宁夏石化公司炼油污水处理场于2011年建成投产,设计处理能力为300 m³/h。由于2017年7月1日起,炼油外排污水执行《石油炼制工业污染物排放标准》(GB 31570-2015)。新标准规定的COD和氨氮排放限值较原GB 8978-1996规定的二级排放限值大幅降低,COD由120 mg/L降低为60 mg/L,氨氮由50 mg/L降低为8 mg/L,新增了对总氮、总磷的要求。为适应更加严格的排放限值,污水处理场于2017 年进行技术改造。技改后污水处理规模达到350 m³/h。装置主要将原有的溶气气浮改造成斜板高效气浮,新增了脱氮DN池、移动生物床反应器、斜管沉淀池、混凝沉淀池组成,主要提高污水处理场脱氮除磷的能力。

炼油厂原有工艺流程采用目前成熟的炼油、化工污水处理技术,炼油污水经调节除油、隔油、两级气浮、AO生化处理,再经生化气浮、臭氧氧化、以及曝气生物滤池(BAF)处理。原工艺流程如图1所示。

两级气浮加药系统故障频繁,加药管线缺少控制阀门,导致气浮加药量调节困难、药剂跑冒频繁。

活性污泥池进行MBBR改造后,活性污泥池出现供风严重不足的问题,MBBR效果没有体现出来。投运初期曝气池拦截网框架与曝气池池壁缝隙较大,导致MBBR填料大量跑损,影响生化气浮泵运行及离心机的运行。

BAF池氨氮去除率在40%左右波动,未能达到设计80%的氨氮去除率。

污水处理装置进出水主要水质指标,如表1所示。

改造后装置主要由调节除油、SBR池、涡凹气浮、斜板溶气气浮、AO生化池、二沉池、生化气浮、臭氧氧化池、脱氮DN池、曝气生物滤池、移动生物床反应器、斜管沉淀池、混凝沉淀池组成,并对原有AO池MBBR系统进行改造。改造后工艺流程如图2所示。

气浮工段主要由涡凹气浮和高效气浮组成。两者分别采用叶轮气浮法(韦姆科气浮法)和压力溶气气浮+斜板沉淀去除污水中的悬浮物、浮油以及部分乳化油。设计进水COD≤1 000 mg/L,氨氮≤50 mg/L,石油类≤200 mg/L。出水COD≤800 mg/L,氨氮≤50 mg/L,石油类≤20 mg/L。

针对两级气浮加药系统故障频繁,加药管线缺少控制阀门,导致气浮加药量调节困难、药剂跑冒频繁的情况,主要从两方面进行改造:①硬件即处理设施进行升级改造,②精细管理。

更换了气浮加药管线,换了1台PAM加药泵,调节加药总管分别至涡凹气浮和斜板溶气气浮的阀门,确保2套装置药剂投加正常。为了保证斜板气浮出水石油类合格,2017年底,由于斜板气浮填料强度不够,上浮,于是将填料取出,于2018年7月进行斜板气浮填料回装,对填料结构,装填方式做了优化,采用了强度更高的填料,改变填料组成,优化装填方式。

根据进水水量的波动,及时调整刮渣板的高度,确保二级气浮出水,无石油类渣进入到曝气池。图3是2018年1～10月二级气浮进出水石油类及其去除率。

从图3可以看出,二级气浮2018年的入口含油在25.92～44.32 mg/L,出口含油在15.4～27.34 mg/L,整体去除率在7.4%～55.84%。在7月更换完斜板气浮填料后,去除率逐步提高,出水石油类指标合格率达到83%。针对气浮,继续对药剂投加量,以及涡凹气浮、斜板高效气浮运行情况继续跟踪,数据分析,整理优化,以及对二级气浮的操作方面加强管理。

AO生化工段由缺氧池(A 池)、MBBR 池(O池)、曝气池(O 池)和硝化液回流池组成。设计进水水量350 m³/h,进水COD≤800 mg/L,氨氮≤50 mg/L,出水COD≤70 mg/L,氨氮≤15 mg/L。

MBBR池投运初期,出现MBBR填料翻墙、DO不足、填料无法流动的情况。针对MBBR区出现的问题,主要从两方面进行改造:①硬件即处理设施进行升级改造;②精细管理。

(1)针对MBBR填料拦截网框架与曝气池池壁有缝隙的情况,采用曝气池单间排空检修、单间运行的方式,对缝隙进行填堵处理,并对拦截框架加了支撑架。2017年10月以来,MBBR池新增2台罗茨风机后,曝气池南北2间的溶解氧逐渐恢复正常。针对MBBR池跑损填料容易堵塞生化浮渣泵入口管线,车间采取在生化气浮排渣口添加滤网的措施,防止前期跑损填料进一步堵塞泵入口管线。并且在MBBR池加液位计,通过液位监控,防止填料泡冒。

(2)加强对MBBR区的液位监控管理,从上游来水水量进行管理,同时加强对下游装置的巡检。

对AO生化工段主要从COD、氨氮的去除率来进行分析。技改前AO池对COD的去除效果,如图4所示。技改后AO池对COD的去除效果,如图4a,对比分析可以看出:2017年入口COD含量基本在628～1 934 mg/L。而2018年的入口COD基本在495～730 mg/L,数据差异大的原因有两方面:一是因为上游预处理装置水质变好,二是由于采样点的变化导致水质指标的变动。2017年出口COD含量在39～136 mg/L,2018年的出口COD含量在37～78 mg/L。而2017年去除率在85%～96%,去除率在6～10月持续走低,主要原因是由于入口COD含量的增加、曝气池溶解氧偏低、及其大检修的原因。2018年的去除率在85%～93.5%,5～8月去除率开始走低,主要原因有进口COD含量降低,入口水量降低,曝气池翻泥等原因。

2017年AO池对氨氮的去除效果,如图5a所示。2018年AO池对氨氮的去除效果,如图5b所示,对比分析可以看出:从图5可知,AO池在2017年的入口氨氮在23～557 mg/L,2018年入口在17～26 mg/L。2017年出口在0.5～30 mg/L,2018年出口在0.4～5.98 mg/L。2017年氨氮的去除率在10%～98%,2018年氨氮的去除率在72%～97%。从图5a可以看出2017年7月AO池入口氨氮突然上升到557 mg/L,导致对活性污泥造成了一定的冲击,曝气池溶解氧一直偏低,导致7～10月4个月份的去除率均出现大幅度的降低。而在2018年全年氨氮去除率较平稳。

2017年7月份开始大检修,污水处理场AO池切单套运行,到8月中旬正式恢复正常运行。虽然2017年与2018年入口COD的值相差较大,但是整体去除率均维持在稳定的范围内,说明AO池对COD的耐受范围较宽,有利于应对水质冲击的危机。但是对比2年的COD的去除率图线可以看出,在每年的夏季,去除率均呈现走低的趋势。这与夏季AO池温度高达35～38 ℃有很大的关系。高温会影响污泥的活性,影响污泥对COD的降解能力。2018年6月底开始,AO池开始出现翻泥的现象,为了改善翻泥的现象,技术人员对所有有可能影响活性污泥翻泥、沫子多的现象进行了分析。从进水水质,进水温度,AO池活性污泥在显微镜下面的状态、污泥指数、污泥浓度、污泥沉降比、排泥操作等多方面进行了大量的分析。分析发现:①污水处理场水温偏高是主要因素。采取的措施是:及时监测水温,做好记录;打开AO池旁边的消泡水,对曝气池进行降温、消泡;在泡沫太多没法迅速处理的情况下,短时间内用消防水进行消泡。②进水水质挥发性有机物偏高:污水处理场属于末端处理装置,只能被动的接受上游来水。针对上游来水不合格的情况,及时将不合格水切入事故池,或者少量进入系统处理,尽量减少对系统的冲击。③加大排泥量。④调整风机的鼓风量,确保曝气池DO含量在正常范围内。⑤及时对二沉池进行收泥工作,避免影响后续污水处理装置,确保外排水合格。技术人员严密关注各项水质指标,通过水质指标及时对运行工况进行调整,将遇到的生产难题及时解决,总结、积累运行经验。

脱氮池是技改后新增的构筑物。脱氮池属于兼性厌氧池,主要以反硝化反应为主,将硝态氮转化为氮气。而反硝化菌为异氧菌种,故其COD 降解率相对较高,氨氮仅为微生物增殖消耗。脱氮池出水指标COD≤60 mg/L,氨氮≤8 mg/L。

2018年脱氮池对COD的去除以及对氨氮的去除分析,如图6。

从图6b可以看出,脱氮池对COD 的去除率在10%～50%,去除率偏低,去除率波动较大。脱氮池入口COD出现波动时,出口COD也跟着出现波动,整个脱氮池的抗冲击能力差,活性污泥有一个适应过程,突然增加的COD,活性污泥不能立即适应,需要1～2个月的时间才能适应更高浓度的COD,所以在去除率方面直接表现出来波动以及去除率降低的现象。而且脱氮池的装置设在水处理末端,水质可生化性更差。脱氮池的反洗是重要的一项工作,既要确保污泥量,又要将产生的死泥及杂质清洗干净,确保脱氮池的污泥活性,不出现过度的老化和增殖。

移动床生物反应器是2017年大检修后新设置的装置,共10台,每天移动床的处理能力是10 m³/h。移动床的作用跟BAF池一样,跟BAF池并联进水处理脱氮DN池的出水。对比移动床和BAF池的出水效果可得知移动床在工业上的使用优势,确保移动床的推广和使用。移动床对氨氮、COD的去除效果如图7。

从图7可以看出,移动生物床对氨氮的去除率与移动床的进水氨氮值呈现类似的变化趋势。但总体的出水氨氮很平稳,全年没有因为入口氨氮的波动而导致出口氨氮较大的波动。但是移动床对COD的去除率全年波动较大。在入口水量波动不大的情况下,COD的去除率随着入口COD值的增大而增大。

2017年8月中旬开始投运移动生物床,投运初期没有出现大的问题。运行中出现了出水管由气阻(移动床冒床,污水溢流)无法实现在线清洗,移动床反洗滤料提升管容易卡塞,无法顺利反洗,填料出现板结导致无法正常鼓风曝气等问题。针对出现的问题,主要从硬件设施着手改造:①在出水总管加了气排阀(呼吸阀),根据压差排出出水总管的水,防止污水溢流;②近期筛分填料,去除大颗粒杂质,防止卡塞滤料提升管;③加电动阀,实现自动反洗。

2017年、2018年BAF池对氨氮的去除效果,如图8。2017年、2018年BAF池对COD的去除效果,如图9。

2017年生化气浮和BAF池对氨氮的去除率全年平均值是57.87%。2018年BAF池对氨氮去除率平均值是66.61%。虽然都没有达到设计值80%。但是2018年明显比2017年上升8.74%。并且18年的去除率是BAF池单独对氨氮的去除,而2017年的去除率是生化气浮和BAF池整体对氨氮的去除。

针对BAF池去除率较低的问题,主要通过加强精细管理来达到优化的目的:①在反洗和曝气量方面加强管理,加强班组对曝气量的理解和掌控,以及如何调节曝气量等知识点的培训;②根据进出水水质情况,调整BAF池的反洗周期;③针对反洗过程中的气洗、水洗、气水联合清洗等环节,每个环节结合水质指标及镜检情况,优化反洗各阶段的强度和时长,达到最佳的清洗效果。

从图9可知:2017年BAF池的入口COD使用的是曝气池出口COD,所以2017年BAF池对COD的去除相当于生化气浮和BAF池两个装置的共同作用下,统计的COD数据和去除率。2017年生化气浮和BAF池整体对COD的去除率保持在20%～70%。2018年BAF池对COD的去除率保持在10%～70%。BAF池跟脱氮DN池一样,属于污水处理场的末端装置,存在COD难以被生物利用的情况,会大大降低对COD的去除率。

污水处理场2017年污水处理水量平均值272 m³/h,而2018年污水处理场处理水量平均值285 m³/h。污水厂2017年外排COD均值是26.36 mg/L,氨氮均值5.24 mg/L。污水处理场2018年外排COD均值是27.46 mg/L,氨氮均值0.46 mg/L。图10是2017年、2018年外排COD、氨氮趋势。图11是2017年与2018年污水处理场COD、氨氮去除率对比。

以宁夏石化公司炼油厂污水处理场SBR短程反硝化、MBBR、IRBAF、AO等生化类核心工艺为研究对象,通过可控的,量化的反应条件,研究某种指定状态下生化反应本质上的变化,以及由此产生的水质上具有较强映射性的结果。通过记录反应条件,生物活性,水质指标等数据,形成数据库,从而总结具有明确数据化的规律、趋势和对应性,用于指导精细化操作,最终达到生产状态可预判,事故原因可明判,处理手段精准化,从而达到每道工序受控,每道工序指标稳定达标,减少外排超标风险。