鐘華文

（廣東石油化工學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院，廣東 茂名 525011）

某煉油公司煉油污水處理場(chǎng)生化系統(tǒng)主要采用的是氧化溝工藝，隨著近年來(lái)行之有效的節(jié)水減排，排放到污水處理場(chǎng)的煉油污水中所含污染物濃度增大，給污水處理場(chǎng)的生化處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成較大壓力，生化系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行使生化出水的COD和氨氮超標(biāo)，尤其是生化系統(tǒng)氨氮去除率低的問(wèn)題較為突出［1～2］。

氨氮是水相環(huán)境中氮的主要存在形式，是水體富營(yíng)養(yǎng)化和環(huán)境污染的一種重要物質(zhì)。含有較高濃度氨氮的廢水，進(jìn)入環(huán)境水系后會(huì)引起水體缺氧，對(duì)魚(yú)類等水生動(dòng)物構(gòu)成毒害，并刺激藻類等水生植物過(guò)度生長(zhǎng)，出現(xiàn)赤潮、赤湖等污染現(xiàn)象［3］。此外，氨氮的存在給水處理帶來(lái)了困難。因此，如何提高煉油污水處理場(chǎng)氧化溝系統(tǒng)的氨氮去除已成為公司煉油污水處理上主要存在的問(wèn)題之一［4～5］。

1 氧化溝工藝原理

氧化溝是延時(shí)曝氣法的一種特殊形式，一般采用橢圓形廊道，在溝槽中設(shè)有機(jī)械曝氣和推進(jìn)裝置。當(dāng)污水離開(kāi)曝氣區(qū)后，溶解氧（DO）逐漸降低，造成缺氧環(huán)境，所以氧化溝可能發(fā)生分解有機(jī)物的異養(yǎng)作用、轉(zhuǎn)化氨氮的硝化作用和脫氮的反硝化作用。本公司采用的是Orbal氧化溝，Orbal氧化溝是氧化溝的一種型式，它由多個(gè)同心的橢圓形溝渠組成，污水與回流污泥進(jìn)入最外的溝渠，在不斷循環(huán)的同時(shí)，依次引入下一溝渠，最后從內(nèi)溝渠排出。

氧化溝生物脫氮工藝，在缺氧池中進(jìn)行反硝化，在好氧池中進(jìn)行含碳有機(jī)物的去除、含氮有機(jī)物的氨化和氨氮的硝化。原廢水的大量有機(jī)物為反硝化提供了充分的外加碳源。好氧池在缺氧池之后，經(jīng)缺氧池去除一部分有機(jī)物后，好氧池負(fù)荷降低，可以對(duì)殘留的有機(jī)物進(jìn)一步有效去除及完成氨氮的充分硝化；缺氧池前置可以起到生物選擇器的作用，有利于控制污泥膨脹。生物脫氮可分為生物硝化和生物反硝化兩個(gè)階段。

1.1 生物硝化作用

在好氧條件下，通過(guò)亞硝酸鹽和硝酸鹽菌的作用，將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的過(guò)程，稱為生物硝化作用。生物硝化作用的反應(yīng)過(guò)程為：

1.2 生物反硝化作用

在缺氧條件下，由于兼性脫氮菌（反硝化菌）的作用，將NO2－—N和NO3－—N還原成 N2的過(guò)程，稱為反硝化。反硝化過(guò)程中的電子供體（氫供體）是各種各樣的有機(jī)底物（碳源）。其反應(yīng)式為：

2 氧化溝對(duì)主要污染物的處理效果

2.1 氧化溝對(duì)COD和BOD5的去除

圖1和圖2分別是氧化溝對(duì)COD和BOD5的去除情況。

圖1 氧化溝去除COD情況

圖2 氧化溝去除BOD5情況

由圖1看到，氧化溝進(jìn)水（浮選出水）COD在729～1143mg·L－1波動(dòng)，平均值為 925mg·L－1；經(jīng)氧化溝處理后 COD 降至 343～502mg·L－1，平均值為400mg·L－1，平均去除率為 56.8%。 由圖 2 看到，氧化溝進(jìn)水 BOD5在 270～480mg·L－1波動(dòng)，平均值為366.8mg·L－1； 經(jīng)氧化溝處理后 BOD5降至 35～140mg·L－1， 平均值為 77.9mg·L－1， 平均去除率為78.8%。

根據(jù)計(jì)算氧化溝的處理時(shí)間約為18h，揮發(fā)性污泥濃度約為4g·L－1。因此測(cè)算到COD平均容積負(fù)荷為 0.7kg·m－3（曝氣區(qū)）·d， 污泥負(fù)荷為0.175kg·（kg VSS）－1·d；BOD5平 均 容 積 負(fù) 荷 為0.385kg·m－3（曝氣區(qū)）·d，污泥負(fù)荷為 0.096kg·（kg VSS）－1·d。從削減的量來(lái)看，氧化溝對(duì)COD和BOD5的去除較為理想，尤其是BOD5的去除更為理想，充分說(shuō)明氧化溝作為一種延時(shí)曝氣池，其曝氣時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)有機(jī)物具有很好的處理效果。

2.2 氧化溝對(duì)氨氮和硝態(tài)氮的處理

圖3和圖4分別是氧化溝對(duì)氨氮和硝態(tài)氮的處理情況。

圖3 氧化溝去除氨氮情況

圖4 氧化溝去除硝態(tài)氮情況

由圖 3看到，氧化溝進(jìn)水氨氮在 21.2～30.6mg·L－1波動(dòng)，平均值為 28.0mg·L－1；經(jīng)氧化溝處理后氨氮變?yōu)?26.2～39.6mg·L－1波動(dòng)，平均值為32.7mg·L－1，氨氮指標(biāo)沒(méi)有得到降解，反而有一定的上升，氨氮上升可能是因?yàn)樵诎被饔孟掠袡C(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮所致。

由圖4看到，氧化溝進(jìn)水硝態(tài)氮在20.2～45.5mg·L－1波動(dòng)，平均值為 33.8mg·L－1；經(jīng)氧化溝處理后硝態(tài)氮降至 3.8～6.5mg·L－1波動(dòng)，平均值為4.9mg·L－1，平均去除率為 85.5%。 雖然沒(méi)有硝化作用產(chǎn)生硝態(tài)氮，但是由于原水中本身含有較多的有機(jī)物和硝態(tài)氮，在氧化溝的缺氧區(qū)發(fā)生了反硝化作用，從而使硝態(tài)氮得到了去除。

3 氧化溝氨氮去除效果差的原因及解決措施

從圖3看到，煉油污水處理場(chǎng)氧化溝對(duì)氨氮基本沒(méi)有處理效果，也即是氧化溝沒(méi)有發(fā)生硝化作用。經(jīng)調(diào)查和分析，氧化溝運(yùn)行過(guò)程中主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）溶解氧不足。硝化菌屬好氧菌，從硝化過(guò)程的反應(yīng)方程式計(jì)算可得理論需氧量為4.32 g·g-1（NH3－N）。在純硝化系統(tǒng)中DO可保持在2 mg·L－1左右，而有COD負(fù)荷時(shí)，則需較高的溶解氧。據(jù)有關(guān)資料介紹，當(dāng)污水中有一定的BOD負(fù)荷而 DO 較長(zhǎng)時(shí)間低于 4mg·L－1時(shí)，NH3轉(zhuǎn)化為NO3－的轉(zhuǎn)化率就逐漸降低［6］。 當(dāng) DO 達(dá) 4mg·L－1以上時(shí)，NH3的去除效果較好。表1是氧化溝溶解氧的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值。

表1 氧化溝系統(tǒng)溶解氧實(shí)測(cè)值

由表1看到，氧化溝的外圈、中圈和內(nèi)圈溶解氧基本都未達(dá)到工藝指標(biāo)要求。其中外圈有時(shí)略高于指標(biāo)要求，中圈和內(nèi)圈低于指標(biāo)要求。主要原因是氧化溝進(jìn)水水質(zhì)較差（有機(jī)物和硫化物高），大量異養(yǎng)菌和硫細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖，溶解氧消耗很大，致使溶解氧不足。解決辦法：生化前面的預(yù)處理（隔油、浮選）必須保證開(kāi)好，使進(jìn)入生化處理系統(tǒng)的污水達(dá)到氧化溝的進(jìn)水要求。

（2）污水中磷鹽不足。生化系統(tǒng)微生物群落賴以生活的主要外界營(yíng)養(yǎng)為碳、氮、磷。若污水中缺乏這些物質(zhì)時(shí)，則需要補(bǔ)充。投加比例多采用BOD5∶N ∶P＝100∶5 ∶1。 煉油污水中碳源和氮源充足，但磷源相對(duì)不足，需要按比例定期補(bǔ)充。通過(guò)跟蹤測(cè)定氮磷比（表 2），生化系統(tǒng) N∶P ＝ 8.0～25，明顯表現(xiàn)為磷鹽不足。

表2 氧化溝總P含量及N∶P比

解決辦法：根據(jù)污水的N∶P比，在生化系統(tǒng)投加磷酸三鈉，為微生物生長(zhǎng)提供所需要的磷鹽。加藥量需進(jìn)一步精細(xì)，避免過(guò)量，引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化。

（3）氧化溝污泥的浮渣、油泥影響生化效果。浮選池內(nèi)的浮渣和油泥難免流入后續(xù)的氧化溝系統(tǒng)，粘附在活性污泥表面上，隔絕活性污泥與氧氣的充分接觸，在一定程度上影響了生化處理效果。解決辦法：對(duì)預(yù)處理的隔油、浮選工藝一定要把好關(guān)，防止將浮渣、油泥帶至生化系統(tǒng)，定期清理浮選池浮渣，減少浮渣、油泥對(duì)氧化溝污泥的影響。

（4）生化系統(tǒng)堿度不夠。從硝化反應(yīng)方程式可知，硝化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生H＋需要消耗堿度，每硝化1 mg NH4＋－N 需消耗 7.07 mg CaCO3堿度。 據(jù)有關(guān)資料顯示，當(dāng) pH 值為 7.5～8.4 時(shí)，硝化作用速度最快，但為了節(jié)省成本，可控制進(jìn)水pH值在7.0～7.8；對(duì)于反硝化作用的pH值適宜控制在 7.0～7.8。實(shí)際操作可用Na2CO3調(diào)節(jié)pH值，且Na2CO3也能為硝化細(xì)菌提供無(wú)機(jī)碳源。

4 結(jié)論

（1）進(jìn)水 COD 平均 925mg·L－1，經(jīng)氧化溝處理后降至 400mg·L－1，去除率為 56.8%，COD 容積負(fù)荷為 0.7kg·m-3（曝氣區(qū)）·d-1；BOD5平均 366.8mg·L－1降至 77.9mg·L－1， 去除率為 78.8%，BOD5容積負(fù)荷為 0.385kg·m-3（曝氣區(qū)）·d-1。 從削減的量來(lái)看，氧化溝對(duì)COD和BOD5的去除較為理想，說(shuō)明氧化溝對(duì)有機(jī)物具有很好的處理效果。

（2）進(jìn)水硝態(tài)氮平均 33.8mg·L－1，經(jīng)氧化溝處理后降至 4.9mg·L－1，去除率為 85.5%，說(shuō)明在原水含有較多有機(jī)物和硝態(tài)氮的前提下，氧化溝具有較強(qiáng)的反硝化作用。

（3）氧化溝對(duì)氨氮沒(méi)有降解作用，主要受到溶解氧不足、磷營(yíng)養(yǎng)不足、pH值不合適及浮渣、油泥等影響。

（4）采取控制進(jìn)水水質(zhì)、補(bǔ)充磷鹽、投加Na2CO3及定期清理浮渣等措施可以解決硝化作用不理想的問(wèn)題。

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