引言
2004 年清潔生產促進法實施以來, 國家大力推行節水減排新技術, 各煉油廠通過應用污水治理與回用技術、開展水平衡測試等手段, 實現了煉油噸油水耗1.0 t 以下、污水回用率65% 以上的清潔生產目標。隨著清凈下水的逐步回收、污水回用量的增加,使污水鹽度倍增, 難降解的有機物不斷富集, 嚴重影響了生化處理的效率與效果, 傳統活性污泥法處理工藝已不適用; 同時, 高鹽度對膜法污水回用裝置也產生不良影響, 造成膜污堵、反沖洗周期縮短、產水率下降。含鹽廢水因此成為制約污水處理與回用的瓶頸, 除鹽問題成為污水處理亟待解決的問題。
1 含鹽廢水對生化處理系統的影響
1. 1 含鹽廢水的來源
哈爾濱石化公司含鹽廢水來自三個方面, 即常壓裝置電脫鹽單元排水、污水回用裝置RO 反滲透膜排放的濃水、化學水處理排放的陰陽床再生水, 總水量約50t / h。
哈爾濱石化公司含鹽廢水水質與水量見表1, 三部分廢水經加權平均后為表中混合水水質, CODCr濃度超過GB 8978- 1996污水綜合排放標準二級標準, 必須經過處理達標后方可排放, 因電導率偏高,故屬于含鹽廢水。
1. 2 含鹽廢水對傳統生物法處理技術的影響
1. 2. 1 對微生物產生抑制作用
含鹽廢水主要毒物是無機毒物, 即高濃度的無機鹽。無機鹽對生物有抑制作用, 當鹽( NaCl) 質量分數> 1%時, 會造成質壁分離或細胞失活。普通活性污泥對離子濃度的變化敏感, 鹽濃度的增加干擾了細胞正常代謝功能, 降低降解動力。當系統受鹽沖擊后,有機物去除率下降, 出水懸浮固體增加[ 1] 。
1. 2. 2 影響污水深度處理與回用
污水經過應用深度處理與回用技術后主要有二個去向: 一是通過精濾后進入工業循環水系統; 二是通過反滲透膜法除鹽后進入鍋爐用水系統。廢水的無機鹽用傳統生物處理系統無法去除, 回用水中的無機鹽對工業循環水系統產生腐蝕結鹽, 尤其是較高濃
度的氯離子將會引起嚴重的點蝕; 鹽度增加對反滲透膜法除鹽系統產生嚴重影響。
2 多項膜生物反應器的應用
2. 1 工藝特點
膜生物反應器是高效膜分離技術和傳統活性污泥法的結合,與傳統的生化處理技術相比主要有如下優點：
污泥濃度高
MLSS可達6000~15000mg/L,確保高濃度、高活性、高處理率,可有效抑制絲狀菌生長,控制污泥膨脹和生物泡沫；
生物種群豐富
采用膜分離可以將絕大部分微生物截留在曝氣池內進行富集,實現生物的共代謝作用,有利于增殖緩慢的微生物(如硝化細菌)的截留和生長,可提高難降解有機物的去除率；
抗沖擊能力強
由于具有較高的污泥濃度和豐富的生物種群,且活性高,抗沖擊能力強；
剩余污泥量少
污泥齡長達40d以上,剩余污泥量僅為傳統生物處理的1/3~1/2,減少污泥后續處置費用和二次污染；
占地面積小，運行費用低
反應器中活性污泥濃度較高、氧傳質效率高,占地面積小、運行費用相對較低。
2.2工藝流程
哈爾濱石化公司膜生物反應器工藝流程見圖1。
多項膜生物反應器是由水解酸化、一級好氧、中間沉淀、二級好氧、膜分離五個單元組成的組合生化處理工藝,其中一級好氧采用完全混合式活性污泥法,污泥回流比為40%~80%,由中間沉淀池回流至水解酸化前端;二級好氧采用延時曝氣法,污泥回流比為100%~200%,由膜池回流至二級好氧前端。
2.3應用效果
哈爾濱石化公司含鹽污水處理場于2008年9月建成投用,12月底完成生物啟動,2009年4月逐步形成穩定的生化系統,完成了嗜鹽微生物的馴化,取得了穩定的污染物去除率,系統抗沖擊負荷的優勢逐步顯現出來,2009年5月~6月含鹽廢水CODCr等指標平均去除效果見表2。
從表2可見:CODCr去除率不很高,主要是由于含鹽廢水的可生化性較差,BOD:CODCr為0.08,生化系統以兼性嗜鹽菌為主,缺少大量優質高效的嗜鹽微生物;氨氮的去除率很高,說明系統硝化細菌生物量充足,硝化功能發揮充分;石油類、硫化物、揮發酚等高分子有機物的去除率較高,說明系統已經成熟馴化,具有較強的生物降解功能。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
3影響處理效果的因素
3.1鹽度的影響
CODCr去除率隨電導率變化趨勢見圖2。
從圖2可見,膜生物反應器的CODCr去除率與鹽度變化具有相關性,經馴化的嗜鹽微生物對鹽度環境具有一定的選擇性,當污水電導率在3000~5000 S/cm時,CODCr去除率穩定在60%以上;大于6000 S/cm時,微生物受到抑制,去除率下降;低于2000 S/cm時,微生物優勢菌群轉為非嗜鹽菌,在2600S/cm時去除率出現拐點,降至50%。
3.2溶解氧的影響
溶解氧對CODCr去除率的影響見圖3。
由圖3可見,當污水電導率在3000~5000S/cm時,膜生物反應器的去除率與好氧池平均溶解氧的變化具有相關性,當溶解氧在4.2~7.0mg/L或2.0~3.0mg/L時,CODCr去除率穩定在60%以上,分別是好氧微生物和兼性微生物占據優勢;溶解氧在3.0~4.0mg/L時,兩種微生物均不活躍,CODCr去除率降至50%以下。
3.3污染物負荷的影響
進水CODCr對出水CODCr及去除率影響趨勢見圖4。
從圖4可見,在污水電導率穩定前提下,多項膜生物反應器系統表現出較強的抗有機污染物負荷的能力。當進水CODCr在500mg/L以下時,出水CODCr穩定達到GB8978-1996 污水綜合排放標準二級標準,保持在100mg/L以下;進水CODCr在260mg/L以上時,去除率穩定在70%;進水CODCr為400mg/L時去除率最高,可達80%以上。
3.4影響膜通量的主要因素
當廢水中大分子有機污染物(如石油類)濃度較高時,會堵塞膜孔,使膜絲失效;膜絲表面發生濃差極化而形成凝膠層,使膜通量逐步下降;污泥濃度過高(MLSS達1104mg/L)使膜絲表面集泥,使膜絲抖動困難,影響膜通量;雜物堵塞、生物污染、結鹽結垢等膜污染也會導致膜通量下降,尤其是鹽垢會使膜絲變硬變脆,嚴重者出現斷絲而影響出水水質。
解決膜污染問題,一方面加強水質預處理,控制石油類、揮發酚、電導、污泥濃度等易引起膜污染的濃度指標;另一方面,適時經常采用水清洗、化學清洗的方法,使膜通量保持在理想水平上,保證優良的出水水質。
4應用生物流化床技術的效果
2009年10月,為進一步提高多項膜生物反應器的處理效果,哈爾濱石化公司應用生物流化床技術對水解酸化和一級好氧單元進行了改造,即在上述兩單元添加軟性填料,增加試驗微生物的生物量。經過4個月,水解酸化單元完成了掛膜,7個月后一級好氧的前四分之一區開始掛膜。經過微生物鏡檢,發現鐘蟲、草履蟲、輪蟲等原生動物開始產生并逐漸增多,說明生物系統的菌種豐富、世代周期延長、功能趨于穩定,污染物的去除效果也有所增強。生物流化床技術應用前后處理對比結果見表3。
從表3可見,應用生物硫化床技術改造后,雖然一級好氧單元生物膜尚未完全形成,但去除效果明顯改善,CODCr的去除率平均提高了4.73%;同時系統對較高負荷的抗沖擊能力也明顯提高,當CODCr在300~400mg/L時,出水CODCr保持在80mg/L以下,去除率穩定在80%以上,對穩定達到GB8978-1996 污水綜合排放標準 二級標準有重要意義。
5結論
應用多項膜生物反應器處理煉化企業產生的含鹽廢水是可行的,經過馴化的嗜鹽微生物形成的穩定生物系統。影響膜生物反應器的主要運行參數有電導率、溶解氧、CODCr。電導率適宜范圍是3000~5000S/cm,大于6000S/cm時微生物受到抑制,低于2000S/cm時優勢菌群轉為非嗜鹽菌,去除率顯著下降;一級好氧單元溶解氧適宜范圍4.2~7.0mg/L或2.0~3.0mg/L,分別是好氧微生物和兼性微生物占據優勢;系統對CODCr可承受的濃度上限為500mg/L,進水低于500mg/L,出水可穩定達到GB8978-1996 污水綜合排放標準二級標準(CODCr120mg/L)。
在膜生物反應器的長期運行中,膜污染是影響膜通量及反應器高效運轉的關鍵問題,需要進行運行控制并及時處理,包括控制石油類、揮發酚、鹽度、污泥濃度等進水指標,對膜絲定期檢查維護,以及加強事故狀態的處理,使膜通量保持在理想水平,保證出水水質優良。
通過生物流化床技術應用,對水解酸化和一級好氧單元添加軟性填料,CODCr的去除率平均提高了4.73%,系統抗沖擊能力提高,當CODCr在300~400mg/L時,出水CODCr保持在80mg/L以下,去除率穩定在80%以上。
