CN114455720A - 一种利用微氧水解酸化原理提高石化废水可生化性的方法 - Google Patents

一种利用微氧水解酸化原理提高石化废水可生化性的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用微氧水解酸化原理提高石化废水可生化性的方法，它涉及提高石化废水可生化性的方法。它是要解决现有的石化废水预处理方法成本高、容易造成二次污染的技术问题。本发明的方法：一、水解产酸菌的富集驯化；二、石化废水的微氧水解酸化；三、泥水混合液的后续处理。本发明的石化废水经微氧水解酸化处理15～20天后，出水的COD降低了41.1％～66.5％，B/C值提高为原来的2.27～2.64倍，B/C值达到0.34～0.39，实现了石化废水的可生化处理，可用于污水处理领域。

Description

一种利用微氧水解酸化原理提高石化废水可生化性的方法
技术领域
本发明属于水处理工艺技术领域，具体涉及一种利用微氧水解酸化原理提高石化废水可生化性的方法。
背景技术
石化废水是指在石油的精炼、分馏、合成、裂解等生产加工环节产生的大量有机废水，此类废水通常具有成分复杂、污染物浓度高、水量波动大、可生化性较低的特点，因而难以采用合适的方法对其进行处理。在众多的石化废水处理技术中，生物废水处理技术具有处理成本低、处理效率高等特点，是石化废水处理中最有前景的处理工艺。但由于石化废水高毒性、低生物降解性的特点，因此通常在生物处理法前需要对其采取合适的方法进行预处理，以提高废水的生物降解性。在实际工程应用中，水解酸化工艺常被用作难降解生物降解废水处理的预处理工艺。水解酸化的作用是将难降解的复杂大分子，如芳香烃或杂环物质，转变为小分子有机酸和醇类等易生物降解有机物。但由于石化废水的成分非常复杂，传统的水解酸化工艺对石化废水的处理效果有限，无法实现废水可生化性的有效提高，进而限制了石化废水的后续进一步处理。
申请号为201510864013.8的中国专利《一种高浓度难降解有机石化废水预处理工艺》通过将有机石化废水酸化至pH为4～5，再加热至80～95℃，使硅酸盐沉淀后，之后在上清液中加入铁铜片进行微电解，并将后续废水pH调节至酸性后，加入双氧水反应，后续再采用三维电芬顿处理，之后加入絮凝剂进行固液分离，结合紫外线和过硫酸盐进行光催化氧化。该方法操作步骤较为繁琐，中间过程消耗大量药剂，成本较高，且产生固废，容易造成二次污染。
申请号为201710037393.7的中国专利《一种石化碱渣废水的处理方法》通过将石化碱渣废水的pH调节至7～12后，静置除去有机层，之后将预处理废水在有氧条件下通入填装有树脂光催化剂的等离子体反应器中进行处理。该方法存在的问题在于树脂光催化剂的成本较高，且对有机层未进行妥善处理，容易造成二次污染。
申请号为202010227741.9的中国专利《一种提高石化废水可生化性的催化材料、制备方法及应用》通过将脱水干化污泥与铁、锰、铜和镍等金属或金属氧化物通过高温烧结后得到多孔型复合材料，然后将制备出的复合材料催化臭氧对污水中污染物进行预处理，以实现废水可生化性的提高。该方法存在的问题在于材料制备过程中需要较高能耗，且废水预处理过程中容易造成铜、铁等重金属离子的残留，进而对后续微生物的活性造成抑制。
基于石化废水处理过程中存在的高毒性和低生物降解性问题，以及以上专利文献存在的不足，本发明旨在提出一种可以快速解除石化废水毒性、强化废水水解产酸特性、提高石化废水可生化性的方法，该方法具有操作简单、能耗较低、外加药剂量较少、处理成本较低的特点。
发明内容
本发明是要解决现有的石化废水预处理方法成本高、容易造成二次污染的技术问题，而提供一种利用微氧水解酸化原理提高石化废水可生化性的方法。该方法通过采用微氧曝气，以提高兼性水解菌和产酸菌的代谢功能，进而促进难生物降解有机物的降解，使其分解产生小分子有机酸和醇类物质，提高废水的可生化性，以利于后续生物降解工艺的顺利进行。
本发明的利用微氧水解酸化原理提高石化废水可生化性的方法，按以下步骤进行：
一、水解产酸菌的富集驯化：以厌氧消化污泥为菌源，加入以葡萄糖为碳源的人工模拟废水，在反应器内进行水解产酸菌的富集驯化；富集驯化时反应器内的温度保持在 25～30℃，通过搅拌桨进行机械搅拌，搅拌速率为80～100rpm，搅拌时间按每3h搅拌2h、停止搅拌1h来周期进行，进水负荷保持在1500～3000mg COD·/L·d，水力停留时间为 8～10h；在富集驯化过程中不排泥，只排放上清液，以达到快速富集水解产酸微生物的目的；待反应器内pH稳定在6.0～6.5，VFA浓度超过4000mg/L以上时，完成产酸菌的培养驯化；
二、石化废水的微氧水解酸化：将经过活性污泥吸附后的石化废水作为进水通入已经驯化培养好水解产酸菌的反应器中，反应器进行机械搅拌，搅拌速率为80～100rpm，搅拌时间按每3h搅拌2h、停止搅拌1h来周期进行，同时进行微氧曝气以实现空气搅拌，曝气速率为0.1-0.3L/h，水力停留时间保持在18～30h，反应器内温度保持在20～30℃；
三、泥水混合液的后续处理：将排出的富含挥发酸的泥水混合液进入沉淀池中进行泥水分离，回收上清液，完成石化废水的处理。
更进一步地，步骤一中所述的反应器包括壳体1、搅拌器2、曝气盘3、风机4；其中壳体1外部设有夹套1-1，在夹套1-1的下部设置有加热介质入口1-2，在夹套1-1的上部设置有加热介质出口1-3，在壳体1顶部设置有进水孔1-4和出水孔1-5；在壳体1的侧壁设置有取样口1-6、ORP计插口1-7和pH计插口1-8；搅拌器2设置在壳体1内，曝气盘 3设置在壳体1底部，曝气盘3与风机4相连接；该反应器在水解产酸菌的富集驯化阶段未曝气，此称时该反应器为半连续流反应器；在石化废水的微氧水解酸化阶段开始曝气，此时为微曝气反应器。
更进一步地，在搅拌器2与壳体1接触处设置密封层5。
更进一步地，经过活性污泥吸附后的石化废水的COD为300～500mg/L，石化废水吸附前的COD为700～900mg/L。
本发明以厌氧消化污泥为接种物，通过在人工配置的有机模拟废水中进行驯化后，获得具有较强水解产酸功能的污泥，之后在微曝气条件下，提高微生物代谢速率，强化系统水解产酸功能，将不溶解、难生物降解的有机物转化为溶解性、易生物降解的物质，从而提高废水的可生化性。完成石化废水可生化性处理的上清液，可作为污水脱氮除磷的碳源。
本发明的优点如下：
微氧曝气运行能耗较低，传统的好氧曝气技术中溶解氧需保持在2mg/L以上，曝气所消耗的能耗约占污水处理厂总能耗的40％～50％。而在微氧曝气体系中，溶解氧仅仅维持在0.1～0.5mg/L，大大降低了曝气产生的能耗，使得废水处理成本大幅降低。
本发明的方法通过向系统中通入的氧气，使污泥与废水充分混合，不仅能够防止污泥腐败变质，还能改善水力条件，强化有机底物和污泥的水解与吸附作用。通入一定量的氧气不但可以抑制硫化物转化为抑制好氧菌生长的硫酸盐，还可以吹脱出系统内部分有毒气体，从而防止有毒物质对微生物的毒害作用，防止微生物中毒。
本发明的方法处理后无二次污染。传统的紫外催化或臭氧氧化方法会产生大量自由基或重金属，如处理不当，会在体系内造成残留，产生二次污染；微氧曝气技术仅仅是向体系中通入微量氧气，对废水处理系统无较大影响，因而不会产生类似的化学污染物，可以有效避免这一问题。
用本发明的方法处理经过活性污泥吸附后石化废水，出水COD去除率和废水可生化性明显提高。本发明的石化废水经微氧水解酸化处理15～20天后，出水的COD降低了41.1％～66.5％，B/C值提高为原来的2.27～2.64倍，B/C值达到0.34～0.39，实现了石化废水的可生化处理。
本发明的方法操作简单可行，在传统污水处理设施中仅需通过简单改造，增加微曝气管，便可实现废水可生化性的较好改善，成本低，适于大规模推广应用。
附图说明
图1为微曝气水解酸化反应器的结构示意图；
图2为实施例1中石化废水的COD随处理时间的变化情况图；
图3为实施例1中石化废水的B/C随处理时间的变化情况图；
图4为实施例1中石化废水的VFA随处理时间的变化情况图；
图5为实施例1、2、3、4中石化废水处理前后的UV254变化情况图。
具体实施方式
用下面的实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：本实施例1的利用微氧水解酸化原理提高石化废水可生化性的方法，按以下步骤进行：
一、水解产酸菌的富集驯化：
向反应器内加入厌氧消化污泥为菌源，再加入以葡萄糖为碳源的人工模拟废水；其中人工模拟废水的组分与组成如表1所示；
表1人工模拟废水的组成如下表所示：
Figure BDA0003479858890000041
其中的反应器的结构示意图如图1所示，反应器由壳体1、搅拌器2、曝气盘3、风机4、密封层5组成；其中壳体1外部设有夹套1-1，在夹套1-1的下部设置有加热介质入口1-2，在夹套1-1的上部设置有加热介质出口1-3，在壳体1顶部设置有进水孔1-4和出水孔1-5；在壳体1的侧壁设置有取样口1-6、ORP计插口1-7和pH计插口1-8；搅拌器2设置在壳体1内，曝气盘3设置在壳体1底部，曝气盘3与风机4相连接；在搅拌器 2与壳体1接触处设置密封层5；
在反应器内进行水解产酸菌的富集驯化；富集驯化时反应器内的温度保持在25℃，通过搅拌器2的搅拌桨进行机械搅拌，搅拌速率为80rpm，搅拌时间按每3h搅拌2h、停止搅拌1h来周期进行，进水负荷保持在3000mg COD·/L·d，水力停留时间为10h；在富集驯化过程中不排泥，只排放上清液，以达到快速富集水解产酸微生物的目的；处理 30天后，反应器内pH稳定在6.0～6.2，VFA浓度达到4100mg/L，完成产酸菌的培养驯化；此步骤中反应器为半连续流反应器；富集驯化完成后，检测到出水情况为COD为267.8 mg/L，BOD5为47.6mg/L，B/C为0.18；
二、石化废水的微氧水解酸化：将经过活性污泥吸附后的石化废水作为进水，经过活性污泥吸附后的石化废水的COD为362.0mg/L、BOD5为54.4mg/L、B/C为0.15；将经过活性污泥吸附后的石化废水通入已经驯化培养好水解产酸菌的反应器中，进行机械搅拌，搅拌速率为80rpm，搅拌时间按每3h搅拌2h、停止搅拌1h来周期进行，同时进行微氧曝气以实现空气搅拌，曝气速率为0.1L/h，(在这样的曝气速率条件下溶解氧维持在0.15mg/L)，水力停留时间保持在18h，反应器内温度保持在25℃；在石化废水的微氧水解酸化阶段有曝气，此时反应器为微曝气反应器；记录出水的COD、B/C、VFA、UV254 随处理时间的变化情况；
三、泥水混合液的后续处理：将排出的富含挥发酸的泥水混合液进入沉淀池中进行泥水分离，回收上清液，完成石化废水可生化性处理。
图2为实施例1中石化废水的COD随处理时间的变化情况图；从图2可以看出，随着曝气的进行，出水COD持续下降，到曝气结束时，出水COD值为213.1mg/L。
图3为实施例1中石化废水的B/C随处理时间的变化情况图；从图3可以看出，随着曝气的进行，出水B/C值持续增加，到曝气结束时，出水B/C值为0.34。
图4为实施例1中石化废水的VFA随处理时间的变化情况图；从图4可以看出，随着曝气的进行，出水VFA持续增加，到曝气结束时，出水VFA值为72.5mg/L。
本实施例1的石化废水经微氧水解酸化处理17天后，出水的COD为213.1mg/L，BOD5 72.5mg/L，B/C为0.34，COD降低了41.1％，B/C值提高为原来的2.27倍，石化废水实现了可生化。
实施例2：本实施例2的利用微氧水解酸化原理提高石化废水可生化性的方法，按以下步骤进行：
一、水解产酸菌的富集驯化：向反应器内加入厌氧消化污泥为菌源，再加入以葡萄糖为碳源的人工模拟废水；其中人工模拟废水的组分与组成如表2所示；反应器与实施例1的反应器结构相同，其结构示意图如图1所示；
表2人工模拟废水的组成如下表所示：
Figure BDA0003479858890000051
Figure BDA0003479858890000061
在反应器内进行水解产酸菌的富集驯化；富集驯化时反应器内的温度保持在30℃，通过搅拌桨进行机械搅拌，搅拌速率为100rpm，搅拌时间为每3h搅拌2h、停止搅拌1 h来周期进行，进水负荷保持在2000mg COD·/L·d，水力停留时间为9h。在污泥驯化过程中不排泥，只排放上清液，以达到快速富集水解产酸微生物的目的。处理28天时间后，反应器内pH稳定在6.0～6.2，VFA浓度达到4200mg/L，完成产酸菌的培养驯化；富集驯化完成后，检测到出水情况为COD为266.8mg/L，BOD5 50.7mg/L，B/C为0.19。
二、石化废水的微氧水解酸化：将经过活性污泥吸附后的石化废水作为进水，经过活性污泥吸附后的石化废水的COD为362.0mg/L，BOD5为50.6mg/L，B/C为0.14；通入已经驯化培养好水解产酸菌的反应器中，反应器进行机械搅拌，搅拌速率为100rpm，搅拌时间按每3h搅拌2h、停止搅拌1h来周期进行，同时进行微氧曝气以实现空气搅拌，曝气速率为0.2L/h，(在这样的曝气速率条件下溶解氧维持在0.32mg/L)，水力停留时间保持在24h，反应器内温度保持在30℃；微氧水解酸化处理17天后，检测到出水情况为 COD为121.4mg/L，BOD5为44.9mg/L，B/C为0.37。
三、泥水混合液的后续处理：将排出的富含挥发酸的泥水混合液进入沉淀池中进行泥水分离，回收上清液，完成石化废水可生化性处理。
石化废水经过本实施例的处理，COD降低了66.5％，B/C值提高为原来的2.64倍，实现了可生化。
实施例3：本实施例3的利用微氧水解酸化原理提高石化废水可生化性的方法，按以下步骤进行：
一、水解产酸菌的富集驯化：向反应器内加入厌氧消化污泥为菌源，再加入以葡萄糖为碳源的人工模拟废水；其中人工模拟废水的组分与组成如表3所示；反应器与实施例1的反应器结构相同，其结构示意图如图1所示；
表3人工模拟废水的组成
Figure BDA0003479858890000062
Figure BDA0003479858890000071
在反应器内进行水解产酸菌的富集驯化；富集驯化时反应器内的温度保持在28℃，通过搅拌桨进行机械搅拌，搅拌速率为90rpm，搅拌时间为每3h搅拌2h、停止搅拌1h 来周期进行，进水负荷保持在2500mg COD·/L·d，水力停留时间为9h。在污泥驯化过程中不排泥，只排放上清液，以达到快速富集水解产酸微生物的目的，处理26天后，反应器内pH稳定在6.0～6.2，VFA浓度达到4200mg/L，完成产酸菌的培养驯化；富集驯化完成后，检测到出水情况为COD为266.8mg/L，BOD5 53.4mg/L,B/C为0.20；
二、石化废水的微氧水解酸化：将经过活性污泥吸附后的石化废水作为进水，经过活性污泥吸附后的石化废水的COD为362.0mg/L、BOD5为57.9mg/L、B/C为0.16；将经过活性污泥吸附后的石化废水通入已经驯化培养好水解产酸菌的微曝气反应器中，进行机械搅拌，搅拌速率为90rpm，搅拌时间为每3h搅拌2h、停止搅拌1h来周期进行，同时进行微氧曝气以实现空气搅拌，曝气速率为0.3L/h，(在这样的曝气速率条件下溶解氧维持在0.42mg/L)，考虑到石化废水的难降解性，此阶段水力停留时间保持在24h，温度保持在30℃；处理20天后，检测到出水情况为COD为123.6mg/L，BOD5为48.2mg/L， B/C为0.39；
三、泥水混合液的后续处理：将排出的富含挥发酸的泥水混合液进入沉淀池中进行泥水分离，回收上清液，完成石化废水可生化性处理。
石化废水经过本实施例的处理，COD降低了65.9％，B/C值提高为原来的2.44倍，实现了可生化。
实施例4：本实施例为实施例3的对比例，本实施例的提高石化废水可生化性的方法与实施例3不同的是：步骤二的操作如下：
将经过活性污泥吸附后的石化废水作为进水，经过活性污泥吸附后的石化废水的COD为362.0mg/L、BOD5为57.9mg/L、B/C为0.16；将经过活性污泥吸附后的石化废水通入已经驯化培养好水解产酸菌的反应器中，进行机械搅拌，搅拌速率为90rpm，搅拌时间为每3h搅拌2h、停止搅拌1h来周期进行，不曝气，此阶段水力停留时间保持在 24h，温度保持在30℃；处理20天后，检测出水情况；其他的步骤及参数与实施例3相同。
石化废水经过本实施例的处理，COD降低了25.31％，B/C值提高为原来的1.81倍，实现了可生化。
图5为实施例1、2、3、4中石化废水处理前后的UV254变化情况图；从图5可以看出，实施例4是在未曝气的条件下处理，出水的UV254为2.631，实施例1、2、3随着水解酸化阶段曝气量增加，曝气速率从0.1L/h增加0.3L/h，出水UV254从2.455降低到 2.062，说明在水解酸化阶段的微曝气有利于石化废水的处理。

Claims (4)

1.一种利用微氧水解酸化原理提高石化废水可生化性的方法，其特征在于按以下步骤进行：
一、水解产酸菌的富集驯化：以厌氧消化污泥为菌源，加入以葡萄糖为碳源的人工模拟废水，在反应器内进行水解产酸菌的富集驯化；富集驯化时反应器内的温度保持在25～30℃，通过搅拌桨进行机械搅拌，搅拌速率为80～100rpm，搅拌时间按每3h搅拌2h、停止搅拌1h来周期进行，进水负荷保持在1500～3000mg COD·/L·d，水力停留时间为8～10h；在富集驯化过程中不排泥，只排放上清液；待反应器内pH稳定在6.0～6.5，VFA浓度超过4000mg/L以上时，完成产酸菌的培养驯化；
二、石化废水的微氧水解酸化：将经过活性污泥吸附后的石化废水作为进水通入已经驯化培养好水解产酸菌的反应器中，反应器进行机械搅拌，搅拌速率为80～100rpm，搅拌时间按每3h搅拌2h、停止搅拌1h来周期进行，同时进行微氧曝气以实现空气搅拌，曝气速率为0.1～0.3L/h，水力停留时间保持在18～30h，反应器内温度保持在20～30℃；
三、泥水混合液的后续处理：将排出的富含挥发酸的泥水混合液进入沉淀池中进行泥水分离，回收上清液，完成石化废水的处理。
2.根据权利要求1所述的一种利用微氧水解酸化原理提高石化废水可生化性的方法，其特征在于步骤一中所述的反应器包括壳体(1)、搅拌器(2)、曝气盘(3)、风机(4)；其中壳体(1)外部设有夹套(1-1)，在夹套(1-1)的下部设置有加热介质入口(1-2)，在夹套(1-1)的上部设置有加热介质出口(1-3)，在壳体(1)顶部设置有进水孔(1-4)和出水孔(1-5)；在壳体(1)的侧壁设置有取样口(1-6)、ORP计插口(1-7)和pH计插口(1-8)；搅拌器(2)设置在壳体(1)内，曝气盘(3)设置在壳体(1)底部，曝气盘(3)与风机(4)相连接。
3.根据权利要求2所述的一种利用微氧水解酸化原理提高石化废水可生化性的方法，其特征在于在搅拌器(2)与壳体(1)接触处设置密封层(5)。
4.根据权利要求2所述的一种利用微氧水解酸化原理提高石化废水可生化性的方法，其特征在于经过活性污泥吸附后的石化废水的COD为300～500mg/L。
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