一、厌氧处理
石油化工废水通常含有高浓度的化学需氧量(COD),且其生化性较差。为了提高后续处理的可生化性,通常首先采用厌氧预处理。厌氧处理的主要优点包括污泥产量低、运行成本低廉、产能效率高以及操作简便等,但也存在启动时间较长和操作稳定性不足的问题。
1.1 升流式厌氧污泥床(UASB)
UASB反应器因其内部高浓度的污泥、高有机负荷、短水力停留时间和较低的运行成本而受到青睐。然而,该反应器启动时间较长,且对颗粒污泥的培养条件要求严格。UASB常用于处理高浓度有机废水。在处理己内酰胺生产废水时,虽然COD去除效果良好,但出水的可生化性并未得到显著提升。为了确保处理效果,需要严格控制反应条件,例如进水负荷波动不超过15%,进水硫酸盐浓度低于1000 mg/L,进水pH值维持在5.5至6.5之间,反应温度保持在30至38℃。为避免硫化物对厌氧污泥产生的不利影响,可以在进水中添加适量的FeCl₃。
1.2 厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)
AAFEB反应器是一种高效的厌氧消化工艺,床层在10%至20%的膨胀率下运行,改善了反应器内的传质条件。载体的小粒径提供了微生物附着的巨大表面积,使得反应器内保持较高的微生物浓度。实验研究表明,升高温度能够提高反应器的有机负荷和去除效果。
1.3 厌氧固定膜反应器
厌氧固定膜反应器内装有固定填料,可以截留和附着大量的厌氧微生物。这些微生物将进水中的有机物转化为甲烷和二氧化碳等产物。该反应器具有微生物停留时间长、抗冲击负荷能力强和运行管理方便等优点。Patel等用单室和多室厌氧固定膜反应器处理未中和的酸性石油化工废水,在有机负荷为20.4kg/(m3·d)时,多室反应器COD去除率达95%,产甲烷量为0.38m3/(m3·d)。在pH为2.5、有机负荷为21.7kg/(m3·d),HRT2.5d时,单室反应器COD去除率达95%,产甲烷量为0.45m3/(m3·d)。另外,他们还用上升流厌氧固定膜反应器进行类似研究,分析了有机负荷和温度对反应的影响。
二、好氧处理
尽管石油化工废水处理中有多种好氧处理方法,但很少单独使用好氧生物处理,而是与厌氧处理相结合。以下是几种最新的好氧处理方法:
2.1 序批式间歇活性污泥法(SBR)
SBR工艺流程简单、污染物去除效果好、占地面积小、运行操作灵活且便于自动化控制,但不适合处理大量废水,且对控制管理的要求较高。
2.2 高效好氧生物反应器(HCR)
HCR反应器融合了高速射流曝气、物相强化传递和紊流剪切等技术,具有深井曝气和污泥流化床的特点。实验表明,HCR启动速度快,氧气利用率高,抗冲击负荷能力强,去除效果稳定可靠。但由于水力停留时间较短,氨氮的去除率不高,且反应器内的污泥易发生非丝状菌膨胀,导致污泥沉降性能较差。
2.3 生物接触氧化
生物接触氧化是在生物滤池基础上发展起来的一种生物膜法,它结合了生物滤池和活性污泥法的优点,负荷变化适应性强,不会发生污泥膨胀现象,污泥产量少,占地面积小,处理方式灵活,便于操作管理。但是,负荷不宜过高,需要定期冲洗以防止堵塞,并且会产生大量后生动物(如轮虫类),这可能导致生物膜瞬时大块脱落,影响出水水质。
2.4 膜生物反应器 (MBR)
MBR是一种将膜分离技术和生物处理技术结合的新型污水处理装置,广泛应用于中水回用和工业废水处理。实验表明,MBR对BOD、悬浮固体(SS)和浊度的去除率可达98%,对COD的去除率可达91%,对石油类、氨氮和磷等污染物的处理效果优于常规二级污水处理,并且稳定性好、剩余污泥量少。
2.5 悬浮填料生物反应器
悬浮填料生物反应器是一种新型生物膜反应器,其核心部分是能在反应器中保持悬浮状态的特殊填料。这种反应器操作简便,具有良好的通气性和过水性,可以强化微生物、污染物和溶解氧之间的传质,提高氧气的利用效率,并且对曝气和布水没有特殊要求。实验结果显示,悬浮填料生物反应器具有较强的充氧能力和抗负荷冲击能力,当填料投加率为50%时,在与普通曝气池相同的条件下,反应器的充氧能力可提高至无填料时的两倍以上,污染物去除效果好,出水水质稳定。
三、组合工艺
石油化工废水具有复杂的污染物种类、含有生物抑制物质和水质情况复杂等特点。因此,单一的好氧或厌氧处理难以满足排放要求,将厌氧(或缺氧)和好氧有效结合的组合工艺更为常用且效果较好。
四、结论
石油化工废水成分复杂、污染物浓度高且难以降解,单一的处理工艺很难达到排放标准。在实践中,隔油、气浮、絮凝、厌氧、好氧、吸附和膜分离等技术被广泛应用,它们的组合既高效又实用。一般采用物化法预处理,厌氧+好氧二级处理,若需要回用,则结合吸附、膜分离等深度处理。未来的研究方向是开发高效、经济、节能的处理技术,并系统地开发不同工艺的有效组合。此外,从工业整体发展趋势和经济效益的角度来看,控制石油化工行业水污染的关键在于:
1.推行清洁生产:遵循循环经济的理念,广泛开展清洁生产,从源头和生产过程中控制和减少污染物的产生。
2.开展废水资源化:将污染较轻的水(如蒸汽冷凝水、锅炉排污水等)或经过处理的中水进行回用,提高水资源的重复利用率。
3.强化末端治理:在积极推行清洁生产和废水资源化措施之后,对于无法回用的废水,采用经济高效的处理技术,进行有效的末端治理,确保达标排放。