江 臣

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化公司研究院，新疆 獨(dú)山子 833699）

0 引言

某廠2#凈化水含油污水處理后作為循環(huán)水補(bǔ)水進(jìn)行使用，故水質(zhì)控制指標(biāo)需要達(dá)到循環(huán)水補(bǔ)水相關(guān)管理要求，其中氨氮含量是一個(gè)重要指標(biāo)，氨氮對(duì)水質(zhì)系統(tǒng)的危害有：（1）發(fā)生硝化反應(yīng)生成大量酸，對(duì)系統(tǒng)管材特別是銅質(zhì)管材會(huì)造成較大腐蝕；（2）會(huì)與氧化性殺菌劑發(fā)生反應(yīng)，影響氧化性殺菌劑殺菌效果；（3）促進(jìn)微生物繁殖，在換熱器表面形成生物粘泥，影響換熱效果。目前車間含油污水氨氮控制主要是通過生化處理單元LINPOR池進(jìn)行處理，出水氨氮含量控制指標(biāo)為≤1mg/L，但目前實(shí)際運(yùn)行期間含油LINPOR池出水氨氮含量為10mg/L左右，而含油污水在經(jīng)過生化處理后需作為中水回用至乙烯廠循環(huán)水系統(tǒng)中，故為降低含油污水處理[1]后氨氮含量對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的影響，需要對(duì)某廠含油污水處理工藝及LINPOR池相關(guān)控制參數(shù)、方法及運(yùn)行情況等方面進(jìn)行分析，查找含油LINPOR池出水氨氮含量高的原因，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)工藝技術(shù)對(duì)處理方法進(jìn)行優(yōu)化，采取相關(guān)措施降低含油LINPOR池出水氨氮。

1 LINPOR生化處理工藝原理及特點(diǎn)

LINPOR工藝[2]是德國(guó)林德公司開發(fā)的一種活性污泥法改進(jìn)工藝，由傳統(tǒng)活性污泥法衍生而來，LINPOR工藝是應(yīng)用多孔聚氨脂海棉（填料）作為微生物可動(dòng)載體的一種活性污泥技術(shù)，是基于原有污水處理裝置曝氣系統(tǒng)活性微生物的原理，將特殊多孔聚氨脂填料填入曝氣池中，填料由池中特殊設(shè)計(jì)的隔網(wǎng)攔住，活性污泥在填料表面及內(nèi)部生長(zhǎng)，該工藝的核心是LINPOR載體（多孔懸浮泡沫塊），根據(jù)不同的需求和功能可分為以下三種：

LINPOR-C工藝：主要用于除去污水中含碳有機(jī)物，在無氧的條件下，由兼性菌及專性菌降解有機(jī)物，最終產(chǎn)物是二氧化碳和甲烷氣。

LINPOR-N工藝：主要用于除去污水中含氮污染物，通過好氧菌和厭氧菌共同作用，達(dá)到去除氨氮的目的。

LINPOR-C/N工藝：用于同時(shí)去除碳和氮的污染物。

某廠采取的是LINPOR-N工藝，該工藝生物脫氮包括硝化和反硝化兩個(gè)反應(yīng)階段（現(xiàn)階段降解氨氮主要為第一部分：硝化反應(yīng)）。第一步是氨化作用，即水中的有機(jī)氮在氨化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化成氨氮。第二步是硝化作用，即在供氧充足的條件下，水中的氨氮首先在亞硝酸菌的作用下被氧化成亞硝酸鹽，然后再在硝酸菌的作用下進(jìn)一步氧化成硝酸鹽。

硝化階段是利用亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌將污水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸根，這兩種菌屬于化能自養(yǎng)型微生物，為革蘭氏陰性細(xì)菌，能利用簡(jiǎn)單的無機(jī)物如二氧化碳為碳源合成自身物質(zhì)，反應(yīng)過程如下：

總反應(yīng)式：

反硝化階段是利用反硝化細(xì)菌將硝酸根轉(zhuǎn)化為N2，反硝化細(xì)菌屬于異氧型，需要有機(jī)碳源，才能合成自身物質(zhì)，反應(yīng)過程如下：

2 LINPOR生化處理工藝控制要點(diǎn)

硝化菌由于次代周期長(zhǎng)，且對(duì)環(huán)境極其敏感[3]，如果環(huán)境條件不正常，會(huì)影響硝化菌的生命活動(dòng)，使其發(fā)生變異或死亡，失去活性，很快會(huì)出現(xiàn)出口的氨氮比進(jìn)口的高。影響硝化菌活性的環(huán)境條件主要包括以下幾方面：

2.1 溫度

適宜的溫度，能夠促進(jìn)、強(qiáng)化微生物的生理活動(dòng)。溫度不但影響硝化菌的比增長(zhǎng)速率，而且影響硝化菌的活性。硝化菌、反硝化菌的生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，且對(duì)環(huán)境的變化非常敏感，硝化菌的適宜溫度是20～30℃，反硝化菌的適宜溫度是20～40℃，溫度低于15℃時(shí)，這兩類細(xì)菌的活性均降低，5℃以下時(shí)完全停止，水溫超過30℃，硝化反應(yīng)就會(huì)被抑制，超過37℃時(shí)明顯減弱。

2.2 溶解氧

DO濃度是影響硝化一反硝化的一個(gè)主要的限制因素，通過對(duì)DO濃度的控制，可使生物膜的不同部位形成富氧區(qū)或缺氧區(qū)，硝化反應(yīng)必須在好氧條件下進(jìn)行，所以溶解氧的濃度也會(huì)影響硝化反應(yīng)速率，當(dāng)DO質(zhì)量濃度在2mg/L以上時(shí)，DO對(duì)LINPOR硝化效果的影響不大，氨氮的去除率可達(dá)97%～99%，出水氨氮都能保持在1.0mg/L以下；DO質(zhì)量濃度在1.0mg/L左右時(shí)，氨氮的去除率在84%左右，出水氨氮濃度有明顯上升。另外，曝氣池內(nèi)DO也不宜過高，溶解氧過高能夠?qū)е掠袡C(jī)污染物分解過快，從而使微生物缺乏營(yíng)養(yǎng)，活性污泥易于老化，結(jié)構(gòu)松散。一般建議硝化反應(yīng)中溶解氧的質(zhì)量濃度大于2mg/L。

2.3 pH值

微生物的生理活動(dòng)與環(huán)境的酸堿度密切相關(guān)，只有在適宜的酸堿度條件下，微生物才能進(jìn)行正常的生理活動(dòng)。在硝化反應(yīng)中，每氧化1g氨氮需要7.14g堿度（以碳酸鈣計(jì)），如果不補(bǔ)充堿度，就會(huì)使pH值下降。pH值過大的偏離適宜數(shù)值，微生物的酶系統(tǒng)的催化功能就會(huì)減弱，甚至消失。pH值的變化對(duì)硝化菌活性影響十分明顯，硝化反應(yīng)的最佳pH值范圍為6.8～8.0，低于6和高于10.6時(shí)，硝化反應(yīng)將停止。

2.4 停留時(shí)間

合適的水力停留時(shí)間（HRT）是確保凈化效果和工程投資經(jīng)濟(jì)性的重要因素，水力停留時(shí)間的長(zhǎng)短將直接影響到LINPOR池中有機(jī)物與生物膜的接觸時(shí)間，進(jìn)而影響微生物對(duì)有機(jī)物的吸附和降解效率。硝化細(xì)菌為自養(yǎng)菌，生長(zhǎng)速度緩慢，世代時(shí)間較長(zhǎng)。為保持硝化菌及反硝化菌群在微生物中的比例以及對(duì)氨氮的降解效率，必須保證停留時(shí)間（HRT）大于硝化細(xì)菌最短的世代時(shí)間，即確保大于污泥齡（SRT）時(shí)間。但也不易過長(zhǎng)，過長(zhǎng)易導(dǎo)致污泥老化，硝化系統(tǒng)失效。

2.5 菌種的活性

在污水生化處理過程中，影響總氮去除率大小的一個(gè)關(guān)鍵因素是菌種，如氨化細(xì)菌可以利用有機(jī)物獲取能量并進(jìn)行生長(zhǎng)代謝，且其在好氧和缺氧環(huán)境都可生長(zhǎng)；硝化菌主要參與系統(tǒng)中亞硝酸鹽被氧化為硝酸鹽的過程；反硝化菌主要參與系統(tǒng)中硝酸鹽及亞硝酸鹽被還原的過程，是生化系統(tǒng)中硝酸鹽氮去除的主要功能菌。傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)中要求反硝化過程嚴(yán)格遵循在缺氧環(huán)境下進(jìn)行，而近年來不斷有新菌株被發(fā)現(xiàn)，如高效反硝菌IDN-DNB，采用特異性環(huán)境馴化的方法，優(yōu)選出了多株抗極端條件的菌種，具有優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)能力，結(jié)合高效脫氮設(shè)備HDN-FT能夠在大部分污水中進(jìn)行反硝化作用，實(shí)現(xiàn)了不同環(huán)境中總氮的完全去除，同步去除有機(jī)物。隨著污水生化技術(shù)的發(fā)展，馴化選擇具有高效脫氮、環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)、活性更好的特定的微生物，是高效脫氮技術(shù)生化處理的核心。

2.6 生物填料

LINPOR工藝是移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器工藝的一種，該工藝的核心是LINPOR載體（微孔泡沫塑料立方體），微生物通過附著在填料上來處理污染物，對(duì)載體孔隙度、均勻度、吸濕度以及機(jī)械、化學(xué)和生物穩(wěn)定性有很嚴(yán)格的要求，且要求合適填充率方能保證系統(tǒng)最佳工藝性能,使裝置無故障運(yùn)行，有較長(zhǎng)的使用壽命，

2.7 抑制物質(zhì)

凡對(duì)活性污泥中微生物生長(zhǎng)有阻礙作用，并對(duì)微生物的活性有抑制性的物質(zhì)都屬于有害物質(zhì)，對(duì)硝化反應(yīng)的抑制作用主要有兩個(gè)方面：一是干擾細(xì)胞的新陳代謝，二是破壞細(xì)菌最初的氧化能力。如殺菌劑、消毒劑、除草劑及殺蟲劑等，流入曝氣槽，會(huì)造成活性污泥的解體，故污水中容許濃度不大于0.5mg/L；含有硫化物及SO2的污水因厭氧作用散出H2S，容易造成污泥解體，故污水中容許濃度不大于3mg/L；過高濃度的氨氮、重金屬、有毒物質(zhì)以及有機(jī)物。

3 LINPOR工藝處理異常原因分析及優(yōu)化研究

自2018年以來，含油污水生化處理氨氮除去效果越來越差，導(dǎo)致回用的中水對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)影響越來越明顯，為降低回用中水對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的影響，提高循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施的使用壽命，減少污水外排量，需盡快恢復(fù)含油LINPOR池生物除氨氮效果。

對(duì)照林德公司LINPOR池運(yùn)行技術(shù)指導(dǎo)資料中氨氮升高的原因進(jìn)行對(duì)比分析，主要故障表現(xiàn)為沒有硝化反應(yīng)或硝化反應(yīng)弱，對(duì)照影響硝化反應(yīng)的因素進(jìn)行分析如表1所示。

由表1可知引起LINPOR池出水氨氮升高的主要因素有菌種活性、生物填料及抑制行物質(zhì)，現(xiàn)對(duì)以上影響因素進(jìn)行分析并采取相應(yīng)措施如下：

表1 LINPOR池出水氨氮升高原因分析表

3.1 菌種活性

含油系列污水中氨氮平均監(jiān)測(cè)值約20mg/L，除氨氮主要單元為純氧曝氣池何LINPOR生化處理池，經(jīng)過純氧曝氣池氧化處理后進(jìn)入LINPOR池進(jìn)行生化除氮，使最終出水氨氮滿足≤1mg/L的控制指標(biāo)。

由圖1可知，自2018年1月開始，含油系列污水氨氮處理開始出現(xiàn)異常，并導(dǎo)致最終除氨氮率遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值97%。

圖1 含油污水各處理單元氨氮測(cè)量值圖

現(xiàn)場(chǎng)取含油系列活性污泥進(jìn)行鏡檢實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 含油系列活性污泥鏡檢圖

圖5 不同摻比的P2線污水對(duì)含油活性污泥的抑制影響變化曲線圖（綠、紫、粉、藍(lán)、紅分別為空白、25%、50%、75%、100%）

圖6 含油活性污泥微生物在不同摻比的P2線污水下鏡檢圖（總左至右分別為空白、25%、50%、75%、100%）

制性較大的污水點(diǎn)源進(jìn)行重點(diǎn)管控，通過控制摻比量、加大稀釋度、工藝改進(jìn)等方法降低污水對(duì)生化系統(tǒng)的沖擊影響，使微生物在適宜的生長(zhǎng)環(huán)境內(nèi)穩(wěn)定繁殖，確保微生物的生化活性。

通過對(duì)廠區(qū)內(nèi)所有的含油污水點(diǎn)源進(jìn)行排查分析，將各含油污水點(diǎn)源進(jìn)行分級(jí)管控，如表2所示，針對(duì)微生物活性抑制性較大的三級(jí)污水點(diǎn)源進(jìn)行了重點(diǎn)管控，同時(shí)優(yōu)化管理制度加強(qiáng)對(duì)各污水點(diǎn)源隨機(jī)抽查力度及頻次。

表2 含油污水點(diǎn)源分級(jí)管控表

3.4.4 調(diào)節(jié)處理負(fù)荷

為防止因含油污水流量及相關(guān)污染介質(zhì)對(duì)生化處理單元的沖擊，需控制污水處理負(fù)荷。

根據(jù)污水生化處理設(shè)計(jì)處理量，生化污水的處理量為≯600m3/h，而通過氨氮處理量實(shí)驗(yàn)分析，含油生化處理單元實(shí)際處理氨氮能力為≯9kg/h，故需要加強(qiáng)對(duì)含氨氮污水排放的管理。

由表3可知，對(duì)含油污水系列外排污水含氨氮的主要裝置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，要控制氨氮來源，降低對(duì)含油生化系列除氨氮系統(tǒng)的沖擊，需加強(qiáng)對(duì)50萬原油罐區(qū)、60萬原油罐區(qū)、煉油新區(qū)硫磺回收及煉油老區(qū)單塔汽提裝置外排污水的管控，一方面采取措施降低外排污水中氨氮的含量；另一方面降低外排污水的量，確保系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

表3 含油系列含氨氮污水裝置統(tǒng)計(jì)表

4 效果分析

如圖7所示，通過對(duì)含油系列污水處理單元異常原因的分析并采取相關(guān)處理措施后，含油污水處理單元生化處理系統(tǒng)得到恢復(fù)，氨氮處理也達(dá)到指標(biāo)控制要求。

圖7 含油系列氨氮處理效果圖

5 結(jié)語

（1）含油污水氨氮處理異常的主要原因是因污水點(diǎn)源含有抑制性物質(zhì)，受抑制性物質(zhì)的沖擊及生產(chǎn)負(fù)荷等因素的影響，導(dǎo)致菌種活性降低，部分微生物失活或沖擊流失，另一方面由于填料使用時(shí)間較久，導(dǎo)致填料比表面積降低，影響了微生物附著和生長(zhǎng)，導(dǎo)致生化處理能力降低；

（2）通過對(duì)選擇培育適應(yīng)性更強(qiáng)、活性更大的菌種，實(shí)時(shí)補(bǔ)充新填料，對(duì)污水點(diǎn)源進(jìn)行分級(jí)管理，并控制生產(chǎn)負(fù)荷，加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)排污點(diǎn)的管控，可有效防止污水對(duì)生化處理單元的沖擊，確保生化單元對(duì)污水中污染物的處理能力。