隔离曝气生物滤池预处理炼油废碱水谢文玉2

第22卷第3期高校化学工程学报No.3Vol.222008年6月JournalofChemicalEngineeringofChineseUniversitiesJune2008文章编号：1003-9015(2008)03-0484-07隔离曝气生物滤池预处理炼油废碱水谢文玉1,2,钟理1,陈建军3,廖艳2,钟华文2(1.华南理工大学化学与化工学院,广东广州510640;2.茂名学院化工与环境工程学院,广东茂名525000;3.苏州大学化学化工学院,江苏苏州215123)摘要：炼油废碱水是石油炼制过程中产生的一种含有大量硫化物、酚类和石油类等污染物的高浓度碱性污水。采用新型的两级隔离曝气生物滤池工艺，对中和后的炼油废碱水进行了生物预处理试验。研究了不同气水比、水力停留时间(HRT)和反冲洗周期等对污水中硫化物、挥发酚、COD和石油类等污染物处理效果的影响，并观察到了高活性的生物膜。试验结果表明：当污水流量为0.5~0.6m3⋅h−1、pH为6.5~8，单级反应器HRT为3~4h、DO为1.5mg⋅L−1以上，进水硫化物质量浓度不大于500mg⋅L−1、挥发酚质量浓度不大于400mg⋅L−1、COD质量浓度不大于2000mg⋅L−1和石油类质量浓度不大于120mg⋅L−1时，炼油废碱水经两级生物处理后，出水硫化物和石油类的平均质量浓度分别为2.71和8.88mg⋅L−1，挥发酚和COD的平均质量浓度分别为29.3和326mg⋅L−1，硫化物、挥发酚、COD和石油类平均去除率分别达到98.9%、85.1%、75.4%和89.8%，COD和硫化物的平均去除负荷分别达到5.44和1.74kg⋅m−3⋅d−1。隔离曝气生物滤池是一种高效、低成本的炼油废碱水预处理方法，具有良好的应用前景。关键词：炼油厂；废碱水；隔离曝气生物滤池；生物预处理中图分类号：X703.1；TE685.3文献标识码：APretreatmentofAlkalineWastewaterfromOilRefineryUsingIsolatedBiologicalAerationFilterXIEWen-yu1,2,ZHONGLi1,CHENJian-jun3,LIAOYan2,ZHONGHua-wen2(1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China;2.CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering,MaomingUniversity,Maoming525000,China;3.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SuzhouUniversity,Suzhou215123,China)Abstract:Thealkalinewastewaterfromoilrefineryisahighconcentrationalkalinewastewater,whichcontainsalotofsulfide,phenolandoilpollutants.Anoveltwostageisolatedbiologicalaerationfilterwasusedforthebiologicalpretreatmentofthealkalinewastewaterafteritsneutralization.Duringtheexperimentalbiologicalpretreatmentprocess,thebiologicalmembranewithhighactivitywasobserved,andthefactorsaffectingtheremovalofsulfide,volatilephenol,CODandoilpollutantsinthewastewater,suchastheair/waterflowratio,hydraulicretentiontime(HRT)andbackwashingcycle,wereinvestigated.Experimentalresultsshowthat,whenthewastewaterfeedflowrateis0.5~0.6m3⋅h−1withthepHof6.5~8,theHRTforsinglereactoris3~4h,theDOisabove1.5mg⋅L−1,theinfluentconcentrationsofsulfide,volatilephenol,CODandoilpollutantsarelessthan500,400,2000and120mg⋅L−1,respectively,aftertwostageisolatedbiologicalaerationfiltertreatment,theaveragemassconcentrationsofsulfide,volatilephenol,oilpollutantsandCODintheeffluentare2.71mg⋅L−1,29.3mg⋅L−1,8.88mg⋅L−1and326mg⋅L−1,respectively,andtheaverageremovalefficienciesofsulfide,volatilephenol,CODandoilpollutantsreach98.9%,85.1%,75.4%and89.8%,respectively.TheaverageremovalloadingratesofCODandsulfideare5.44kg⋅m−3⋅d−1and1.74kg⋅m−3⋅d−1,收稿日期：2007-07-27；修订日期：2008-01-05。基金项目：广东省科技计划项目(2005A40201002)作者简介：谢文玉(1970-)，女，四川泸州人，茂名学院副教授，华南理工大学博士生。通讯联系人：钟理，E-mail：[e-mail]第22卷第3期谢文玉等：隔离曝气生物滤池预处理炼油废碱水48512345678910→→→→→→图1炼油废碱水生物预处理工艺流程图Fig.1Schematicdiagramofbiologicalpretreatmentforalkalinewastewaterfromoilrefinery1.processairandbackwashingair2.backwashingwater3.neutralizationtank4.feedpump5.the1streactor6.the2ndreactor7.separationtankofsludgeandwater8.remainderairabsorber9.effluent10.returntoalkalinewastewatersystemrespectively.Itcanbeconcludedthatusingisolatedbiologicalaerationfilterisakindofhighefficiencyandlowcostpretreatmentmeanswhichhasagoodapplicationprospectforthepretreatmentofthealkalinewastewaterfromoilrefinery.Keywords：oilrefinery;alkalinewastewater;isolatedbiologicalaerationfilter;biologicalpretreatment1引言炼油废碱水是石油炼制过程中采用NaOH溶液吸收H2S和碱洗油品时产生的含有大量的硫化物、硫醇、酚类、石油类和环烷酸等有毒有害污染物的碱性污水，其pH在12以上。该废水具有毒性、腐蚀性和恶臭气味，成为炼油厂的主要恶臭污染源。目前国内大部分炼油厂对废碱水的处理是先采用CO2或硫酸中和后，再排入含油污水处理厂，高浓度的废碱水进入含油污水生化处理系统后，会抑制微生物的生长繁殖，严重时可使微生物大量死亡，从而影响污水处理厂的正常运行和总排废水的达标排放。根据“污污分流，分而治之”的污水分类治理策略，有必要对炼油厂高浓度废碱水进行预处理，以避免高浓度废碱水对污水生物处理系统的冲击，确保污水处理厂的正常运行。国内外对高浓度炼油废碱水常采用湿式空气氧化法(WAO)和化学处理法进行处理[1~5]，但是这些方法存在处理成本高、药剂费用大等问题[6]。曝气生物滤池是一种新型的好氧生物处理工艺[7]，它将生物处理和过滤2种处理过程合并在同一单元中完成[8]，具有较高的生物量、高的生物活性、占地面积小(约为活性污泥法占地的1/3)和无需设置二沉池等优点[9]，因此该工艺具有负荷大、处理效率高、出水水质好等特点。笔者所在的课题组对曝气生物滤池工艺的曝气方式进行了改进，采用了隔离曝气生物滤池新工艺，该工艺已成功用于炼油轻度污染废水和乙烯污水的处理[10~13]。本试验采用该工艺对炼油废碱水进行预处理，以便为炼油废碱水的治理提供技术依据。2试验材料与方法2.1试验用水某炼油厂废碱水，其排放量为50~70m3⋅h−1。该废水经隔油、CO2中和后的水质分析情况是：硫化物质量浓度范围70~750mg⋅L−1，平均质量浓度为230mg⋅L−1；挥发酚质量浓度范围50~420mg⋅L−1，平均质量浓度为150mg⋅L−1；石油类质量浓度范围30~250mg⋅L−1，平均质量浓度为80mg⋅L−1；COD质量浓度范围500~3000mg⋅L−1，平均质量浓度为2500mg⋅L−1；pH6.5~8。分析结果表明，该废水中的主要污染物是硫化物、酚类、石油类和COD等。废碱水的外观呈浅黄绿色，有时有乳化现象，其味恶臭，污染物基本以溶解态和胶体态存在于废水中。硫化物和硫醇硫等物质是造成其恶臭的主要原因，且硫化物和酚类等污染物具有毒性和腐蚀性，是国家严格控制排放的第二类污染物。2.2工艺流程及特点采用课题组自行开发的新型隔离曝气生物滤池两级生物处理反应器对某炼油厂经中和处理后的现场废碱水进行预处理，其试验工艺流程如图1所示。该两级生物反应器结构一致，其单级内径1200mm，高3000mm，由镍钢制成。内装国产陶粒填料，陶粒粒径为6~8mm，真密486高校化学工程学报2008年6月度1.50g⋅cm−3，孔隙率48.2%，高度2000mm，填料有效容积2m3，垫层由碎石组成，厚度200mm，在垫层底部设置反冲洗水和反冲洗气系统。在填料区设置4只曝气筒，其内径为200mm，在曝气筒底部设置曝气头。即采用隔离曝气技术，将生物反应器分为填料区和曝气区。在曝气筒内，由曝气实现废水的充氧和提升作用，曝气筒内的水在曝气的提升作用下形成自下而上，填料区自上而下的大水流循环，使被处理的废水不断经过曝气充氧-反应降解过程。该工艺的突出特点在于：(1)采用了高性能的陶粒填料作为微生物生长的载体。这种球形陶粒由无机材料烧结而成，机械和化学性能好，表面粗糙，微孔发达，比表面积大，适宜于微生物的附着、固定和生长，是微生物生长的理想载体，能够获得较高的生物量，因而具有较强的生物降解能力；(2)采用了独特的隔离曝气技术，避免了直接曝气方式对滤料的冲刷，能够有效地防止硫细菌和噬酚菌等微生物的流失，保护了生物相的完整性。同时使整个生物床内的填料都能形成高活性的生物膜，达到对污染物进行高效处理的目的。2.3挂膜驯化生物反应器采用自然挂膜和接种挂膜相结合的方式。试验开始时采用自然挂膜的方式，将两级反应器注满原水，关闭进水阀，闷曝，利用废碱水中原有的少量硫细菌等微生物菌种进行挂膜驯化。原水呈浅黄绿色，由于含有硫化物和硫醇硫等污染物而散发出强烈的恶臭气味，曝气3d后反应器中的水呈乳白色，恶臭完全消失，略带硫磺味，此时开始以较小的流量进水，最终保持进水为0.5m3⋅h−1。7d后一级反应器中的硫化物的去除率达到90%