技术：石油炼化废水处理技术

技术 | 石油炼化废水处理技术

石油炼化废水是污染较严重和治理领域中处理难度较大的一类工业废水，

其特征是高氨氮，污染物成份复杂、浓度高且多为生物难降解有毒有害有机物，水质、水量的波动幅度大。相比物理法和化学法，生物法具有去除污染物的种

类多，效率高、抗冲击能力强、处理成本低等优点。

目前，针对可生化性差、可生化利用率低的石油炼化废水，石油炼化企业

通常采用A2/O和A/O等常规生物脱氮工艺技术，但这些技术的氨氮去除负荷低、溶解氧消耗量大，而且由于硝化细菌世代周期长，上述单污泥系统运行方式使

氨氮硝化易受复杂的高浓度有机物影响，运行不稳定。新型处理技术，如臭氧

氧化技术，电化学和光化学法与氧化剂(如H2O2,O3和Cl2等)结合使用的技术

尽管对于污水的处理和回用方面存在一定的优势，但由于能耗和处理费用较高，生产上尚未大量应用。

厌氧氨氧化是指在厌氧条件下微生物直接以NH4+为电子供体，以NO2-为电子受体的氧化还原反应，产物为N2。随着水处理技术的不断发展，厌氧氨氧化

技术以其独特的技术优势受到国内外学者的关注。现阶段国内对于石油炼化废

水的处理工艺研究主要集中在A/O生物法曝气生物滤池、臭氧一曝气生物滤池、三元微电解-Fenton试剂氧化法、臭氧一固定化生物活性炭滤池和悬浮填料移

动床生物膜法等技术，但关于将厌氧氨氧化技术应用到石油炼化废水的处理和探究对其菌群影响的研究较少。

本实验利用已具有高效脱氮性能的厌氧氨氧化一反硝化细菌混培物建立生物脱氮反应器进行连续驯化实验，旨在探究石油炼化废水中COD和毒性物质对于脱氮处理应用过程中厌氧氨氧化一反硝化细菌混培物的影响。

1、实验部分

1.1实验装置

本实验装置由原水箱、上向流移动床厌氧氨氧化反应器、反应器进水泵三部分组成。原水箱总容积为20L。反应器材质为有机玻璃，形式为圆筒形，内径为42mm，高为400mm。反应器底部为厚度70mm的承托层，由粒径为2-20mm 砂砾石组成。承托层以上装填80mm高的由厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌为核心的细菌混培菌块构成有效生化反应区。反应器的总容积0.5L，有效反应容积0.11L，运行方式采用上向流。反应器外表面用黑塑料薄膜包裹，以防光线对细菌混培物的负面影响。反应器进水泵为蠕动泵，额定流量为0.2-2.0L/h。具体实验装置见图1。

1.2细菌来源

该反应器中所用厌氧氨氧化一反硝化细菌混培物取自已稳定运行6个月的

厌氧氨氧化生物滤池反应器。生物滤池运行工况:进水温度33℃，进水基质浓

度NH4+-N200mg/L(NO2--N与NH4+-N浓度比为1.0-1.3),TN去除负荷为

13.5kg·(m3·d)-1，三氮化学计量比为NH4+-N去除量:NO2--N去除量:NO3--N

产生量=1:1.34:0.20。

1.3实验原水

实验原水采用人工配制，由石油炼化废水和基础配制原水两部分组成，石

油炼化废水取自天津市大港区某石化企业气浮池出水，基本组分为:NH4+-N浓

度为80mg/L,pH为7.45,COD浓度为675mg/L;基础配制原水由脱除余氯的自来水、NH4Cl,NaNO2,KH2PO4、FeCl3·6H2O和NaHCO3等组成。

配制方法:不同阶段配制的实验原水成分为NH4+-N浓度278.28-

229.93mg/L;NO2--N浓度201.51-319.55mg/L(NH4+-N和NO2--N的浓度据实验

要求按需配制且比例控制在1:1.3左右);KH2PO4浓度10mg/L;NaHCO3浓度

200mg/L;FeCl3·6H2O浓度 4.0mg/L;COD由石油炼化废水带入，不需另行投加。原水的pH值采用2.0mol/L的HCl进行调节。原水配制过程中，为了补充微量

元索，另投加体积分数0.17%的灭菌生活污水。原水成分及反应器运行条件见

表1。

1.4实验方法

实验装置进水流量为0.4L/h，水温为(29士1)℃，通过控制石油炼化废水的添加比例并采用连续进水的方式，将NO2--N与NH4+-N浓度比控制在1.30左右。通过不同阶段石油炼化废水的添加，实现在不断增大难降解COD及毒性物质浓度的情况下，考察以厌氧氨氧化一反硝化细菌为核心的细菌混培物在脱氮生化过程中对COD和毒性物质的耐受能力。同时，以第I阶段中NH4+-N去除量和第II阶段中反硝化总脱氮量分别作为衡量厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌活性指标和变化标准，探究石油炼化废水中COD及毒性物质对厌氧氨氧化一反硝化细菌混培物的影响。

另外，采用聚合酶链式反应(PCR)技术与倍比稀释法(MPN)相结合的MPN-PCR技术，对驯化前后两类主要细菌进行计数，探究驯化前后菌群的数目变化情况。

考虑到反应体系的水力停留时间为1.25h，而针对该反应体系，重点考察的是石油炼化废水对于细菌混培物的影响而非脱氮效率，所以实验中未控制最终出水指标。

1.5分析项目及检测方法

实验分析过程中涉及到的分析项目及检测方法见表2。

MPN-PCR技术将聚合酶链式反应技术与倍比稀释法相结合，选取不同稀释梯度的样品分别做4组不同稀释度的16个平行样进行PCR扩增，根据扩增产物特征碱基序列的电泳条带确定阳性反应，结果用来计算各样品的阳性反应数确定数量指标，然后从MPN统计计算表中查出相应的细菌近似数。

1.6数据处理及分析方法

当采用分光光度法检测COD时，由于实验原理中采用氧化剂和助催化剂，水样中的还原性物质会与氧化剂进行反应，所以测定时，NO2--N可被氧化剂氧化而使测定值比实际值偏高，因此水样实际COD应扣除由NO2--N所导致的COD 误差。在水样COD浓度计算中，采用式(1)的数据处理方法以消除NO2--N的影响。

当采用MPN-PCR结果进行分析计算时，按照MPN法的计数原则，计算样品中的细菌数量:统计出现扩增条带的最后3个连续的稀释度(10^x、10^x+1和10^x+2)，根据这3个稀释度平行样中条带的个数作为数量指标(abc)，从“每毫升稀释液的细菌近似值”MPN表中查询对应的数值，采用式(2)的计算公式来计算细菌数量。

每克菌块中的细菌数量(个/g)=(条带数量指标对应的数值x最后3个稀释度中第1个稀释度的稀释倍数x提取的DNA总量)/菌块质量(2)