申请日2012.06.13
公开(公告)日2012.10.10
IPC分类号C02F9/14; B01D65/06; B01D65/02
摘要
一种基于MBR的炼油废水生化处理系统及处理方法和膜组件的清洗方法，所述的生化处理系统由好氧曝气池、中间沉淀池、缺氧池和膜生物反应器构成，好氧曝气池供经过预处理的炼油废水进入，好氧曝气池之后相连的中间沉淀池，该中间沉淀池将好氧曝气池的泥水分离，使沉淀污泥的部分排除，部分回流到好氧曝气池中;中间沉淀池之后相连有缺氧池，中间沉淀池中的上清液进入缺氧池并进行反硝化;在所述缺氧池之后相连有构成有机污染物主要去除单元的膜生物反应器;所述MBR系统膜组件的清洗方法包括：空气擦洗、在线反冲洗、在线化学清洗和离线清洗，尤其是采用高低浓度NaClO溶液交替在线清洗，离线清洗采用十二烷基磺酸钠+纯碱溶液的清洗与NaClO溶液清洗。
权利要求书
1.一种基于MBR的炼油废水生化处理系统，该系统由好氧曝气池、中间沉淀池、缺氧池和膜生物反应器构成，其特征在于所述的好氧曝气池(1)供经过预处理的炼油废水进入，并使大量油类物质被吸附在好氧曝气池(1)内的污泥上;所述好氧曝气池(1)之后相连的中间沉淀池(2)，该中间沉淀池(2)将好氧曝气池(1)的泥水分离，使沉淀污泥的部分排除，部分回流到好氧曝气池(1)中;中间沉淀池(2)之后相连有缺氧池(3)，中间沉淀池(2)中的上清液进入缺氧池(3)并进行反硝化;在所述缺氧池(3)之后相连有构成有机污染物主要去除单元、以保证出水指标达到补充循环冷却水标准的膜生物反应器(4)，该膜生物反应器(4)主要由曝气区(5)与膜区(6)组成，所述膜生物反应器(4)采用较长的污泥龄和较高的污泥浓度，并且所述的膜生物反应器(4)与所述缺氧池(3)之间设置有回流管，使膜生物反应器(4)内的混合液回流到所述缺氧池(3)进行反硝化脱氮。
2.根据权利要求1所述的基于MBR的炼油废水生化处理系统，其特征在于所述的好氧曝气池(1)配置有给微生物供氧的好氧池曝气风机(11)，且所述好氧池曝气风机(11)的进气管布置在好氧曝气池(1)的底部;所述的曝气区(5)配置有给活性污泥供氧的曝气区风机(12)，且所述曝气区风机(12)的气管布置在曝气区(5)底部;所述的膜区(6)也配置有供氧和空气扰动用的膜区风机(14)。
3.根据权利要求1或2所述的基于MBR的炼油废水生化处理系统，其特征在于所述的膜区(6)内安装有膜组件(15)，所述膜组件(15)采用中空纤维PVDF帘式膜组件，过滤孔径0.02μm，膜通量15 L/m2·h;所述的膜区(6)还配置有将经过处理的清水抽吸进入清水池的膜出水泵(19);所述的好氧曝气池(1)配置有对炼油废水进行预处理的隔油、涡凹气浮以及溶气气浮废水处理装置。
4.一种利用权利要求1或2或3所述的基于MBR的炼油废水生化处理系统的处理方法，其特征在于所述的经过隔油+涡凹气浮+溶气气浮处理后的炼油废水进入好氧曝气池(1)，生活污水经过提篮格栅(10)去除大颗粒物质及悬浮物后也进入好氧曝气池(1)，生活污水可带来外源性的细菌种群;通过好氧池曝气风机(11)给微生物供氧，但保持低氧状态，即溶解氧低于1mg/L，有利于兼氧微生物生长;吸附有油类物质的污泥在中间沉淀池(2)进行泥水分离，上清液进入缺氧池(3);沉淀下来的污泥部分进行回流，以保持好氧曝气池(1)的污泥浓度，部分以剩余污泥形式排出系统外，以保证污泥吸附油类物质的能力;缺氧池(3)功能主要进行反硝化，由于好氧曝气池(1)停留时间短，硝化菌无法生长，将污泥混合液从膜生物反应器(4)回流至缺氧池(3)，进行反硝化脱氮，采用潜水搅拌机(13)保证系统的混合均匀性;缺氧池(3)出水进入膜生物反应器(4)，膜生物反应器(4)保持低负荷状态，污泥负荷为0.06kgBOD5/kgMLSS·d，定期通过剩余污泥排放泵(17)排放剩余污泥，保持污泥浓度在6~10g/L;通过膜出水泵(19)抽吸，经过处理的清水进入清水池通过回用水泵(22)供水回用，污泥被截留在反应池内。
5.根据权利要求4所述的基于MBR的炼油废水生化处理方法，其特征在于所述的好氧曝气池(1)的水力停留时间为0.2~0.8h，HRT控制在30~40min;污泥龄为0.5~1d，污泥负荷采用2~6kgBOD5/kgMLSS·d，由此污泥可形成世代时间短、活性强、吸附能力强的微生物种群，不溶于水的大量油类物质被吸附在污泥里;为控制所述好氧曝气池的正常运行，保证系统在低氧情况下运行，控制溶解氧在0.5~1mg/L进行。
6.根据权利要求4所述的基于MBR的炼油废水生化处理方法，其特征在于所述的缺氧池进行着反硝化脱氮，HRT控制在2.0h，混合液回流比在100~200%;所述的膜生物反应器(4)是在低负荷运行状态，有机负荷为0.05~0.1kgBOD5/kgMLSS·d;膜生物反应器(4)采用较长的污泥龄，达到15~20d，并保持污泥浓度6~10g/L，超高的污泥浓度将不利于膜污染控制。
7.一种如权利要求4或6所述的膜生物反应器的膜组件的清洗方法，其特征在于所述的清洗方法包括：空气擦洗、在线反冲洗、在线化学清洗和离线清洗。
8.根据权利要求7所述的膜—生物反应器的膜组件的清洗方法，其特征在于所述的在线反冲洗是：膜生物反应器(4)运行抽吸8min，停1min，停止运行时，仅进行曝气，对膜丝进行气洗;每16min，在线反冲洗1次，反冲洗时间1min，反冲洗流量为2倍过滤流量，反冲洗压力低于50kPa。
9.根据权利要求7所述的膜生物反应器的膜组件的清洗方法，其特征在于所述的在线化学清洗是：膜生物反应器(4)采用高、低浓度NaClO溶液进行化学在线交替清洗，每周进行1次采用0.5‰NaClO低浓度溶液的化学在线清洗，每15d进行1次采用3‰NaClO高浓度溶液的化学在线清洗。
10.根据权利要求7所述的膜生物反应器的膜组件的清洗方法，其特征在于所述的离线清洗是：膜生物反应器(4)每半年进行1次离线化学清洗，膜组件在0.5%的十二烷基磺酸钠与0.5%的纯碱溶液中浸泡8h，再放入3‰NaClO溶液中浸泡12h。
说明书
基于MBR的炼油废水生化处理系统及处理方法和膜组件的清洗方法
技术领域
本发明涉及的是一种基于膜-生物反应器(MBR)技术的炼油废水生化处理系统及处理方法和膜组件的清洗方法，用于石油炼化行业炼油废水的深度处理回用的生化处理工艺，属于水处理技术领域。
背景技术
石油作为一种战略资源在国民经济发展中占有举足轻重的地位，但石油的开采以及石油炼制过程中都会产生大量废水，尤其在石油炼制过程中，需对原油进行脱水、脱盐等处理，在此过程中会产生大量成分复杂、含油量高、含盐量高、可生化性差的废水。同时根据国家节能减排的发展战略与石化企业对节水的客观要求，石化企业不仅需要持续减少污染物排放，还需节约水资源，增加水循环使用率，因此，石化企业对于废水资源化具有较高的要求，目前较为先进且应用较多的废水深度处理回用技术以膜分离技术为主。
膜-生物反应器(MBR)作为膜分离技术和传统活性污泥法的结合，与传统工艺相比，MBR具有占地面积小，污染物去除率高，污泥浓度高、泥龄长且产泥量少，产水水质好并可回用，抗冲击能力强，控制比较灵活等优势，在石化废水处理中逐渐得到了重视和应用。一般石油炼化企业对于其生产废水，从源头上进行分质分流处理，形成含油废水及含盐废水两大类。含油废水含盐量少，在不需脱盐工艺的情况下，通过深度处理工艺即可达到回用标准。针对含油废水，石化企业一般采用预处理+A/O生化处理+曝气生物滤池+过滤器+活性炭的方式;而采用MBR工艺，极大的缩短了处理流程，形成预处理+A/O/MBR生化处理的工艺流程，在占地面积、处理效率等方面具有明显的优势。因此，在国内有较多的石化企业采用了MBR工艺作为深度处理回用工艺，主要有：(1)中石化金陵炼化分公司炼油废水处理与回用一期工程，处理规模6000m3/d;(2)中石化金陵炼化分公司炼油废水处理与回用二期工程，处理规模6000m3/d;(3)中石化广州分公司炼油废水处理与回用工程，处理规模7200m3/d;(4)中石化海南炼化公司炼油废水处理与回用工程，处理规模15000 m3/d;(5)中海油惠州炼化公司炼油废水处理与回用工程，处理规模15000m3/d;(6)中石油哈尔滨石化公司炼油废水处理与回用工程，处理规模10000 m3/d。
但采用MBR工艺处理石化炼油废水，主要的难点在于控制膜污染速率、维持膜通量及建立有效的膜清洗方法。MBR膜材料表面会进行亲水性处理，而由于炼油废水中大量油脂性物质的存在会加速膜污染程度。因此，废水进入MBR工艺前会采用两级隔油+涡凹气浮+溶气气浮的除油预处理工艺。通过预处理工艺，进入生化处理的石油类含量会低于15mg/L以下，但由于炼油废水的水质波动较大(受原油批次影响)、气浮操作的不稳定性等原有，经常造成进入MBR生化处理系统的石油类含量达到20mg/L，甚至30mg/L以上，对膜材料造成不可逆的膜污染，加快了膜污染速度，缩短了膜材料寿命。通过研究发现，大量的石油类物质由于溶水性较差，均吸附于污泥之上，造成了污泥性状的改变，在实践中发现，膜表面会粘附较多的污泥，在进行清水冲洗后，膜材料表面仍有油性物质粘附。同时，油性污染物一般需采用碱性物质清洗，但较强的碱性会造成膜材料表面的损伤，因此膜清洗方法的选择是保证膜通量稳定的关键之一。综上，如何通过工艺流程优化，减少油性物质粘附，并建立有效的膜清洗方法，是保证MBR工艺稳定运行的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种用于炼油废水处理的以膜生物反应器(MBR)为核心的基于MBR的炼油废水生化处理系统及处理方法，通过生化处理流程的优化，减轻膜污染程度。
本发明的另一个目的是提供一种用于炼油废水处理中的MBR膜组件的清洗方法，以保证膜材料具有良好的恢复性能，保证稳定的膜通量。
为实现上述发明目的，本发明采用以下的技术方案：一种基于MBR的炼油废水生化处理系统，该系统由好氧曝气池、中间沉淀池、缺氧池和膜-生物反应器构成，所述的好氧曝气池供经过预处理的炼油废水进入，并使大量油类物质被吸附在好氧曝气池内的污泥上;所述好氧曝气池之后相连的中间沉淀池，该中间沉淀池将好氧曝气池的泥水分离，使沉淀污泥的部分排除，部分回流到好氧曝气池中;中间沉淀池之后相连有缺氧池，中间沉淀池中的上清液进入缺氧池并进行反硝化;在所述缺氧池之后相连有构成有机污染物主要去除单元，以保证出水指标达到补充循环冷却水标准的膜生物反应器，该膜生物反应器主要由曝气区与膜区组成，所述膜生物反应器采用较长的污泥龄和较高的污泥浓度，并且所述的膜生物反应器与所述缺氧池之间设置有回流管，使膜生物反应器内的混合液回流到所述缺氧池进行反硝化脱氮。
所述的好氧曝气池配置有给微生物供氧的好氧池曝气风机，且所述好氧池曝气风机的进气管布置在好氧曝气池的底部;所述的曝气区配置有给活性污泥供氧的曝气区风机，且所述曝气区风机的气管布置在曝气区底部;所述的膜区也配置有供氧和空气扰动用的膜区风机。
所述的膜区内安装有膜组件，所述膜组件采用中空纤维PVDF帘式膜组件，过滤孔径0.02μm，膜通量15 L/m2·h;所述的膜区还配置有将经过处理的清水抽吸进入清水池的膜出水泵;所述的好氧曝气池配置有对炼油废水进行预处理的隔油、涡凹气浮以及溶气气浮废水处理装置。
一种利用上述的基于MBR的炼油废水生化处理系统的处理方法，该处理方法是：所述的经过隔油+涡凹气浮+溶气气浮处理后的炼油废水进入好氧曝气池，生活污水经过提篮格栅去除大颗粒物质及悬浮物后也进入好氧曝气池，生活污水可带来外源性的细菌种群;通过好氧池曝气风机给微生物供氧，但保持低氧状态，即溶解氧低于1mg/L，有利于兼氧微生物生长;吸附有油类物质的污泥在中间沉淀池进行泥水分离，上清液进入缺氧池;沉淀下来的污泥部分进行回流，以保持好氧曝气池的污泥浓度，部分以剩余污泥形式排出系统外，以保证污泥吸附油类物质的能力;缺氧池功能主要进行反硝化，由于好氧曝气池停留时间短，硝化菌无法生长，将污泥混合液从膜生物反应器回流至缺氧池，进行反硝化脱氮，采用潜水搅拌机保证系统的混合均匀性;缺氧池出水进入膜生物反应器，膜生物反应器保持低负荷状态，污泥负荷为0.06kgBOD5/kgMLSS·d，定期通过剩余污泥排放泵排放剩余污泥，保持污泥浓度在6~10g/L;通过膜出水泵抽吸，经过处理的清水进入清水池通过回用水泵供水回用，污泥被截留在反应池内。
所述的好氧曝气池的水力停留时间为0.2~0.8h，HRT控制在30~40min;污泥龄为0.5~1d，污泥负荷采用2~6kgBOD5/kgMLSS·d，由此污泥可形成世代时间短、活性强、吸附能力强的微生物种群，不溶于水的大量油类物质被吸附在污泥里;为控制所述好氧曝气池的正常运行，保证系统在低氧情况下运行，控制溶解氧(DO)在0.5~1mg/L进行。
所述的缺氧池进行着反硝化脱氮，HRT控制在2.0h，混合液回流比在100~200%;所述的膜生物反应器是在低负荷运行状态，有机负荷为0.05~0.1kgBOD5/kgMLSS·d;膜生物反应器采用较长的污泥龄，达到15~20d，并保持污泥浓度6~10g/L，超高的污泥浓度将不利于膜污染控制。
一种如上所述的膜生物反应器的膜组件的清洗方法，所述的清洗方法包括：空气擦洗、在线反冲洗、在线化学清洗和离线清洗。
所述的在线反冲洗方法是：膜生物反应器4运行抽吸8min，停1min，停止运行时，仅进行曝气，对膜丝进行气洗;每16min，在线反冲洗1次，反冲洗时间1min，反冲洗流量为2倍过滤流量，反冲洗压力低于50kPa。
所述的在线化学清洗方法是：膜生物反应器采用高、低浓度NaClO溶液进行化学在线交替清洗，每周进行1次采用0.5‰NaClO低浓度溶液化学在线清洗，每15d采用 3‰NaClO高浓度溶液进行化学在线清洗1次。
所述的离线清洗方法，它是：膜生物反应器4每半年进行1次离线化学清洗，膜组件在0.5%的十二烷基磺酸钠与0.5%的纯碱溶液中浸泡8h，再放入3‰NaClO溶液中浸泡12h。
本发明的有益效果体现在：
(1)好氧曝气池(系统O1段)处于高负荷、短污泥龄的运行状态，微生物具有很强的吸附能力。该系统微生物以絮凝、沉淀、网捕等作用去除有机污染物，因此，大量的油类物质将被吸附而去除，从而可大大减缓MBR膜污染速率。
(2)好氧曝气池(系统O1段)微生物活性强、世代期短、适应性强，具有较强的抗冲击能力及恢复能力，对于水质波动较大的炼油废水具有较好的适应能力。
(3)同时好氧曝气池(系统O1段)处于低氧甚至缺氧运行状态下，兼氧微生物可将部分难降解有机物转化为易降解的物质，利于后续生物处理工艺。
(4)MBR系统处于低负荷运行状态下，具有较高的污泥浓度，可保证优良的出水水质，在缩短处理流程的条件下，直接达到深度处理回用的目的。
(5)为保证MBR系统的正常运行，建立了一套有效的膜清洗策略，有效的控制膜污染：空气擦洗与在线反冲洗将有效的减少油脂物质在膜丝上的吸附，高低浓度较低的在线化学清洗可控制微生物代谢产物对膜丝的污堵，而结合炼油废水特点，需要采用特殊的弱碱性溶液对膜组件进行离线清洗，才能有效的控制油脂的污染。