 37.5m9.4m6.1m，有效水深 5m，分为生物选择区、空气推流区、低氧曝气区三个区域。3.4 改造过程 本次改造是边生产边改造，为了不影响污水处理装置的正常运行，采用单间运行单间改造，分两个阶段进行，第一阶段改造2#池，运行1#池。第二阶段改造1#池，运行改造后的2#池。每阶段改造完成后，利用运行生化池剩余活性污泥进行调试。调试期间（见图3.2），每天对生化池微生物进行取样镜检，观察微生物生长情况
9、，做污泥沉降比，并结合污泥浓度的化验分析数据，控制生化池的排泥量及系统溶解氧，各间池调试一个月后，均达到全负荷运行，且大大改观了氨氮和总氮的处理效果。260 谢 萍：高效低氧一体化生物反应工艺在炼油污水处理中的应用 图3.2 改造后池底曝气软管试水及运行效果图 4 生化池改造前后效果比对 污水场生化池实施了高效低氧一体化生物反应工艺改造后，装置降解氨氮和总氮的能力大大提高，效果非常显著。生化池出水氨氮由改造前的16.24mg/L（平均值）降低到改造后的0.49mg/L（平均值），降解能力提高了97%（见图4.1），总氮由改造前的27.15mg/L（平均值）降低到改造后的16.23mg/L（平均
10、值），降解能力提高了40%（见图4.2）。图 4.1 装置改造前后氨氮效果比对 图 4.2 装置改造前后总氮效果比对 5 效益情况 5.1 直接经济效益 高效低氧一体化生物反应工艺平稳运行后，将生化系统的溶解氧控制在0.5mg/L以下，同时恢复硝化液回流，停止给反硝化滤池投加碳源。（1）药剂费 原污水装置反硝化滤池每月平均投加乙酸钠约3t，用以去除总氮，现在停止投加，乙酸钠单价按照5500元/t 计算，每年可节约药剂费用为：5500*3*12=19.8万元；（2）鼓风机电费 使用高效低氧一体化生物反应池前，鼓风机电流为210A，使用后控制低溶解氧，鼓风量降低，鼓风机电流为160A，每度电单价按
11、0.5元计算，每年鼓风机可节约电费为：（210-160）*3801000*24*30*0.5*12=8.2万元；实施改造后，污水处理装置每年可节约费用为：19.8+8.2=28万元 5.2 环保效益 污水处理装置实施高效低氧一体化生物反应工艺后，大大提高了氨氮、总氮等有机污染物的降解能力，减少了污染物的排放量，改善了职工和群众的工作、生活环境，为周边生态环境的保护作出了应有的贡献。6 结束语（1）通过实施高效低氧一体化生物反应工艺，有效提高了污水装置的整体处理能力，确保了污水装置稳定运行，使外排水质稳定满足污水排放标准。（2）该工艺可控制生化池在低氧环境下运行，降低鼓风机能耗，同时硝化液回流稳定，降低了碳源（乙酸钠）的补充，达到节能降耗的目的。（3）该工艺可在污水处理装置高负荷状态下运行，实现在单一池体内同步脱氮，既满足良好的脱氮效果，同时又简化系统运行，在同行业污水处理工艺中，具有很好的推广意义。参考文献 1 污水生物处理工程基础M.中国环境科学出版社.2 高效低氧一体化生化池操作规程M.
