石油化工污水处理中生物增效技术的作用探究

路珈 刘荣荣

1. 陕西延长石油（集团）有限责任公司延安石油化工厂 陕西 延安 7274062. 金华职业技术学院 浙江 金华 321017

近年来，由于生产技术的高速发展，污水中的污染物成分更加复杂多样，浓度也变得更高，难以降解的含毒有机污染物也越来越多，极大地冲击着生物生化系统。在传统的生物处理系统中，能降解有毒以及难降解有机物的专项微生物数量减少，因此对污水处理效果不佳。生物增效技术，在传统生物处理系统的基础上进行优化加强，可以有效提高传统生化系统的降解力以及抗冲击力。

1 生物增效技术概述

1.1 生物增效技术内涵

生物增效技术是在保持原生化系统设施、运行条件的基础上，直接在现有的生化处理系统中植入从自然界中挑选出的优势菌种，提升原生化系统处理能力，使其能够去除某种有害物质或优化某方面性能[1]。生物增效系统因高效、稳定、节约成本的优势，在废水生物治理技术市场上具有广阔前景。

生物增效技术的关键是在原有的生化系统中投加优势菌种。这些菌种既可以是原有微生物中的优势菌种也可以是之前不存在的遗传工程菌或外源微生物。在自然界中，微生物分布广、数量大、代谢类型多样、适应突变能力强，它们会出现在任何污染物存在的地方并对污染物有着或强或弱的降解作用。增效菌种的获得可通过驯化、筛选诱变、基因重组等技术方法，再加以培养繁殖便可得到能处理污染物的目标降解菌。生物增效技术中所投加的增效菌株需要满足以下3个条件：第一，菌株活性高；第二，菌株具有高速降解目标污染物的能力；第三，菌种要能保持一定数量且竞争力强。目标污染物的消除主要是通过投加菌种的直接生物降解和共代谢作用来达成的。

一般来讲，生物增效技术适用于绝大多数用生物法进行污水处理的地方，并能提高原生化系统的污水处理效率。生物增效技术用途广泛，可用于各种市政污水以及工业废水处理中，如城市污水处理、石化污水处理、造纸污水处理、印染污水处理、皮革污水处理等。

1.2 生物增效技术优点

石油化工污水处理中生物增效技术的应用具有如下优点[2]：（1）投资成本低，效率高。生物增效技术在处理水化工污水时，仅用将分解药剂投入到曝气池即可，极大地降低了使用硬件设施的成本。通过这种成本低廉的方法便可降解石油化工污水中的有毒物质或者有机污染物、净化水质、减少化合物、促进生物多样性。另外在利用生物增效技术进行一次微生物投加后，并不需要专门的工作人员看管微生物的繁殖，节约了人力成本，效果持久，节省后续处理成本，具有较高的经济效益。（2）解决污水异味问题。由于微生物能针对不同环境中的不同气味发生反应并有效分解硫化氢、硫醇、挥发性脂肪酸等有害物质，也能抑制厌氧条件下硝酸盐挥发的气味，因而生物增效技术能有效消除污水异味。控制异味的主要方式是通过对污染样本的采样分析，找出异味散发源头并从根本上防止产生。（3）不会二次污染。通过使用生物增效技术，微生物可利用自身新陈代谢降解污水中的有毒有害污染物，并且不会二次污染水质真正达到环保治污的目的。（4）耐用，有效期长。微生物在利用新陈代谢对污染物进行降解的过程中，能获取一定营养进行自我繁殖，从而能在一次足量投放后，得以长期有效去污。

2 石油化工污水处理现状

2.1 污水含硫比重高

石油化工行业因生产过程中，所用原油里硫元素含量高，经过相关工艺处理后的污水中包含较多硫元素的污水，高含硫量污水排放会导致水资源被污染。石油化工企业利用油水分离罐、减压塔顶、油水分离罐等设备对其进行硫元素与污水的分离，使污水得到脱硫处理，达到排放标准，保护生态环境需要。当前石油化工企业污水含硫量较多，且污水排放量有上涨趋势，企业需要对污水化工浓度进行检验，尽量降低污水含硫浓度；另一方面，含硫污水在进入污水处理厂后，硫含量毒性与之浓度呈线性关系，可直接毒害生化系统中有效微生物菌种，呈现中毒现象，生化出水水质明显恶化；再者当生化系统受高含硫污水冲击后，活性污泥解体明显，菌胶团遭到破坏，有效微生物消失，在不进行菌种重新培养或者添加活性污泥等措施，生化系统是无法自我恢复。因此当污水硫含量较高时，需及时进行调整，避免高含硫污水直接冲击生化系统，从而保证企业污水的正常处理能力。

2.2 污染水质状况复杂

处理石油化工企业排放污水时难度较大，各种化工设备也会生产出较为严重的污水元素造成污染水质状况复杂的问题[3]。究其根本主要有以下原因：第一，目前污水处理工艺仍主要以生化系统处理为主，在石油化工企业的转型升级及工艺链的延长等影响下，排放污水的水质更为复杂，同时各地政府对污水排放要求日益严格，处理污水的难度在一定程度上有所增加。第二，石油化工行业整体利润减少，部分石油化工企业为实现转型升级，进行了一体化发展、延长产业链的革新，以期达到提高利润，增加产值的目标，但是出于多种因素的制约与影响，石油化工企业公司利润空间仍然较小，相对污水处理为环保工艺，无直接利益，在环保方面投资相对较少。第三，在我国水资源使用状况比较紧张的情况下，石油化工企业更加重视对水资源的节约与循环利用，原生水源经利用变成污水后，还需要再加工处理，满足排放要求。在石油化工企业实际生产中应配置充足的设备达到需要标准，通过设备加工降低污水中有机及无机物污染成分含量，改善污染物种类繁多，水质复杂状况。

2.3 污水深度处理水平较低

目前部分石油化工企业未能充分认识到污水治理的重要程度，再加上当前污水处理难度较大导致处理污水效果不能达到预期目标。尤其是化工公司实际生产时现有污水处理的流程在运行稳定的情况下能达到环境保护的要求，当污水水质波动后，极容易受到冲击，处理需要经过多重程序加工才能达到排放标准，使化工企业运行受到严重影响；另外在对污水深度处理的工作过程中，部分石油化工企业不能掌握研究理论，对职工的培训不到位，不能将技术应用于实践导致实际污水处理效果不理想，影响节能减排。石油化工公司需要加大引进先进污水处理设备及技术的力度，支持高精尖化污水处理，使污水经处理后满足环保要求。当前由于石油化工企业生产技术设备及污水处理流程仅只能达到污水深度处理的初级标准，实际污水深度处理和回收利用效果不佳。

3 石油化工污水处理中生物增效技术的应用

分析部分工业现场的运行数据，通过利用生物增效技术，生态系统污水里的化学需氧量（COD）、含油去除效率得到较大提高，整个生态系统的稳定性以及系统遭到冲击后的恢复效率也得到明显提升，同时也改善了活性污泥的功能。下面通过一些实验结果对生物增效技术在石化污水处理中的应用进行简单说明。

3.1 污水排放浓度较高造成的生化系统冲击

本文对延安石油化工厂高浓污水处理系统的污水处理应用进行探讨，这套装置用于处理产自环保六套装置高含硫污水、甲基叔丁基醚（MTBE）装置污水、聚丙烯装置的污水，该厂生化系统使用O/A高效低氧生化一体化处理工艺，该工艺低氧生化处理一体式活性污泥系统是基于先进的同步硝化反硝化脱氮理论为基础的高效一体化生物处理系统。它通过控制曝气池溶解氧（小于0.5mg/L），在单一池体内不仅完成对有机物的彻底去除，更重要的是实现了硝化反硝化的同步进行，且短程硝化反硝化占有相当比例。简化了系统脱氮的运行流程，降低了对碳源的需求，提高了脱氮效率，同时也避免了由于硝态氮积累带来的不利影响。日常运行时，由于上有来水水质波动较大，主要为COD及氨氮波动频繁，超过日常进水控制指标时，生化系统出水化学需氧量（COD）、氨氮明显上涨，主要表现在一方面1-5#生化池pH消耗减少，好氧池溶解氧变低，调整曝气量后溶解氧变化不大；另一方面取水样测得SV30上涨较多，上清液水质较浑浊，下部沉泥松散，污泥镜检中有效菌种较少，且活性降低。虽然及时调整高浓系统进水量、进水浓度等各项措施，但生化系统出水水质恢复很慢。因此，在系统冲击后，针对是氨氮、总氮还是COD冲击选择适宜的增效菌种，投加增效菌种后，镜检观察、分析生化系统的投加增效菌种前后活性污泥性状是否发生变化。经过观察，投加增效菌种后的活性污泥在镜检下能看到许多漫游虫、鞭毛虫、钟虫等各类微生物，镜检内微生物数量增多、普遍生命力顽强，且能明显看见微生物活性较好，活性污泥恢复取样分析生化系统出水COD、氨氮等含量，存在明显的降低，因此得出增效菌种能提高活性污泥性能结论。

3.2 有毒有害成分造成的生化冲击

污水处理经常运用传统的活性污泥处理系统及普通活性污泥法生化处理设备。通常处理流程有隔油、浮选、沉淀、出水等步骤，通过预处理后进入生化系统。石油化工行业污水有毒有害成分主要为硫化物、石油类及重金属离子等，当有毒有害污水浓度较高时，观察装置运行时生物增效技术的效果以及该项技术对化学需氧量COD、活性污泥性能，油污去除效率的作用。

首先是去除化学需氧量COD的效果分析。1号曝气池出水口有的化学需氧量COD160mg/L，3、5号曝气池使用生物增效技术，可观察出污水出口有120mg/L、60mg/L的化学需氧量COD，实验结果显示生物增效技术能去除化学需氧量COD，一定程度上降低了水质的波动，提高污水净化力度。其次是生物增效技术去除油污的效果分析。当生化系统油含量较高时，1号曝气池的质量浓度平均为15mg/L，测的3、5号曝气池污水在使用生物增效技术后的质量浓度平均为8mg/L、5mg/L。生物增效技术对去除污水含油的效果可以明显看出。最后是生物增效技术对硫化物等污染物的性能的结果分析。在1号和3号曝气池投加硫化物后，按时收取使用生物增效技术后的3号、5号曝气池的活性污泥与1号曝气池活性污泥并进行实验。观察发现，3号和5号均有许多实体相对较大、复杂交错的菌胶团以及微生物细菌活动，3号曝气池污泥量与5号曝气池对比发现3号池污泥量增加，同时存在少量浮泥，而1号曝气池活性污泥中仅有少量微生物且菌胶团实体小而松散。这证实使用生物增效技术可以有效提高活性污泥的性能，加大紧密度，增大活性污泥中微生物的活力，提高应对有毒有害污染物的能力。

3.3 来水水质频繁波动时的应用

石化厂污水装置每日处理污水约6000t，以O/A高效低氧生化一体化系统为核心装置。经检测，正常工况下污水进水COD平均值为700mg/L，氨氮平均值为50mg/L，水力停留大概时长为24h，pH值在6～8区间内，低氧区和好氧区溶解氧分别控制在0.1～0.5g/L和3～6g/L范围内。在装置大检修期间，高浓、低浓污水系统来水水质波动频繁，主要为高含油、高COD、含甲醇污水及高氨氮污水，水质、水量变化复杂，来水COD最高达5000mg/L，氨氮达到500mg/L，因此导致污水生化系统运行压力巨大，随时面临崩溃的风险。针对此工况下，在曝气池内投加市政活性污泥及生物增效菌种，提高污泥浓度，提高抗冲击能力。取样试验，按生化系统正常进水浓度，试验后发现：系统进水量保持在100m3/h，COD稳定在2000mg/L、氨氮稳定在100mg/L范围内，COD和氨氮去除率达到90%，氨氮去除率92%以上，生化出水基本保持较稳定，来水负荷再提高后，出水COD及氨氮呈上升状态；系统进水COD在正常进水工况内，COD和氨氮去除率达到99%以上；当进水COD和氨氮均较低时，COD的去除率反而降低，同时硝化反应减弱，反硝化作用降低，活性污泥呈现饥饿现象，主要原因为进水有机负荷过高和过低会破坏活性污泥的运行，生化系统碳、氮、磷的比例失衡导致。由此可以得出结论，生物增效技术效果在有机负荷提高一定浓度可短期保持良好COD和氨氮的去除率，如果来水负荷变化较大时，需要人工调整碳、氮、磷比例，如对进水进行稀释或者投加甲醇、磷酸三钠和尿素等。

此次生物增效技术应用试验说明，在应对负荷较高的来水情况时，生物增效是一种高效、快捷的处理手段，但生物增效技术存在一定局限性，实际应用中应根据实际情况进行判断。

4 结束语

总之，石油化工生产加工过程中产生了大量污水，这造成水资源的浪费以及生态环境的污染。生物增效技术在实际使用时具有操作难度低、运行成本投资少、不产生二次污染等优点，在国内处理污水市场中有广阔的应用前景。但是生物增效技术依然存在着一定的局限性，如其不适用运行负荷低，水质好、出水速度稳定的生化系统。相信随着我国科技水平不断提升，以后的污水处理效率会不断提高，使我国生态环境得到高水平、高质量的保障。