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汙泥回流比對2段進水A/O工藝處理重油加工汙水效

文章出處:濟南能華 人氣:发表时间:2018-10-17 17:49

  氮是石油中的主要杂原子元素,含量约在0.1%~0.6%,主要以有机氮的形态存在。在石油炼制过程中,这些有机氮化物会转化成无机氮,溶解到水相中形成含氮污水。石油炼制污水总氮处理负荷一般在60~80 mg·L−1,其中氨氮70%~90%,硝态氮5%~15%,有机氮5%~10%,亚硝态氮含量很低。绝大多数石油炼制企业污水脱氮采用传统的A/O工艺,排水总氮浓度30~40 mg·L−1,基本满足《石油炼制工业污染物排放标准》(GB 31570-2015)总氮排放限值要求。但是,随着国家对环保工作重视程度的提高,污水总氮的排放标准越来越严,尤其是我国部分地区已执行总氮小于15 mg·L−1或10 mg·L−1排放限值要求,未来石油炼制企业污水处理领域总氮提标将是大势所趋。如何利用现有污水处理的硬件设施,通过制定科学的设计参数和运行参数,简单地改变工艺运行条件,进行原位强化总氮深度脱除,是当前研究的重要任务。分段进水A/O生物脱氮工艺无需硝化液内循环,污泥、污水、污染物停留时间长,碳源利用率高,脱氮效率高,相比于传统的A/O工艺,更有利于有机污染物和氮污染物的深度脱除。从机理上分析,分段进水A/O工艺会适用于优质碳源较低、有机污染物和氮污染物处理负荷较大的石油炼制污水处理,但是相关的研究报道较少。因此,本研究以石油炼制污水处理领域达标难度最大的重油加工污水为研究对象,基于传统的A/O脱氮工艺设计参数,构建了以2段进水A/O工艺为主体的生化脱氮工艺和参数,并在现场开展了侧线实验研究,考察了污泥回流比r值对系统的脱碳、脱氮能力的影响,以期为重油加工污水氮与碳协同深度达标提供依据。

  1 材料与方法

  1.1 材料和仪器

  實驗汙水:某典型重油加工企業汙水場水解酸化裝置出水,實驗期間進水COD、TN、氨氮、硝態氮、有機氮均值分別爲379、60、51、6.0、1.5 mg·L−1。

  器材及儀器:紫外分光光度計,L6,上海儀電分析儀器有限公司;TN/TOC分析儀,TOC-L,島津;可見分光光度計,7230G,上海精科儀器有限公司;便攜式水質分析儀,U-50,日本HORIBA;電熱恒溫鼓風幹燥箱,101-0A,上海葉拓。

  1.2 分析项目及方法

  COD分析参照GB/T 11914-1989中的方法,NH4+−N分析参照HJ636-2012中的方法,NO3−−N分析参照HJ/T 346-2007中的方法,MLSS和SVI的测定方法参照文献中的方法。TN采用岛津TOC-L分析仪测定,DO、温度采用HORIBA U-50分析仪测定。

  1.3 实验条件及方法

  實驗工藝及設備:模擬現場硬件設施,根據前期研究成果,構建現場側線實驗工藝,如圖1所示。2段進水A/O反應器總有效容積爲2 160 L,各段容積比爲VA1:VO1:VA2:VO2=1:2.6:1.4:2.2,其中好氧池均分成3個格室,沈澱池有效容積150 L,BAF池有效容積150 L。3台隔膜計量泵分別控制進水及汙泥回流,空壓機爲好氧格室曝氣,機械攪拌器爲缺氧區提供攪拌。A1in和A2in分別爲反硝化單元的進水采樣點,A1、A2、O12、O13、O22、O23的采樣點均在相應單元出水側液面下10 cm處,O11和O21在出水側距池底20 cm處設置的取樣口采樣。

  图1 2段进水A/O生物脱氮工艺流程图

  实验装置启动及运行:取某重油加工企业处理场CASS池活性污泥1.5 m3,接种到2段进水A/O工艺,控制实验温度为(33±2) ℃,进水流量720 L·d−1,2段进水A/O反应器水力停留时间72 h,污泥沉淀池停留时间为5 h。按照前期研究成果,2段进水A/O反应器工艺参数:流量分配比系数a1为0.7,a2为0.3,缺氧段采用20 r·min−1低速搅拌控制溶解氧在0.2~0.4 mg·L−1,好氧段控制溶解氧在3.5~4.5 mg·L−1,污泥回流比r值1.0,定期排泥控制泥龄25~30 d,两级A/O无硝化液回流。装置运行至第7天,出水水质稳定在总氮质量浓度20~24 mg·L−1,COD质量浓度50 mg·L−1,NH4+−N质量浓度低于1 mg·L−1,完成启动稳定3 d开始实验。改变污泥回流比r值(0.60、0.75、1.0、1.25、1.50),考察不同r值下对系统运行条件及处理效果的影响,每隔7 d改变一次污泥回流比,共计35 d,污泥回流比r值在不考察时以1.0运行。

  2 结果与讨论

  2.1 污泥回流比对运行条件的影响

  2.1.1 对各段水力停留时间的影响

  不同汙泥回流比下各段的HRT變化如表1所示。當回流比加大,各段的汙水水力停留時間在減少,同時汙水的汙染物濃度也在稀釋。回流比較低的時候,增加回流比,汙水的停留時間可以滿足活性汙泥對汙染物的去除速率,那麽回流比越大,去除效果越好。但是當回流比較高的時候,汙水的停留時間過短,汙染物還沒有完全降解就會被排出裝置外,所以汙泥的回流比存在一個最佳的操作區間。

  表1 不同污泥回流比下各单元的水力停留时间的变化

  2.1.2 对各段MLSS的影响

  汙泥回流比對各段MLSS的影響如圖2所示。回流比過低,汙泥濃度會偏高,HRT延長,汙泥處理負荷會降低,最終導致活性汙泥性狀變差;回流比過高,汙泥濃度會偏低,HRT縮短,汙染物的降解效果會變差。對比第1段和第2段發現,回流比對第1段的活性汙泥濃度影響更大。活性汙泥回流過高,大量的非反硝化型異養菌可能會和反硝化菌在A1段競爭碳源底物,降低反硝化效率;同樣在O1段,大量的異養菌的存在,可能會抑制硝化過程,不利于氨氮的氧化。

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  图2 污泥回流比对各段MLSS的影响

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  2.1.3 对沉淀池活性污泥沉降指数的影响

  汙泥回流比r值的改變會影響沈澱池水力負荷和汙泥負荷。實驗期間活性汙泥的SVI在110~125 mL•g−1,考察r值對沈澱池活性汙泥沈降指數的影響,結果如圖3所示。r值從0.60增大到1.50,沈澱池活性汙泥沈降指數略有小幅升高,但是汙泥沈降性能依然良好。這一現象與王偉等在研究汙泥回流比對分段進水A/O工藝處理生活汙水的影響的過程中得出的結論基本一致,即在系統汙泥沈降性能較好時,r值對二沈池泥水分離效果影響不大。

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  图3 污泥回流比对活性污泥沉降指数的影响

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  2.1.4 对反硝化区溶解氧和回流能耗的影响

  汙泥回流比r值的增加會引起反硝化區A1和A2的溶解氧濃度的小幅增加(數據未列出)。A1區的溶解氧由均值0.22 g·L−1增加到0.31 mg·L−1左右,A2區的溶解氧由均值0.27 g·L−1增加到0.34 mg·L−1左右。分段進水工藝從源頭上避免了硝化液的回流,利于反硝化區域的溶解氧控制。且由于硝化液回流量的減少,相應的電耗也可以得到消減,根據通用的潛水排汙泵能耗核算,每減少100 m3的硝化液回流,可以減少約7~11 kWh的電耗。以1個年加工量1 000萬t的煉廠爲例,按每加工1 t原油産生汙水量0.50 m3計算,如果不回流硝化液1年可以節約電耗35萬~55萬 kWh。

  2.2 污泥回流比对处理效果的影响

  2.2.1 对COD去除效果的影响

  r值的改變對COD去除效果的影響結果見圖4。2段進水A/O工藝對重油加工汙水中的有機汙染物取得了良好的去除效果,r值的變化對有機汙染物的去除最終效果影響較小。第1段A/O單元完成了對70%有機汙染物負荷的快速降解,第2段A/O單元完成了剩余30%有機汙染物負荷以及降解周期較長的有機汙染物的深度降解,裝置出水COD在48~51 mg·L−1。

  图4 污泥回流比对COD去除效果的影响

  對比r值變化對第1段和第2段A/O工藝中有機汙染物降解的影響,發現r值變化對第1段A/O影響較大。r值越大,A1進水的有機汙染物濃度因水量稀釋越低,但是隨著反應的進行,影響越來越小,說明2段進水A/O系統對水量負荷有較好的適應能力。相比于傳統的A/O工藝(硝化液回流比1~2),無硝化液回流的分段進水工藝,有機汙染物的停留時間延長了近50%,利于對重油加工汙水中降解周期較長的有機汙染物的深度降解。

  2.2.2 对TN去除效果的影响

  回流比對2段進水A/O工藝的TN去除效果影響見圖5。r值0.60~1.50對應的O13出水TN分別爲23.8、20.1、17.7、16.5、18.8 mg·L−1,去除率分別爲61.61%、67.58%、71.45%、73.38%、69.67%。r=1.0和r=1.25時,2段進水A/O工藝取得了70%以上的總氮去除率,在未投加碳源和未進行硝化液回流的條件下,脫氮率已經略高于常規的A/O生化脫氮工藝,說明該工藝適用于低碳氮比重油加工汙水脫氮。理論核算脫氮率,如果A1和A2單元都實現完全反硝化,r值0.60~1.50對應的脫氮率在80%~88%,與實際脫氮率對比發現,TN去除率還有近20%的提升空間。具體聯系或參見更多相關技術文檔。

  图5 污泥回流比对总氮去除效果的影响

  2.2.3 对氨氮去除效果的影响

  汙泥回流比對氨氮的處理效果的影響見圖6。在r值由0.60增大到1.50的過程中,2段進水A/O工藝側線中試裝置在短期內基本保障了氨氮的高效去除,出水氨氮均小于1 mg·L−1,去除率均達到了98%以上。但是,對于各段氨氮出水水質分析發現,回流比過低和回流比過高都不利于對氨氮的去除,r=1.0和r=1.25時,各段的硝化效果較好,且r=1.0的硝化效果略好。

  图6 污泥回流比对氨氮去除效果的影响

  分析第1段A/O的脫氨效果,隨著回流比的增加,A1的氨氮濃度因爲稀釋原因明顯降低。當r=1.50時,A1的進水氨氮濃度最低,但是隨著O1好氧降解時間的延長,氨氮濃度開始高于回流比爲0.75、1.0、1.25條件下的出水氨氮濃度,說明在此條件下,O1的氨氮氧化能力在下降,其原因主要是回流引起的汙泥濃度降低和汙水停留時間減少所致。當r=0.60時,相同的進水氨氮處理負荷,O1汙泥濃度最高,氨氮汙染物停留時間最長,但是O1出水氨氮濃度也高于r值爲0.75、1.0、1.25條件,表明硝化過程受到了抑制,分析原因可能是自養硝化細菌與異養菌存在競爭關系,並處于劣勢。分析第2段A/O的脫氨效果,回流比的增加對第2段氨氮的去除效果影響並不明顯,A2進水的氨氮濃度升高主要是第1段A/O未完全硝化的氨氮所致。

  2.2.4 对硝态氮去除效果的影响

  如圖7所示,在r值從0.60增大到1.25的過程中,增大回流比有助于提高系統的硝態氮的去除效果。O23在r=1.50時,O23出水硝態氮突然升高,主要原因是回流比過大,導致O13出水存在未完全降解的氨氮,在O23氧化成硝態氮。分析各段出水硝態氮質量濃度發現,回流比過低和回流比過高都不利于對硝態氮的去除,r=1.0和r=1.25時,系統的反硝化效果較好,且r=1.25的反硝化效果最好。

  图7 污泥回流比对硝态氮去除效果的影响

  分析第1段A/O的脫硝效果,A1單元在r由0.60增加到1.50的過程中,A1硝態氮去除量在逐漸增加,在r=1.50時達到最大值,爲0.75 g·h−1,說明A1的反硝化效能沒有得到充分利用,可以適度增加A1硝酸鹽處理負荷,以充分利用第1段缺氧區反硝化能力。研究還發現,較低的回流比會導致汙泥濃度過高,會對反硝化段的碳源産生惡性的競爭,r=0.60時,A1的CCOD降/CN降(降解COD與降解硝態氮的質量濃度比值)爲3.69,硝態氮去除量爲0.51 g·h−1,而r=1.0時,A1的CCOD降/CN降爲3.43,硝態氮去除量爲0.62 g·h−1,就證明了這一點。

  分析第2段A/O的脫硝效果,A2單元在r值從0.60增大到1.5的過程中,硝態氮去除量基本沒有變化,出存在殘留硝態氮7.78~11.0 mg·L−1,主要原因是A2反硝化碳源不足。核算A2的CCOD降/CN降,r=0.60時,A2的CCOD降/CN降=3.39;r=1.0時,A2的CCOD降/CN降=3.27。A2單元的CCOD降/CN降的變化趨勢與A1基本一致,表明在A2單元同樣存在碳源競爭。但是相比A1單元,A2的CCOD降/CN降值略低,說明A2單元碳源利用率更高。

  3 结论

  1)2段進水A/O工藝中,汙泥回流比從小增大時,會增加系統的水量負荷,導致汙水、汙泥、汙染物的停留時間縮短,減少系統對進水中汙染物的降解時間。

  2)在一定範圍內提高汙泥回流比,可以提升系統硝化和反硝化效果,尤其是第1段缺氧區硝酸鹽氮去除的量會明顯增加,但當汙泥回流比過高時,系統硝化、反硝化效果會明顯降低,最大汙泥回流比不宜超過1.25。

  3)相對于傳統的A/O工藝,分段進水A/O工藝汙染物的停留時間更長,更有利于汙水中降解周期較長的有機汙染物的去除。

  4)为进一步提高2段进水A/O工艺脱总氮效果,可以考虑增加第1段A/O内循环硝化液回流比,补充A2单元所缺碳源。(来源:环境工程学报 作者:李长刚)

此文關鍵字:汙泥回流比對2段進水A/O工

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