近年來(lái)隨著(zhù)我國石油化工行業(yè)的快速發(fā)展，石化廢水的排放量日益增多。由于石化廢水具有水量大、水質(zhì)成分復雜、難降解有機物濃度高等特點(diǎn)，若直接排放至水體，會(huì )對水體環(huán)境造成嚴重的污染。目前，石化廢水的處理方法主要為物理法、化學(xué)法和生物法，其中，利用微生物的生長(cháng)代謝將廢水中污染物質(zhì)去除的生物法由于成本低廉、處理量大等特點(diǎn)已逐漸成為廢水處理中的主流工藝。然而，由于廢水中難降解污染物質(zhì)的濃度高，采用單純的生化法已難以達到良好的降解效果�；诖�，研究重點(diǎn)考察了反硝化除磷COD降解技術(shù)對高濃度石化廢水降解過(guò)程的強化作用，以期為石化廢水的達標處理提供技術(shù)依據。
1、實(shí)驗材料與方法
實(shí)驗所用廢水取自中國石化揚子石化水廠(chǎng)，廢水pH值為5，COD為1000mg/L，氨氮為50mg/L，廢水的處理流程見(jiàn)圖1。
COD采用重鉻酸鉀法進(jìn)行測定，pH采用便攜式pH酸度儀測定，溶解氧采用哈希便攜式溶氧儀測定。
實(shí)驗所馴化的高效菌種均來(lái)源于水廠(chǎng)消化池污泥，待高效菌種馴化完成后，轉移至雙泥折流板反應器中，考察其對典型石化廢水的強化降解作用。折流板反應器的運行參數見(jiàn)表1。
2、菌種富集馴化
2.1 硝化菌富集馴化
硝化菌是一類(lèi)將含氮有機物進(jìn)行硝化后轉化為硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的微生物種群。實(shí)驗所需的硝化菌采用改良的Stephenson培養基，在SBR反應器中采用間歇進(jìn)水，快速排泥的方式富集。富集過(guò)程中pH控制在8左右，溶解氧控制在4mg/L以上，污泥濃度為4000～4500mg/L，6h為一個(gè)周期，采用進(jìn)水-曝氣（300min）-靜沉（30min）-排水的方式進(jìn)行。富集成功后，以活性纖維填料為載體啟動(dòng)快速掛膜實(shí)驗。掛膜成功后，硝化菌對系統內氨氮的去除情況見(jiàn)圖2。
由圖2可以看出，經(jīng)過(guò)30多天的富集馴化硝化菌基本富集成功，氨氮從進(jìn)水的27mg/L逐步到出水穩定在0.6mg/L，氨氮去除率高達97％。出水的硝態(tài)氮由剛開(kāi)始的0.35mg/L逐步增加到23.12mg/L，氨氮的硝化率高達85％。由此基本可以看出硝化菌富集成功，由于水樣的成分比較復雜，各指標波動(dòng)較大，為了能夠使所馴化的硝化菌能夠更好地在下階段轉移至反應器中取得更佳的效果，在現階段基礎上繼續富集30天。
2.2 反硝化聚磷菌的富集馴化
2.2.1 厭氧-好氧富集PAOs階段
實(shí)驗直接取水廠(chǎng)污泥回流池活性污泥作為種泥直接進(jìn)行富集馴化，每天運行3個(gè)周期，每個(gè)周期8h，采用進(jìn)水（6min）-厭氧（180min）-曝氣（240min）-靜沉（60min）-排水（4min）的方式進(jìn)行馴化(厭氧階段包括進(jìn)水時(shí)間，靜沉時(shí)間包括排水時(shí)間)。實(shí)驗中以勻質(zhì)池原水為進(jìn)水，通過(guò)磷酸二氫鉀、乙酸鈉和氫氧化鈉來(lái)調節進(jìn)水的有機碳和磷的含量以及pH值，進(jìn)水COD平均在280mg/L，磷濃度在10mg/L，來(lái)滿(mǎn)足適合聚磷菌生長(cháng)所需要的合適的碳磷比和較高的堿性環(huán)境。每次進(jìn)水量為10m3，運行期間MLSS為3000～4000mg/L，厭氧段保證溶解氧在0.2mg/L以下，好氧段保證溶解氧在2.5～3mg/L以上，污泥富集馴化階段不排泥。此階段中COD降解趨勢見(jiàn)圖3。
在此階段，活性污泥逐漸適應厭氧、好氧交替環(huán)境，微生物菌群發(fā)生了變化，由兼性菌逐步向以聚磷菌為優(yōu)勢菌群的過(guò)渡和轉化，因此，聚磷菌逐漸作為優(yōu)勢菌種，表現活躍。經(jīng)過(guò)40天的活化，在一次排泥后，除磷效率達到70%且趨于穩定，同時(shí)，反應系統中COD去除率較穩定，達到了90%左右。
2.2.2 厭氧-缺氧富集DPBs階段
經(jīng)第一階段的培養馴化，發(fā)現2.5h后厭氧釋磷可基本完成，故在改變馴化階段的同時(shí)改變其反應時(shí)間。試驗過(guò)程為進(jìn)水（6min）-厭氧（150min）-靜沉排水（45min）-進(jìn)水（6min）缺氧（240min）－靜沉排水（45min）方式。每天運行3個(gè)周期，每個(gè)周期8h，每次進(jìn)水量10m3，厭氧結束后，排出少許上清液，以降低水中COD，避免在缺氧段對反硝化聚磷菌（DPB）過(guò)量吸磷產(chǎn)生影響。在缺氧段進(jìn)不含COD，含KNO3溶液的廢水以補償厭氧結束時(shí)排出的部分廢水，使反應器內硝酸鹽濃度達到30mg/L，提供充足的電子受體硝酸根，保證缺氧段反硝化聚磷菌（DPB）的過(guò)量吸磷。此階段的總磷去除率見(jiàn)圖4。
運行中，厭氧段溶解氧小于0.2mg/L，缺氧段溶解氧小于0.5mg/L，進(jìn)水COD平均在150mg/L，硝酸鹽30mg/L，總磷為10mg/L。該階段運行15天后總磷濃度明顯降低，缺氧吸磷效果穩定在85%左右，表明實(shí)現同步的氮、磷去除，完成反硝化菌的富集。研究表明，反硝化聚磷菌（DPBs）是聚磷菌（PAOs）中的一類(lèi)，可以在缺氧的情況下，以硝態(tài)氮為電子受體進(jìn)行過(guò)量除磷的同時(shí)脫氮。由圖3看到反硝化聚磷菌對于磷酸鹽的去除率和硝酸鹽的去除率均可以達到85%左右，實(shí)現了反硝化菌的富集馴化。
3、現場(chǎng)應用
3.1 預處理
由于反硝化聚磷菌在偏堿性條件下能夠表現出很好的除磷效果，所以需要對A/O勻質(zhì)池進(jìn)行預處理后作為裝置進(jìn)水，通過(guò)添加NaOH，使進(jìn)水的pH調整為7～8。從A/O勻質(zhì)池來(lái)水是通過(guò)由失控開(kāi)關(guān)控制的潛污泵間斷性打入先前的馴化池（即預處理池），預處理后作為裝置進(jìn)水泵入裝置。
3.2 穩定運行期COD去除特性
裝置在穩定運行后，測定了反應前后體系COD變化情況，如圖5所示。
通過(guò)數據可以看出，在整套裝置穩定運行過(guò)程中，即使進(jìn)水中的COD的濃度存在一定的波動(dòng)，但是系統都表現很好的處理效果，COD的去除率達到了85%左右，出水水質(zhì)達到國家一級A（GB18918-2002）的排放標準，說(shuō)明裝置啟動(dòng)過(guò)程中系統對COD的去除穩定高效。
3.3 穩定運行期氨氮去除特性
污水中氨氮除被同化作用去除一部分外，大部分轉化為硝態(tài)氮用于缺氧狀態(tài)下反硝化聚磷菌過(guò)量聚磷的電子受體，從而實(shí)現氮磷的同步去除。折流板反應器各格室中對氨氮濃度變化情況見(jiàn)圖6。
可以看出，系統對氨氮的去除效果非常明顯，進(jìn)水氨氮濃度在11mg/L左右，折流板反應器終沉格室出水中氨氮值較低，系統的氨氮去除率接近90%，達到了國家一級A的排放標準。這說(shuō)明系統的硝化作用和同化作用效果明顯，將系統的氨氮全部轉化為硝態(tài)氮或生物體內一部分，經(jīng)過(guò)硝化作用轉化的硝態(tài)氮為后續缺氧室中反硝化聚磷菌吸收廢水中的磷提供條件，進(jìn)而達到去除廢水中氨氮。
3.4 穩定運行期氨氮去除特性
總磷包括多種形式，如正磷酸鹽、有機磷和其他形式的磷，在試驗中，由于進(jìn)水中未添加除磷酸二氫鉀等含磷物質(zhì)，因此所指的總磷也就是指A/O勻質(zhì)池I中的總磷含量。磷作為生物生長(cháng)所必需的元素之一，除去被生物同化為身體的一部分外，剩下的是通過(guò)反硝化聚磷菌在缺氧或者好氧狀態(tài)下，過(guò)量吸磷貯存在體內，通過(guò)剩余污泥的形式排出達到污水中除磷的效果。折流板反應器生物反硝化除磷系統對總磷的去除情況如圖7所示。
可以清晰看到在穩定運行期間，進(jìn)水經(jīng)過(guò)厭氧室總磷的濃度是進(jìn)水總磷的4～4.5倍，說(shuō)明聚磷菌在厭氧環(huán)境下釋磷效果明顯穩定，且在終沉池出水中的總磷含量均小于0.4mg/L，整個(gè)工藝對于磷的處理效果，總磷的去除率基本穩定在86%左右，并且整套裝置運行很穩定，波動(dòng)很小，出水達到了預期目標。
4、結論
1）經(jīng)馴化，培養出了具有高效降解性能的硝化菌和反硝化聚磷菌，經(jīng)過(guò)近20天的裝置調試，終沉池出水的COD、氨氮、總磷去除特性已經(jīng)很明顯、穩定，出水已經(jīng)達到預期標準。
2）啟動(dòng)期裝置進(jìn)水水質(zhì)存在一定波動(dòng)，但系統去除效果也相當穩定，說(shuō)明整套裝置的抗負荷性能很強，出水均已達到排放標準。
3）在裝置啟動(dòng)成功后，整個(gè)裝置的運行穩定，未發(fā)生強烈波動(dòng)，對COD的去除率為85%左右，氨氮的去除率90%，總磷的去除率為86%，且經(jīng)處理后的水質(zhì)達到了國家一級A排放標準，實(shí)現了連續穩定運行的目標。（來(lái)源：中國石化揚子石化分公司水廠(chǎng)）
