污水提标改造中后置反硝化脱总氮工艺技术探讨

PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY2019年第35卷第5期污水提标改造中后置反硝化脱总氮工艺技术探讨

薛 旭

（中国石化工程建设有限公司，北京 100101）

摘　要：随着我国水环境污染的形势越来越严重，国家对石油化工企业的水质排放标准和总量控制要求也越来越高，其中对氨氮和总氮提出了更为严格的指标。介绍了后置反硝化脱总氮工艺及设备，通过在石化污水处理的成功应用实例表明，该工艺技术能在脱除总氮的同时控制好污水中的COD指标，实现达标排放。采用成熟、可靠、经济且操作简便的提标改造脱氮处理技术至关重要。

关键词：污水处理 后置反硝化 脱氨氮 脱总氮中国石油化工企业大多分布在长江流域、海河流域以及环境较为敏感的地区，许多地区主要污染物排放量已超过环境容量。随着我国“十二五”对流域、重点区域污染与控制力度的加大，这些区域内的石油化工企业将面对着越来越高的水质排放标准和总量控制要求，其中氨氮和总氮指标更为严格，这对石化废水的稳定达标造成极大的技术难度。如何开发和优化污水提标改造技术成为关键，本文对后置反硝化工艺技术进行了探讨和研究。

和乙酸钠均为易降解物质，本身不含有营养物质（如氮、磷），分解后不留任何难于降解的中间产物。而淀粉为多糖结构，水解为小分子脂肪酸所需的时间长，且在水中的溶解性差，不易完全溶于水，容易造成残留和污泥絮体偏多等问题[2]。新型复合碳源主要成分是果糖、蔗糖、微量元素等。相比之下，单糖最容易被微生物吸收转化利用。所含营养物质极易被反硝化菌吸收，不易被其它菌群利用，可减少浪费。

研究表明：乙酸钠作为碳源时，其反硝化速率要远高于甲醇和淀粉。主要原因在于，乙酸钠为低分子有机酸盐，容易被微生物利用。而淀粉等高分子的糖类物质需转化成乙酸、甲酸、丙酸等低分子有机酸等最易降解的有机物，然后才被利用；甲醇虽然是快速易生物降解的有机物，但甲醇必须转化成乙酸等低分子有机酸才能被微生物利用，所以利用乙酸钠作为碳源比用淀粉、甲醇进行反硝化速度快[2]。

甲醇是一种易燃易爆的危险品，但是由于有些石油化工企业有甲醇物料罐区，直接通过管道压力送至污水处理场较为方便，所以污水处理场

1 后置反硝化工艺

附着在滤料表面的反硝化细菌，利用水体中碳源或者外加的碳源，在缺氧条件下，利用盐氧化有机物质而获得自身生命活动所需的能量，同时将水体中亚盐和盐还原为氮气，达到脱氮目的。反硝化细菌多为异养、兼性厌氧细菌，如反硝化杆菌、斯氏杆菌等，其生化过程可用式（1）和式（2）表示[1]：

C6H12O6+12NO3→6H2O+6CO2+12NO2+能量

--

（1）

5CH3COOH+8NO→6H2O+10CO2+4N2+8OH+

-3

-

能量 1.1 碳 源

（2）

收稿日期：2019-06-21

作者简介：薛旭，女，1990年毕业于湖南衡阳工学院给水排水专业，学士，主要从事污水、污泥及废气处理的工程设计工作，已发表论文3篇，教授级高级工程师。电话：010-84877000, E-mail:xuexu@sei.com.cn

目前后置反硝化工艺解决低碳源的手段通常是采用外加碳源。外加的碳源有甲醇、乙酸钠、淀粉、葡萄糖以及新型复合碳源等，其中甲醇

2019年第35卷第5期★　薛 旭.污水提标改造中后置反硝化脱总氮工艺技术探讨　★61经常采用甲醇作为外加碳源。但是甲醇火灾危险性为甲B类，因此在污水处理场设置的甲醇加药设施对周边环境有一定的安全距离要求，同时其用电装置均须采用防爆设计。而乙酸钠本身不属于危险品，方便运输及储存，绝对价格也比甲醇便宜，因此对于一些已建的污水处理场来说，由于其用地，当需要外加碳源时，采用乙酸钠作为外加碳源比甲醇更具有优势。

新型复合碳源具有减少有机污泥产量，提高污泥活性等特点，且为非危险品、无腐蚀性，不产生新的污染物。这些优点使得新型复合碳源相比传统碳源具有很好的性价比，是很多企业、科研院校开发的方向。1.2 几种碳源的对比

目前常用的外加碳源是甲醇、乙酸钠、葡萄糖以及新型复合碳源，主要从COD 含量、溶解度、利用率、毒性及产泥量对这几种碳源进行对比，见表1。

2 后置反硝化脱氮处理技术

后置反硝化脱氮处理技术目前应用较为成熟的反应器有深床反硝化反应器、移动床反硝化反应器和高效生物膜脱氧反应器，下面简单介绍各反应器的特点。2.1 深床反硝化反应器

特种菌+深床反硝化生物滤池是利用生物脱氮的基本原理，采用后置反硝化滤池的形式，辅以经人工筛选出的具有高效反硝化脱氮能力的生物菌剂，专用于总氮提标改造工程的生物脱总氮技术工艺。其突出特点是总氮去除率高、启动速度快、出水水质稳定达标、自动化程度较高[3]。

深床反硝化反应器是在生物滤池和普通快滤池的基础上发展起来的集生物脱氮及吸附过滤脱氮合二为一的一体化处理设备。该技术的一个关键在于滤料的选择。滤料必须具备过滤吸附性和易反洗相结合的特性，同时可保证在反冲洗的过

表1 几种碳源的对比

项目COD 含量其他微量元素形态溶解度利用率毒性污泥情况乙酸钠甲醇葡萄糖新型复合碳源 每克纯乙酸钠可提供0.78 gCOD 每克纯甲醇可提供1.5 gCOD无白色晶体 溶解度为 30%左右，随着温度降低，溶解度会降低，易堵塞机泵一般化学品产量高，活性一般无液体可直接投加一般 易燃液体，会对人体的神经系统和血液系统产生毒害作用产量高，活性一般 每克纯葡萄糖可提供 每克可提0.8 gCOD 1.06 g COD 无固体 20 ℃时溶解度为50%左右一般无毒产量高，活性一般多种微量元素浓稠液体 和水以任意比例混合，且不易凝固、结晶 较高无毒产量低，活性较高程中全面积接触摩擦，完全去除表面的污染物质，而生物膜不至于完全被破坏。其滤料为天然多孔级配滤料，分为承托层和过滤层。滤料的机械强度高，抗压性能好，化学性能稳定，不含有毒物质，耐磨损，在酸性、中性、碱性水中均不溶解，颗粒表面粗糙，比表面积大，有良好的吸附能力，孔隙率大，有较高的含污能力，比重相对较轻。

深床反硝化反应器主要由级配滤料（主体反应区）、布水系统、反冲洗系统、混合清水区、自动控制系统组成，见图1。

特种菌+深床反硝化反应器应用于脱总氮提

标改造工程，优点主要包括：

1）反应器结构紧凑，占地面积小。

2）脱氮效率高，总氮去除率可达80%以上。3）采用特种反硝化菌种，启动快速，处理效果高效稳定。

4）对悬浮物具有良好的去除能力，稳定在SS＜10 mg/L ，浊度＜5 NTU，无需再后续设置沉淀池或过滤器。

5）无滤料流失和损失，无需添加或更换；反冲洗水量少，通常为处理水量的2%~3%。

6）通过对过程参数的监测及外加碳源的精

62★　石油化工安全环保技术　★2019年第35卷第5期图1 深床反硝化反应器

确控制，可实现高效、稳定、可靠运行。

7）反硝化反应器采用的是下向流进水，且进水管与反冲洗排水管分别单独设置，与常规滤池相比，减少了过滤出水与反冲洗废水的混合风险，使出水质量更优。2.2 移动床反硝化反应器

移动床反硝化反应器是一种独特的生物过滤系统，具有生物反硝化和过滤双重作用。

在缺氧条件下，填料附着生长的反硝化菌将水中的硝态氮转化为氮气，即，将NO2--N和NO3--N还原为氮气，溢出水面释放到大气，达到从污水中脱氮的目的。

同时，填料的过滤作用，可去除悬浮物、胶体物质以及大分子有机物所体现的含氮物质，也表现为一部分总氮的脱除。

污水由泵提升经流量计检测流量后，分别与絮凝剂、外加碳源混合，进入絮凝剂混合器和外加碳源混合器，混合充分后进入移动床反硝化反应器构成的反硝化系统，经生物脱氮和过滤后，出水由设备顶部出水堰自流排出。在出水处设置盐在线检测设备，与流量计信号共同控制外加碳源的投加量。2.2.1 设备结构

移动床反硝化反应器（Dynadeni）为带有锥形

底部的圆柱型敞口设备，内部由反冲洗设备、中心导管、布水器、分配锥等构成，中间装有滤料。如图2所示。2.2.2 设备内部运行

进水经由中心导管进入设备下部的布水器，向上流经滤床，完成生物脱氮和过滤后，由顶部的出水堰自流排出。

由外部引入的压缩空气，进入位于中心导管内的空气提升器，空气提升器可将底部汇集的滤料提升到设备顶部的反洗器，由于重力原因，滤料由反洗器连通管自由落回床层，而连通管会有一部分滤后水与滤料反向流动，从而完成对滤料

图2 移动床反硝化反应器

2019年第35卷第5期★　薛 旭.污水提标改造中后置反硝化脱总氮工艺技术探讨　★63的清洗；滤料不断提升、清洗，重力返回床层，形成床层的缓慢下行连续移动，可实现连续过滤连续清洗，故称移动床反硝化反应器。2.2.3 设备优点

1）实现连续过滤连续清洗，无须间断工作，彻底解决滤料板结问题。

2）设备简单、紧凑，无可动部件，可靠性高，维护工作量小。

3）由于结构特殊，可实现有效床层高度达 6 m，占地面积小。

4）无须间断反冲洗系统，节省储水池以及机泵等，无须复杂自动控制。2.3 高效生物膜脱氮反应器

高效生物膜脱氮反应器采用的填料为轻质高分子材质，轻质高分子填料由亲水性高分子材料加工而成，空间结构呈网状，比表面积大于 105 m2/m3，孔隙率大于85%，耐磨损性能强，化学性能稳定，表面含有一定数量活性基团。填料为亲水性物质，有利于细菌的附着生长；填料表面较粗糙，超过50%孔隙的孔径大于0.5 μm， 这对于细菌的附着生长十分有利。填料表面活性基团与细菌之间形成的化学键，以及填料与细菌之间的物理吸附，可将细菌的活动限定在一定区域内，保证细菌不流失，提高了细菌活性和生物量，污染物去除率高。改变通透孔与封闭孔的比率可大幅度增加填料比表面积，提高微生物浓度。

高效生物膜脱氮反应器采用的轻质高分子填料，水头损失小，因而可以将反应器构造成多级串联的形式，在各级单池内实现不同的生物相，并通过控制曝气量，灵活地实现好氧、缺氧环境。可根据进水水质条件，在各级单池间实现好氧或缺氧环境的灵活转换，并可通过在线总氮分

析仪与乙酸钠加药计量泵的联锁，实现碳源投加量的精准控制。其结构如图3所示

高效生物膜脱氮反应器具有以下特点：1）根据进水的水质特点和出水要求，调节各级的运行工况，去除COD、氨氮，脱除总氮，实现废水达标排放等目的。对进水的C/N、DO要求较低，C/N<4、DO≤2 mg/L的废水，均有较好的脱氮效果。

2）脱氮效果显著。对于总氮含量低于150 mg/L 的低浓度含氮废水，经处理后出水总氮<10 mg/L； 对于总氮含量150~300 mg/L的含氮废水，出水中的总氮可<25 mg/L。

3）由多个生物膜反应器串联组成，无需设置单独的硝化池、反硝化池、二沉池、污水回流泵等设施，系统组成简单，占地面积较小，运行费用较低。

4）排泥操作简单，运行费用低。由于轻质高分子填料具有优异的性能，排泥时仅需气反冲，反冲时能耗低，降低了运行费用。

5）出水水质稳定。反冲排泥后出水水质稳定，且处理系统对进水水质的波动具有较强的适应 能力。

6）自动化程度较高。自控系统由DO、pH、流量、温度等在线仪表和PLC组成。根据进水水质，由PLC发出指令，自动调节各池的DO、pH及碳源投加量，达到最佳的总氮去除效果。

3 后置反硝化脱氮反应器处理效果

近几年，后置反硝化脱氮反应器已在石油化工污水处理场提标改造中得到应用，可在脱除总氮的同时控制好外排废水中的COD的指标，使外排废水的水质指标均达标。

图3 高效生物膜脱氮反应器

★　石油化工安全环保技术　★2019年第35卷第5期3.1 某石化含盐污水提标改造项目（例1）

含盐炼油污水提标改造项目于2017年5月投用，设计处理规模200 m3/h。其污水经生化处理后出水可生化性差，含有难降解有机污染物及氮氧化物。本项目采用“后置反硝化脱氮反应器—曝气生物滤池工艺”处理后，出水满足《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570—2015）后外排。

表2 某石化含盐炼油污水提标改造项目设计进出水水质

mg/L

项目进水 水质出水 水质pH6~96~9CODcr≤100≤45悬浮物≤20≤20BOD5≤30≤10氨氮≤5≤5总氮≤100≤25于45 mg/L，均值为37.3 mg/L。如图4、图5所示。3.2 某石化污水处理场提标改造项目（例2）

某污水处理场提标改造项目于2016年12月开始建设，主要处理高浓度炼油污水、循环水排污、烟气脱硫排水等，处理规模500 m3/h。提标改造项目新增后置反硝化脱氮反应器，对污水处理场外排污水进行总氮去除，出水满足《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570—2015）后外排。

现场监测结果显示：某石化污水场外排水总氮40~100 mg/L，均值72.41 mg/L，经反硝化脱氮技术处理后，出水总氮低于15 mg/L，均值 8.55 mg/L。如图6、图7所示。

表3 某石化污水场提标改造项目设计进出水水质mg/L

项目pHCODcr悬浮物石油类挥发酚硫化物氨氮总氮进水6~9水质出水6~9水质≤60≤50≤70≤50≤5≤3≤1≤0.3≤1≤0.5≤8≤100≤5≤15现场监测结果显示：某石化污水场外排水总氮20~100 mg/L，均值49.02 mg/L；COD 60~120 mg/L，均值70.91 mg/L。经处理后，出水总氮低于25 mg/L，均值6.75 mg/L；COD低

图4 总氮处理效果

图5 COD处理效果

2019年第35卷第5期★　薛 旭.污水提标改造中后置反硝化脱总氮工艺技术探讨　★65图6 总氮处理效果

图7 COD处理效果

4 结 语

随着国家环保排放标准的日趋严格，排放污水中氮化合物的总量控制对企业的污水处理系统提出了新的要求，为污水脱氮处理带来一场重大变革。实际应用案例表明，采用后置反硝化脱氮技术可有效降解污水中的氨氮和硝态氮，实现污水的达标排放。参考文献：

[1] 王良均，吴孟周，主编.石油化工废水处

理设计手册[M].北京：中国石化出版社，1996.

[2] 张自杰，主编.环境工程手册-水污染防治

卷[M].北京：高等教育出版社，1996.

[3] 谭明，袁蕴俭，刘用林，等.连续沙滤池在

低水温条件下的反硝化脱氮效果[J].环境工程，2014，32（4）：46-50.

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环境科学与管理，2012，37（12）：102-104.

[5] 张鹏，李宝忠，郭宏山.石化废水脱总氮

技术研究[J].现代化工，2018（10）：185-187.

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31570—2015[S].北京：中国环境科学出版社，2015.

[7] 裴海防.光伏行业高氮废水处理及再生循环

利用工程设计研究[D].苏州：苏州科技大学，2018.

ABSTRACTS

PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY

Bimonthly. 20 Oct. 2019 Vol. 35 No. 5

·Ⅳ·

production shutdown, and even casualties. There-fore, correct and reasonable lightning protection and grounding design play a vital role in the safe operation of the plant area. This paper starts with the basic concepts of lightning protection and ground-ing, and discusses the specific methods for lightning protection and grounding of the aromatics technical reform project of a petrochemical plant in the light of Code for Design Protection of Structures against Lightning (GB50027-2010) and Code for Design Protection of Petrochemical Plant against Lightning (GB50650-2011).

key words: lightning protection; grounding; light-ning receiver; downlead

APPLICATION OF INFLATABLE POSITIVE PRESSuRE METHOD TO REPAIR DEFORMA-TION OF INTERNAL FLOATING ROOF TANk wALL[57]

Yang Junli, Wang Yuanbo.(SINOPEC Luoyang Compa-ny, Luoyang, Henan, 471012)

DISCuSSION ON POST-DENITRIFICATION TECHNOLOGY FOR TOTAL NITROGEN RE-MOVAL IN wASTEwATER uPGRADING[60]

Xue Xu.(SINOPEC Engineering Incorporation, Beijing, 100101)

Abstract: As the situation of water pollution in China becomes more and more serious, the state has increas-ingly higher requirements for water quality discharge standards and total amount control of petrochemical enterprises, and more stringent index limits are im-posed on ammonia nitrogen and total nitrogen. This paper introduces the post-denitrification denitrification process and equipment for total nitrogen removal. Through successful application of the process and equipment to petrochemical wastewater treatment, it is shown that the process can control the COD index in wastewater while removing total nitrogen and can help the wastewater to reach the COD discharge standard.key words: wastewater treatment; post-denitrification; ammonia-nitrogen removal; total nitrogen removalDISCuSSION ON THE COLLECTION OF INI-TIAL RAINwATER IN PETROCHEMICAL PROJECTS[66]

Wang Kun.(Hualu Engineering & Technology Co., LTD., Xi’an, Shaanxi, 710065)

Abstract: This paper discusses the causes for the tank wall deformation of the inner floating roof tank. It sets up a repair plan according to the rel-evant specifications and presents a more detailed explanation on how to deal with the problems in the repair process. In order to ensure the safe use of the oil tank after repair, the paper carries out tightness test, stability test and breather valve operation test. It also proposes some suggestions on how to ensure the safe operation of the inner floating roof tank and prevent deformation caused by negative pressure instability.

key words: positive pressure method; internal floating roof; deformation of tank wall; repair; sta-bility

Abstract: For petrochemical projects, the composition of pollutants in initial rainwater is complicated. If initial rainwater is not collected and treated properly, it would pollute the clean rainwater. This paper discusses the differences between the calculation methods for initial rainwater volume from different standards. And it also studies the different collection methods for initial rain-water and control methods for sewage diversion.

key words: petrochemical industry; initial rainwa-ter; rainwater collection; sewage diversion

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