黄全晶 金 燕 任世科

（1.兰州石化公司环境监测与管理部 甘肃 兰州 730060；2.兰州石化公司研究院 甘肃 兰州 730060）

0 前言

兰州石化公司污水处理厂工业污水处理装置承担着公司工业污水和本地区部分生活污水的处理任务，所处理的工业污水中含有大量的有毒有害物质。该水体系统污染物的浓度高、种类多、可生化性差，所以处理的难度也较大。其中的污染物种类将近四十种，难以生物降解或不可生物降解的污染物种类有二十余种，属于典型的难降解工业污水体系。同时，由于污水中含有硫化物、胺、酚、氰化物等抑制降解作用极强的毒性物质及其衍生物，使得污水处理厂原有的处理装置及处理工艺难以实现对出水各项指标的有效控制。

兰州石化公司污水处理厂原有的处理装置始建于上世纪六十年代初，由于其工艺技术（传统活性污泥法）落后，设备陈旧老化，已不能满足工业污水来水的水质条件要求。特别是原有的处理装置设计中未考虑脱氮等问题，使工业污水的出水COD值及氨氮值长期不能稳定达标。

我们参照国内外的成功经验，根据兰州石化公司工业污水水质的特点和排放要求，根据原有污水处理装置的实际情况，建立了一套中试装置，进行污水处理中试试验。并在此基础上，制定了污水处理系统改造的工艺路线，从而为装置改造的实施提供最佳的工艺技术参数。

1 原有工业污水处理装置不达标原因分析

通过对改造前工业污水处理装置的工艺运行情况和出水水质进行分析，我们认为影响污水出水COD值和氨氮值不达标的主要原因有以下几点：

1.1 工业污水污染物成份复杂

污水处理厂的工业污水来自于石化公司有机厂、公司合成橡胶厂、石化厂、化纤厂等多家企业，所以在污染物浓度、成份等方面存在着很大的波动。水体体系中影响COD值的污染物质种类繁多、性质各异，其中难以生物降解和不可生物降解的物质占有很大比例，这给污水处理增加了处理难度[1]。

1.2 工业污水可生化性差

该水体体系含有大量生物难降解物质，B/C值（可生化性指数）很低仅0.1～0.2，可生化处理性差，属于典型的难降解工业污水，这也是处理后出水COD值和氨氮值不达标的重要原因[2]。

1.3 工业污水有毒物质多

活性污泥处理系统的硝化过程受到许多毒性污染物的抑制，如硫化物、胺、酚、氰化物等。如果微生物暴露在同时存在几种毒性物质的环境条件下，毒性物质的抑制作用将比单种毒性物质的抑制作用更大（协同作用）。由于进入污水处理厂的工业污水中，包含多种毒性物质及其衍生物，致使微生物频繁中毒不能发挥降解作用。

1.4 原有工业污水处理工艺落后

原有的污水处理工艺采用传统的活性污泥法，只能进行简单的降解处理，没有考虑对氨氮的去除，致使工业污水及生活污水进水中的氨氮得不到有效去除，这也是致使氨氮排放长期超标的重要原因。

2 工业污水处理组合工艺

2.1 工业污水处理组合工艺的设计

根据兰州石化公司工业污水的特点及原有污水处理装置存在的问题，为取得工业污水最佳的处理工艺及运行参数，根据原有污水处理厂的运行情况，经过反复讨论论证，初步决定采用“水解+A/O”工艺技术对原有的处理装置进行工艺及设备改造，并建立了相应的中试装置。工业污水处理组合工艺中试装置示意图如图1所示。

图1 工业污水处理组合工艺中试装置示意图

2.2 工业污水处理组合工艺基本原理

（1）工业污水处理组合工艺水解工艺原理

所谓水解工艺就是利用水解和产酸微生物，将污水中的大分子和不宜生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物，包括颗粒性固体的降解和溶解性固体的降解，使得污水在后续的好氧单元以较少的能耗和较短的停留时间下得到有效处理。

本技术所应用的水解池是把反应控制在厌氧的第二阶段，水解池除了将污水中的大分子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物，此外还具有悬浮物去除率高和悬浮物消化率高的特点。由于水解池是属于升流式污泥床反应器的技术范畴，污水由反应器底部进入反应器，通过污泥层（厚度约3米），大量含微生物的污泥将对进水中的颗粒物质和胶体物质迅速截留和吸附，这是一个物理过程的快速反应。截留下来的物质吸附在水解污泥的表面，一部分慢慢地被微生物分解代谢，另一部分排入污泥处理系统。在大量水解细菌的作用下将不溶性有机物水解为溶解性物质，同时在产酸菌的协同作用下，将大分子物质、难于生物降解的物质转化为易于生物降解的小分子物质，重新释放到液体中，在较高的水力负荷下随上清液流出系统。

可以看出，本技术的水解工艺集沉淀、吸附、生物絮凝、生物降解功能于一体，有机物在水解反应的去除中包括了物理、化学和生物化学在内的综合反应过程。

（2）工业污水处理组合工艺A/O法原理

本技术所采用A/O法就是采用生物降解的方法降解污水中的氨氮等污染物的过程。污水中的氮一般以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等四种形态存在。A/O法脱氮的基本原理是在传统二级生物处理中，在将有机氮转化为氨氮（氨化）的基础上，通过硝化和反硝化菌的作用，将氨氮通过硝化转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化作用将硝态氮转化为氮气，达到从污水中脱氮的目的。

含氮化合物在微生物的作用下，相继产生下列各项反应：

1）氨化反应：

有机氮化合物在氨化菌的作用下分解转化为氨态氮，这一过程称为“氨化反应”，以氨基酸为例，其反应式为：

RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3

2）硝化反应：

硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐氮的过程。包括两个基本反应步骤：由亚硝酸盐菌参与的将氨氮转化为亚硝酸盐的反应；由硝酸菌参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应。亚硝酸盐菌和硝酸菌都是化能自养菌。它们的生理活动不需要有机性营养物质，它们利用CO2、CO32-和HCO3-等作为碳源，通过无机物NH3、NH4+或NO2-的氧化还原反应获得能量。硝化反应过程需在好氧条件下进行。其反应过程如下：

亚硝化反应：NH4++O2+HCO3-→ NO2-+H2CO3+H2O+亚硝酸菌

硝化反应：NO2-+NH4++O2+H2CO3+HCO3-→NO3-+H2O+亚硝酸菌

总反应：NH4++O2+HCO3-→NO3-+H2CO3+H2O+微生物细胞

通过对上述反应过程的物料衡算可知，在硝化反应过程中，将1g氨氮转化为硝酸盐氮需耗氧4.57g，同时需耗7.07g碱度 （以CaCO3）。亚硝酸菌和硝酸菌分别增殖0.146g和0.019g。

3）反硝化反应：

反硝化反应是将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成氮气的过程。反硝化菌是属于异氧型兼性厌氧微生物，其反应需在缺氧条件下进行。反应过程中反硝化菌利用各种有机基质作为电子供体，以硝酸盐作为电子受体而进行缺氧呼吸。在反硝化反应过程中，硝态氮通过反硝化菌的代谢活动，有两种转化途径，一是同化反硝化（合成），最终形成有机氮化合物，成为菌体的组成部分；另一是异化反硝化（分解），最终产物是气态氮。

有机碳源以甲醇为例，其反应方程式如下：

NO3-+CH3OH+H2CO3→ N2↑+HCO3-+H2O+微生物细胞（有机体）

NO2-+CH3OH+H2CO3→N2↑+HCO3-+H2O+微生物细胞（有机体）

对上反应式通过物料衡算后可知，反硝化过程中每还原1gNO3-可提供2.6g的氧，消耗2.47g甲醇，同时产生3.57g左右的重碳酸盐（碱度以CaCO3计）和0.45g新细胞。

（3）工业污水处理组合工艺技术特点

工业污水处理“水解+A/O”组合工艺的技术特点如下：

1）效率高、能耗低：经过水解酸化反应的出水，水质得以改善，污水中有机物的数量及理化性质均发生了很大变化，提高了污水的可生化性，B/C值可提高0.1～0.15，使污水更适于后续的好氧处理，从而使净化过程效率高、能耗低。

2）减轻负荷：对于有机氮含量高的工业污水，通过水解过程可使氨化反应提前进行，减轻了后续好氧处理的工作负荷。

3）减少了耗碱量：由于反硝化产生的碱度可以补偿硝化反应所需的部分碱度，系统内的碱度更易于平衡，从而也减少了系统的耗碱量。

3 工业污水处理组合工艺中试试验

3.1 工业污水处理组合工艺中试试验过程

为了加快装置改造的进程，缩短微生物的驯化周期，直接用泵将原污水处理曝气池中混合液提至水解池，约3日后，水解池中积存了一些污泥（但此时的污泥并不是成熟的水解酸化泥），曝气池中的活性污泥浓度已达到3g/L。此时为了与原有污水处理厂保持一致的曝气停留时间，进水流量采用了3m3/h，开启污泥回流1.5m3/h，气水比为7：1.2。

针对在实验初期阶段暴露出来的一些问题，及时进行了调整，采取了给系统加温、在好氧段增加填料、曝气池分段等措施，使系统逐渐进入运行平稳期。

3.2 工业污水处理组合工艺中试试验结果

工业污水处理组合工艺中试经过3个月的微生物驯化及系统稳定期后，系统出水开始稳定，经兰州石化公司动力厂环保监测站对系统进出水质进行了3个月的跟踪监测，结果显示该工艺对各项污染物的去除效果显著，出水水质平稳，监测结果如下：

（1）COD降低效果：稳定运行期间出水完全达标，其中出水COD值≯100mg/L的数据结果为82个，占数据总数的83.7%，达到污水排放标准。

（2）氨氮去除效果：出水氨氮≯12mg/L的数据结果为78个，占数据总数的79.6%，达到污水排放标准。

4 结论

针对兰州石化公司工业污水的特点及原有污水处理装置存在的问题，根据“水解+A/O”工艺技术的基本原理，我们设计并建立了相应的工业污水处理组合工艺中试装置。试验效果显示：该工艺对各项污染物的去除效果显著，外排出水的pH值、COD值、悬浮物值、氨氮值等指标均能低于《污水综合排放标准》（GB8978-1996），可以在污水处理厂开展进一步的项目实施工作。

［1］何永江.几种杀菌剂在微生物控制方面的应用[J].工业水处理，2004，24(2)：61－63.

［2］周本省.循环冷却水系统中微生物引起的腐蚀和黏泥的控制[J].腐蚀与防护，2002，23(7)：301－304.