主要介绍以下方面：

一、项目简介

目前针对部分石化废水生化处理单元低碳氮比导致的出水总氮偏高问题，目前通常采取外加碳源的措施加以改善。使用最为广泛的是以甲醇、乙酸、葡萄糖和乙醇为主的传统碳源，另外纤维素类固体碳源等较为廉价的有机物亦是外加碳源的研究热点。传统碳源价格昂贵，占部分石化企业整个运行成本的50％以上。固体碳源在实验室阶段有着大量的研究和理论基础，相比于传统碳源，由于其较差的溶解性和缓慢的释放速率，反硝化速率并不理想。故针对石化废水的处理急需进行新方法、新技术的探索，以改善整个行业中污泥膨胀和脱氮不充分的现象。故本项目针对以上问题利用旋流场的剪切作用和自转特性脱附污泥絮体表面有机质，通过消耗污泥自身的内源碳补充碳源。且成本仅为泵的能耗损失，暂无其他额外支出，经济效益较好。通过开发低成本污泥内碳源释放技术和污水深度处理技术，这不仅能够确保排水达到《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570—2015）环保标准，提高知识产权自主化占有率的大战略，而且可进一步争取更大的国际市场份额具有重要意义，从而提高我国在石化废水深度脱氮处理领域的地位、声誉和国际知名度，产生广泛的社会效益。

本项目研究场地依托镇海炼化，其炼制原油来源复杂、油品劣质化严重，在石化行业具有广泛代表性；加之该企业装置种类、工艺链完善，导致其污水浓度高、组分复杂且较难降解，时常会对现有的污水处理工艺造成冲击。同时，国家于 2015 年 4 月发布了行业排放标准《石油炼制工业污染物排放标准》，要求进一步降低排水中的 COD、BOD、氨氮、SS、TP 等指标，并首次明确限制了出水 TN 浓度要求，该标准自 2017 年 7 月 1 日全面执行。同时由于技术储备需求，需要对生化单元进行改造，以保证出水达标并持续保持工艺先进性，因此对现有典型污水处理单元实施针对性改造迫在眉睫。

生化单元是炼油污水处理场的核心工艺单元，改善生化单元降解效率是实现污水处理厂升级提标的关键。目前国内污水处理场主流仍是九十年代末建立的老A/O池，主要处理炼油区域的汽提净化水和化肥来水等废水。一般老 A/O 目前处理水量稳定在约 90 m3/h，进水 pH 稳定在6-8.5；老 A/O 生化池采用生物膜法，池内污水停留时间约50 小时。运行期间，配套曝气风机的气量设置为 90m3/min，好氧池末端出水 DO 浓度控制在 2-6 mg/L；间歇性向生化池内投加碳酸钠和磷酸钠，以调节池内的碳酸盐碱度和总磷比例，以改善污泥性能。此前，由于排放标准并无出水 TN 限制，为了提高 COD 去除率，老 A/O 池的缺氧段也按好氧运行，因此老 A/O除了污泥吸附少量 TN 以外，并无实质性 TN 去除能力。调研镇海炼化这一典型场所2016 年A/O池的运行结果发现，老A/O 主要进出水水质指标中进水 COD 为 1010±363 mg/L、氨氮为 27.3±12.0mg/L、TN为 33.4±12.7 mg/L、油含量为 30.1±13.5mg/L，而出水 COD 降至 65.6±16.1 mg/L、氨氮为 1.3±4.2mg/L、TN 为 29.2±3.3 mg/L、出水油含量为 12.0±3.1 mg/L。鉴于老 A/O 的运行现状，主要可采取以下途径实施改造：驯化特种污泥以对生化池进行彻底更换、串联新增工艺单元提高污水处理强度、以及优化运行参数和更换曝气设施等微调式改造方案。更换特种驯化污泥并不能确保提高生化降解效率，且将造成成套工艺停工，因此无法满足生产装置连续运行要求；而污水处理厂的占地限制不运行现场新增强化单元；微调式改造尽管也能改善老 A/O 运行，但整体收效甚微，且稳定性并无保证。因此，通过镇海炼化的生化单元调研结果可拓展到其他场所工业废水的处理流程中，存在相同的问题亟待解决，故整个石化废水处理行业急需进行相关生化单元的完善与流程的优化，达到施工量小、不大幅增加设施占地且收效稳定的改造方案，以满足老 A/O 提标要求。

二、合作内容

（一）涉及到的主要相关技术简介

旋流器作为常规非均相分离设备，主要利用其切向进口将线性流动转换为旋转流动，并基于密度差实现两相分离。进一步研究发现，旋流场分散相除了沿轴线公转之外，还会沿自身轴线自转。通过构建微球高速自转的检测方法及装置，利用两台正交分布高速相机构建了微球自转检测的三维同步高速运动分析系统（S-HSMA），并利用微流控技术制备外壳透明且内含对称双球核的单分散示踪微球模拟污泥颗粒，获得了Φ35mm 旋流器柱锥壁面附近微球的自转速度分布。根据流体公转速度径向分布，旋流场中心区域为准强制涡，微球自转速度先随公转半径增大而减小，在靠近壁面时，受边界层强剪切作用而迅速增大，整个旋流场中微球自转方向与公转相反。旋流场中污泥颗粒的自转运动为旋流工艺强化生化过程降解效能提供了契机。基于此创新性理论基础，通过在实验室搭建 2L/h 的 A/O 生化池，以泥水混合液中碳源浓度、蛋白质和多糖组分、污泥活性、氮素降解迁移过程中的关键酶活性变化、残留溶解氧（DO）浓度等参数为指标，并同步对比有无循环内回流液旋流处理过程的生化池连续降解效率差别，系统验证了旋流自转释碳过程对 A/O 池生化降解效率的影响。基于旋流释碳强化生化单元降解效率的系统实验验证及运行强化结论，开发了适用于生化池改造的 HAO 工艺，其核心在于，通过采用旋流单元处理 A/O 过程中经硝化液回流泵提升后的泥水混合液，利用旋流场自转特性将混合回流液夹带的活性污泥絮体表面、及其孔道中覆盖和积累的 EPS 脱附至水体，一方面碳源释放至水体将提高硝化污水中的有机物浓度，为反硝化过程补充碳源；另一方面，旋流场脱附污泥絮体表面及孔道中粘附的胞外多聚物将疏通有机质、营养物和 DO 与微生物细胞的传质效率，从而改善污泥活性；此外，旋流场中的压降分布特型还将加剧混合回流液中残留 DO 的解析，从而改善缺氧池中的缺氧环境。由此，基于泥水混合液旋流处理的释碳、改善污泥活性及降低 A 池 DO 浓度等贡献，HAO 工艺将改善生化过程的脱氮效率。

图1 旋流强化老A/O改造方案示意图

（二）拟合作区域及合作对象

随着我国进口原油劣质化加剧和炼化企业产品工艺链不断延伸，石化废水浓度高、难降解、毒性大等特性趋势日渐显著；加之新出版的《石油炼制工业污染物排放标准（GB31570-2015）》自2017年7月1日全面实施，外排指标大幅提升，炼化企业污水处理厂将需承担更加沉重的负荷。

基于上述炼化企业发展现状，本项目拟承接国内外具有NO_X-N类污染物排放不达标企业以及炼油污水处理场生化单元流程的优化、出水水质的提升等需求的地方，包括化工类、煤业、新能源、油田开采等。针对以上问题通过建立相关工程示范基地，改善生化单元降解效率。开展针对具体工况下设备相关结构适配以及工艺参数的调试，改善污泥性能利用旋流场自转特性将混合回流液夹带的活性污泥絮体表面、及其孔道中覆盖和积累的 EPS 脱附至水体，从而改善污泥活性从而突破末端消极无害化约束而构建石化废水源头资源化处理主动模式的光明前景。

（三）拟合作模式

项目未来可能涉及的合作模式涵盖技术转让、技术许可、合作研发、中试实验、技术融资、技术作价入股等形式。主要针对相关机理的研究以及技术的研发。其实验以及最终的规模化需要依托技术需求型企业进行支持。由于目标市场以及生产方式的特殊性，希望展开的合作模式有技术许可、合作研发以及中试实验。如通过签订合同的方式，向技术受许可企业提供所必需的专利、商标或专有技术的使用权以及产品度的制造权和销售权。帮助技术受许可方掌握技术，协助组织初始生产，帮助选购合适的设备、原材料，协助指导安装调试、工艺流程设计等。受许可企业应向技术许可企业支付使用费，并承担保守秘密等项义务。或与企业技术人员交流学习，促进技术流动，通过我方的知识或知识产权、技术诀窍、设备等作为资本股份，投入合资经营或联营企业，获得部分企业股权。

三、合作案例

对镇海炼化100 m3/h的老A/O生化池实施AOH技术改造，炼油污水从A1池首端进入生化池，经过A池和O池的生物降解后，少量O池末端的出水流向下游排出，大量的出水通过内回流泵提升后回到A池首端，持续循环。通过在回流提升泵和生化池首端之间增设旋流释碳器，利用回流泵的裕量扬程为旋流释碳器提供压降实现活性污泥旋流破散，处理后的硝化回流液绝大部分回至生化池首端，3%的旋流释碳器溢流液为稳定旋流释碳器流场排至第四间好氧池廊道。生化池原有的回流泵至生化池的回流管道保留并加设截止阀，便于在特定工况下实现常规运行与旋流强化运行之间实现切换。

结合老A/O实际运行工况，首先对老A/O池实施了四个月的反硝化驯化调试，池内先前按好氧运行的缺氧池内反硝化运行达到稳定；旋流释碳器投用后，先经历两周的调试运行、再实施半年的长周期连续运行，确保运行稳定。如图5所示，旋流释碳器稳定投运期间（2017年5月22日-2018年6月26日），进水COD为723±115 mg/L、NH4-N为14.1±3.9 mg/L、TN为36.3±3.7 mg/L时，出水COD为48.1±11.4 mg/L、NH4-N平均为0.6 mg/L、TN为15.5±2.2 mg/L。相较常规A/O运行模式，旋流强化单元在内回流液压降仅为0.043 MPa的条件下，使老A/O的出水COD降低了19.1 mg/L、TN去除率提高了11.7个百分点、NH4-N去除效率也略有提高。

图2 旋流释碳器（a）及改造现场实物图（b）

四、环境影响评价

自2017年5月22日 AOH技术提标改造实施以来，老A/0生化池持续稳定运行，改造提标效果显著；通过耦合后续单元，可确保出水达到新版排放要求。通过对镇海炼化120m/h老AO生化单元实施深度脱氮改造，在生化池内回流液段增设旋流释碳器，利用废水在旋流器中的流动，带动活性污泥絮体高速自转和公转，将菌胶团表面和孔道中的有机物释放到水体中，改善了微生物细胞与废水中溶解氧、有机物和营养物的传质效率，增强了微生物生化活性，并提高了污泥絮体对水体中难降解有机物的吸附能力，解决了高浓度难降解有机废水深度净化难题。与提标改造前一年的老A/0运行效率比较，改造老A/0出水平均TN去除率提高十个百分点，炼油废水进水总氮平均为34. 5mg/L, 出水总氮浓度由原来的20. 1mg/L降至16. 7mg/L, 出水氨氮与改造前基本维持稳定；提标改造使老A/0出水接近GB31570-2015,并可显著降低全厂其它难降解废水处理负荷。

采用旋流自转强化废水深度生物脱氮技术对老A/0实施提标改造，不仅产生显著的经济效益，还通过有效降低出水总氮和COD, 从而降低企业周边水体富营养化和产生黑臭水体的风险，持续改善企业周边海域的水环境，更为企业的稳定绿色发展打下良好的环保基础。