含油污水LINPOR單元氨氮處理工藝及應(yīng)用研究

江 臣

（中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化公司研究院，新疆 獨山子 833699）

0 引言

某廠2#凈化水含油污水處理后作為循環(huán)水補水進行使用，故水質(zhì)控制指標(biāo)需要達(dá)到循環(huán)水補水相關(guān)管理要求，其中氨氮含量是一個重要指標(biāo)，氨氮對水質(zhì)系統(tǒng)的危害有：（1）發(fā)生硝化反應(yīng)生成大量酸，對系統(tǒng)管材特別是銅質(zhì)管材會造成較大腐蝕；（2）會與氧化性殺菌劑發(fā)生反應(yīng)，影響氧化性殺菌劑殺菌效果；（3）促進微生物繁殖，在換熱器表面形成生物粘泥，影響換熱效果。目前車間含油污水氨氮控制主要是通過生化處理單元LINPOR池進行處理，出水氨氮含量控制指標(biāo)為≤1mg/L，但目前實際運行期間含油LINPOR池出水氨氮含量為10mg/L左右，而含油污水在經(jīng)過生化處理后需作為中水回用至乙烯廠循環(huán)水系統(tǒng)中，故為降低含油污水處理[1]后氨氮含量對循環(huán)水系統(tǒng)的影響，需要對某廠含油污水處理工藝及LINPOR池相關(guān)控制參數(shù)、方法及運行情況等方面進行分析，查找含油LINPOR池出水氨氮含量高的原因，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)工藝技術(shù)對處理方法進行優(yōu)化，采取相關(guān)措施降低含油LINPOR池出水氨氮。

1 LINPOR生化處理工藝原理及特點

LINPOR工藝[2]是德國林德公司開發(fā)的一種活性污泥法改進工藝，由傳統(tǒng)活性污泥法衍生而來，LINPOR工藝是應(yīng)用多孔聚氨脂海棉（填料）作為微生物可動載體的一種活性污泥技術(shù)，是基于原有污水處理裝置曝氣系統(tǒng)活性微生物的原理，將特殊多孔聚氨脂填料填入曝氣池中，填料由池中特殊設(shè)計的隔網(wǎng)攔住，活性污泥在填料表面及內(nèi)部生長，該工藝的核心是LINPOR載體（多孔懸浮泡沫塊），根據(jù)不同的需求和功能可分為以下三種：

LINPOR-C工藝：主要用于除去污水中含碳有機物，在無氧的條件下，由兼性菌及專性菌降解有機物，最終產(chǎn)物是二氧化碳和甲烷氣。

LINPOR-N工藝：主要用于除去污水中含氮污染物，通過好氧菌和厭氧菌共同作用，達(dá)到去除氨氮的目的。

LINPOR-C/N工藝：用于同時去除碳和氮的污染物。

某廠采取的是LINPOR-N工藝，該工藝生物脫氮包括硝化和反硝化兩個反應(yīng)階段（現(xiàn)階段降解氨氮主要為第一部分：硝化反應(yīng)）。第一步是氨化作用，即水中的有機氮在氨化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化成氨氮。第二步是硝化作用，即在供氧充足的條件下，水中的氨氮首先在亞硝酸菌的作用下被氧化成亞硝酸鹽，然后再在硝酸菌的作用下進一步氧化成硝酸鹽。

硝化階段是利用亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌將污水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸根，這兩種菌屬于化能自養(yǎng)型微生物，為革蘭氏陰性細(xì)菌，能利用簡單的無機物如二氧化碳為碳源合成自身物質(zhì)，反應(yīng)過程如下：

總反應(yīng)式：

反硝化階段是利用反硝化細(xì)菌將硝酸根轉(zhuǎn)化為N2，反硝化細(xì)菌屬于異氧型，需要有機碳源，才能合成自身物質(zhì)，反應(yīng)過程如下：

2 LINPOR生化處理工藝控制要點

硝化菌由于次代周期長，且對環(huán)境極其敏感[3]，如果環(huán)境條件不正常，會影響硝化菌的生命活動，使其發(fā)生變異或死亡，失去活性，很快會出現(xiàn)出口的氨氮比進口的高。影響硝化菌活性的環(huán)境條件主要包括以下幾方面：

2.1 溫度

適宜的溫度，能夠促進、強化微生物的生理活動。溫度不但影響硝化菌的比增長速率，而且影響硝化菌的活性。硝化菌、反硝化菌的生長周期長，且對環(huán)境的變化非常敏感，硝化菌的適宜溫度是20～30℃，反硝化菌的適宜溫度是20～40℃，溫度低于15℃時，這兩類細(xì)菌的活性均降低，5℃以下時完全停止，水溫超過30℃，硝化反應(yīng)就會被抑制，超過37℃時明顯減弱。

2.2 溶解氧

DO濃度是影響硝化一反硝化的一個主要的限制因素，通過對DO濃度的控制，可使生物膜的不同部位形成富氧區(qū)或缺氧區(qū)，硝化反應(yīng)必須在好氧條件下進行，所以溶解氧的濃度也會影響硝化反應(yīng)速率，當(dāng)DO質(zhì)量濃度在2mg/L以上時，DO對LINPOR硝化效果的影響不大，氨氮的去除率可達(dá)97%～99%，出水氨氮都能保持在1.0mg/L以下；DO質(zhì)量濃度在1.0mg/L左右時，氨氮的去除率在84%左右，出水氨氮濃度有明顯上升。另外，曝氣池內(nèi)DO也不宜過高，溶解氧過高能夠?qū)е掠袡C污染物分解過快，從而使微生物缺乏營養(yǎng)，活性污泥易于老化，結(jié)構(gòu)松散。一般建議硝化反應(yīng)中溶解氧的質(zhì)量濃度大于2mg/L。

2.3 pH值

微生物的生理活動與環(huán)境的酸堿度密切相關(guān)，只有在適宜的酸堿度條件下，微生物才能進行正常的生理活動。在硝化反應(yīng)中，每氧化1g氨氮需要7.14g堿度（以碳酸鈣計），如果不補充堿度，就會使pH值下降。pH值過大的偏離適宜數(shù)值，微生物的酶系統(tǒng)的催化功能就會減弱，甚至消失。pH值的變化對硝化菌活性影響十分明顯，硝化反應(yīng)的最佳pH值范圍為6.8～8.0，低于6和高于10.6時，硝化反應(yīng)將停止。

2.4 停留時間

合適的水力停留時間（HRT）是確保凈化效果和工程投資經(jīng)濟性的重要因素，水力停留時間的長短將直接影響到LINPOR池中有機物與生物膜的接觸時間，進而影響微生物對有機物的吸附和降解效率。硝化細(xì)菌為自養(yǎng)菌，生長速度緩慢，世代時間較長。為保持硝化菌及反硝化菌群在微生物中的比例以及對氨氮的降解效率，必須保證停留時間（HRT）大于硝化細(xì)菌最短的世代時間，即確保大于污泥齡（SRT）時間。但也不易過長，過長易導(dǎo)致污泥老化，硝化系統(tǒng)失效。

2.5 菌種的活性

在污水生化處理過程中，影響總氮去除率大小的一個關(guān)鍵因素是菌種，如氨化細(xì)菌可以利用有機物獲取能量并進行生長代謝，且其在好氧和缺氧環(huán)境都可生長；硝化菌主要參與系統(tǒng)中亞硝酸鹽被氧化為硝酸鹽的過程；反硝化菌主要參與系統(tǒng)中硝酸鹽及亞硝酸鹽被還原的過程，是生化系統(tǒng)中硝酸鹽氮去除的主要功能菌。傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)中要求反硝化過程嚴(yán)格遵循在缺氧環(huán)境下進行，而近年來不斷有新菌株被發(fā)現(xiàn)，如高效反硝菌IDN-DNB，采用特異性環(huán)境馴化的方法，優(yōu)選出了多株抗極端條件的菌種，具有優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)能力，結(jié)合高效脫氮設(shè)備HDN-FT能夠在大部分污水中進行反硝化作用，實現(xiàn)了不同環(huán)境中總氮的完全去除，同步去除有機物。隨著污水生化技術(shù)的發(fā)展，馴化選擇具有高效脫氮、環(huán)境適應(yīng)能力更強、活性更好的特定的微生物，是高效脫氮技術(shù)生化處理的核心。

2.6 生物填料

LINPOR工藝是移動床生物膜反應(yīng)器工藝的一種，該工藝的核心是LINPOR載體（微孔泡沫塑料立方體），微生物通過附著在填料上來處理污染物，對載體孔隙度、均勻度、吸濕度以及機械、化學(xué)和生物穩(wěn)定性有很嚴(yán)格的要求，且要求合適填充率方能保證系統(tǒng)最佳工藝性能,使裝置無故障運行，有較長的使用壽命，

2.7 抑制物質(zhì)

凡對活性污泥中微生物生長有阻礙作用，并對微生物的活性有抑制性的物質(zhì)都屬于有害物質(zhì)，對硝化反應(yīng)的抑制作用主要有兩個方面：一是干擾細(xì)胞的新陳代謝，二是破壞細(xì)菌最初的氧化能力。如殺菌劑、消毒劑、除草劑及殺蟲劑等，流入曝氣槽，會造成活性污泥的解體，故污水中容許濃度不大于0.5mg/L；含有硫化物及SO2的污水因厭氧作用散出H2S，容易造成污泥解體，故污水中容許濃度不大于3mg/L；過高濃度的氨氮、重金屬、有毒物質(zhì)以及有機物。

3 LINPOR工藝處理異常原因分析及優(yōu)化研究

自2018年以來，含油污水生化處理氨氮除去效果越來越差，導(dǎo)致回用的中水對循環(huán)水系統(tǒng)影響越來越明顯，為降低回用中水對循環(huán)水系統(tǒng)的影響，提高循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施的使用壽命，減少污水外排量，需盡快恢復(fù)含油LINPOR池生物除氨氮效果。

對照林德公司LINPOR池運行技術(shù)指導(dǎo)資料中氨氮升高的原因進行對比分析，主要故障表現(xiàn)為沒有硝化反應(yīng)或硝化反應(yīng)弱，對照影響硝化反應(yīng)的因素進行分析如表1所示。

由表1可知引起LINPOR池出水氨氮升高的主要因素有菌種活性、生物填料及抑制行物質(zhì)，現(xiàn)對以上影響因素進行分析并采取相應(yīng)措施如下：

表1 LINPOR池出水氨氮升高原因分析表

3.1 菌種活性

含油系列污水中氨氮平均監(jiān)測值約20mg/L，除氨氮主要單元為純氧曝氣池何LINPOR生化處理池，經(jīng)過純氧曝氣池氧化處理后進入LINPOR池進行生化除氮，使最終出水氨氮滿足≤1mg/L的控制指標(biāo)。

由圖1可知，自2018年1月開始，含油系列污水氨氮處理開始出現(xiàn)異常，并導(dǎo)致最終除氨氮率遠(yuǎn)低于設(shè)計值97%。

圖1 含油污水各處理單元氨氮測量值圖

現(xiàn)場取含油系列活性污泥進行鏡檢實驗，結(jié)果如圖2所示。

圖2 含油系列活性污泥鏡檢圖

圖5 不同摻比的P2線污水對含油活性污泥的抑制影響變化曲線圖（綠、紫、粉、藍(lán)、紅分別為空白、25%、50%、75%、100%）

圖6 含油活性污泥微生物在不同摻比的P2線污水下鏡檢圖（總左至右分別為空白、25%、50%、75%、100%）

制性較大的污水點源進行重點管控，通過控制摻比量、加大稀釋度、工藝改進等方法降低污水對生化系統(tǒng)的沖擊影響，使微生物在適宜的生長環(huán)境內(nèi)穩(wěn)定繁殖，確保微生物的生化活性。

通過對廠區(qū)內(nèi)所有的含油污水點源進行排查分析，將各含油污水點源進行分級管控，如表2所示，針對微生物活性抑制性較大的三級污水點源進行了重點管控，同時優(yōu)化管理制度加強對各污水點源隨機抽查力度及頻次。

表2 含油污水點源分級管控表

3.4.4 調(diào)節(jié)處理負(fù)荷

為防止因含油污水流量及相關(guān)污染介質(zhì)對生化處理單元的沖擊，需控制污水處理負(fù)荷。

根據(jù)污水生化處理設(shè)計處理量，生化污水的處理量為≯600m3/h，而通過氨氮處理量實驗分析，含油生化處理單元實際處理氨氮能力為≯9kg/h，故需要加強對含氨氮污水排放的管理。

由表3可知，對含油污水系列外排污水含氨氮的主要裝置進行統(tǒng)計分析，要控制氨氮來源，降低對含油生化系列除氨氮系統(tǒng)的沖擊，需加強對50萬原油罐區(qū)、60萬原油罐區(qū)、煉油新區(qū)硫磺回收及煉油老區(qū)單塔汽提裝置外排污水的管控，一方面采取措施降低外排污水中氨氮的含量；另一方面降低外排污水的量，確保系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

表3 含油系列含氨氮污水裝置統(tǒng)計表

4 效果分析

如圖7所示，通過對含油系列污水處理單元異常原因的分析并采取相關(guān)處理措施后，含油污水處理單元生化處理系統(tǒng)得到恢復(fù)，氨氮處理也達(dá)到指標(biāo)控制要求。

圖7 含油系列氨氮處理效果圖

5 結(jié)語

（1）含油污水氨氮處理異常的主要原因是因污水點源含有抑制性物質(zhì)，受抑制性物質(zhì)的沖擊及生產(chǎn)負(fù)荷等因素的影響，導(dǎo)致菌種活性降低，部分微生物失活或沖擊流失，另一方面由于填料使用時間較久，導(dǎo)致填料比表面積降低，影響了微生物附著和生長，導(dǎo)致生化處理能力降低；

（2）通過對選擇培育適應(yīng)性更強、活性更大的菌種，實時補充新填料，對污水點源進行分級管理，并控制生產(chǎn)負(fù)荷，加強對重點排污點的管控，可有效防止污水對生化處理單元的沖擊，確保生化單元對污水中污染物的處理能力。