炼油污水处理高效低氧一体化生物反应技术研究与应用
炼油污水因其成分复杂、污染物浓度高且含有大量难降解有机物，一直是工业废水处理领域的重点和难点。随着环保标准的日益严格，传统接触氧化等工艺已难以满足当前污水处理需求，高效低氧一体化生物反应技术凭借其同步脱氮、节能降耗和抗冲击负荷等优势，成为炼油污水处理领域的技术创新方向。本文将系统分析该技术的工艺原理、改造实施、运行效果及综合效益，为炼油行业污水处理工艺升级提供参考。
技术原理与工艺特性
高效低氧一体化生物反应技术是传统活性污泥法的创新升级，通过独特的空气推流系统和低氧环境控制，实现污染物的高效降解与能源节约的双重目标。该工艺的核心在于利用空气作为推动力，在生化池内形成几十倍甚至上百倍的混合液内循环，使进水与大比例回流的已处理废水迅速混合均匀，大幅降低进水污染物浓度梯度，为微生物创造稳定的生长环境。工艺设计上将反应器分为生物选择区、空气推流区和低氧曝气区三个功能区域，其中低氧曝气区通过控制溶解氧在0.5mg/L以下，营造"宏观缺氧、微观好氧"的特殊环境，使单一污泥菌胶团周围形成富氧微环境，既满足硝化菌的需氧要求，又为反硝化创造有利条件，从而实现同步短程脱氮，脱氮效率可达70%以上。
与传统工艺相比，该技术具有四个显著特点：一是在高浓度活性污泥中培养特殊菌种，专门针对炼油污水中难降解有机物；二是通过大比例循环稀释，使单位循环处理的有机污染物量减少，降低处理难度；三是低氧运行显著降低鼓风能耗，相比传统好氧工艺节能30%以上；四是微生物菌群结构和水力特性优化，使活性污泥浓度均匀稳定在较高水平。陕西延长石油集团的改造案例显示，反应器内污泥浓度可维持在4-6g/L，是传统接触氧化法的2-3倍，为污染物降解提供了充足的生物量保障。
空气推流系统是该工艺的关键创新点。基于流体力学原理设计的空气提升器，利用汽提作用实现高倍比循环，提升高度可达10cm左右，达到近乎完全混合的效果，大幅提高系统抗冲击能力。整个系统无需设置硝化液内回流和污泥外回流装置，仅通过三级水力循环即可完成物质传输，既简化了流程又降低了能耗。低氧曝气区采用环形沟设计，泥水在曝气沟内循环流动，混合液通过池壁开孔进入厌氧区，沉淀区污泥则通过水力推动返回厌氧区，形成多级循环体系，有效延长了污泥龄，使硝化菌等生长缓慢的微生物得以富集。
某炼油厂污水处理装置原采用接触氧化工艺作为主要生物处理单元，运行后期出现生物膜结球无法脱落、硝化菌流失等问题，导致氨氮处理能力从15mg/L降至不足5mg/L，大量氨氮降解任务被迫转移至BAF深度处理单元，造成运行负荷过高且难以达标。针对这一问题，技术团队经过充分论证，决定在保留原有生化池结构的基础上，实施高效低氧一体化生物反应工艺改造，既节省投资又缩短工期。
改造实施采用分阶段策略以确保污水处理装置正常运行。具体分为两个阶段：第一阶段改造2#池期间，1#池维持运行；待2#池改造完成并调试稳定后，再进入第二阶段改造1#池，此时由2#池承担处理任务。每个生化池改造内容包括拆除原有生物膜载体和池底曝气头，重新划分为生物选择区（占池容15%）、空气推流区（25%）和低氧曝气区（60%），池体尺寸为37.5m×9.4m×6.1m，有效水深5m。空气推流区设置高效空气推流器，低氧曝气区采用微孔曝气器，通气量控制在0.5-1m³/(m·h)，仅为常规曝气量的10%-20%，通过精准DO控制实现低氧运行。
调试运行阶段充分利用原有系统剩余活性污泥进行接种，每天通过镜检观察微生物生长状况，结合污泥沉降比和浓度数据调整排泥量及溶解氧。改造后的系统表现出快速启动特性，仅用一个月即达到全负荷运行，镜检显示菌胶团结构紧密、原生动物活跃，标志着生物系统成熟稳定。值得注意的是，低氧环境对微生物群落结构产生显著影响，富集了大量耐低氧的硝化螺旋菌(Nitrospira)和反硝化菌(Denitratisoma)，这些菌群在传统工艺中因竞争劣势难以成为优势种群，而在低氧条件下其代谢特性得到充分发挥，成为脱氮的主力军。
工艺控制方面，通过在线DO监测仪实时调控曝气量，将低氧区溶解氧严格控制在0.3-0.5mg/L范围，既满足硝化反应需氧又避免过高DO抑制反硝化。同时恢复硝化液回流（回流比100%-150%），但停止向反硝化滤池投加碳源，利用原水中有机物作为反硝化电子供体，实现碳源优化分配。江苏凌志环保的工程实践表明，这种控制策略可使脱氮对碳源的需求降低约35%，大幅减少外加碳源投加量。
处理效果与运行优势
高效低氧一体化生物反应工艺在炼油污水处理中展现出卓越性能。陕西延长石油集团的运行数据显示，改造后生化池出水氨氮从16.24mg/L降至0.49mg/L，降解率高达97%；总氮从27.15mg/L降至16.23mg/L，去除率提升40%，出水水质稳定达到《石油炼制工业污染物排放准》(GB31570-2015)特别排放限值要求。更值得注意的是，系统抗冲击负荷能力显著增强，当进水COD波动±30%时，出水氨氮变化幅度小于±5%，这主要归功于大比例内循环带来的浓度均化作用和污泥微生物的高适应性。
该工艺在能耗节约方面表现尤为突出。与传统接触氧化工艺相比，高效低氧一体化生物反应技术的鼓风机电耗降低约24%。具体而言，改造前鼓风机运行电流为210A，改造后降至160A，按电价0.5元/度计算，单此一项年节约电费28.2万元。此外，由于脱氮效率提高，反硝化滤池停止投加乙酸钠碳源，年减少药剂消耗3吨，节约成本19.8万元，综合经济效益达48万元/年。低氧运行还带来污泥减量效应，系统产泥率仅为常规工艺的90%，既降低污泥处理费用又减轻环境压力。
在空间利用方面，该技术展现出明显优势。传统A/O工艺需要分设缺氧池和好氧池，而高效低氧一体化生物反应技术在同一池体内实现同步脱氮，占地面积减少30%-40%，特别适合用地紧张的炼油厂进行原位改造。安徽某炼油厂的对比案例显示，处理相同规模污水，传统A/O工艺需占地1200m²，而高效低氧一体化反应器仅需750m²，节省的土地资源可用于其他环保设施建设。
工艺稳定性是另一突出优势。生物膜-活性污泥复合系统通过固定化微生物技术，使污泥浓度维持在8-15g/L，是传统活性污泥法的3-5倍，即使在水质波动±30%的情况下，处理效率仍保持85%以上。载体表面形成的分层生物膜结构（好氧层50-100μm厚，以假单胞菌为主降解油类；厌氧层以甲烷菌分解难降解有机物）实现了污染物的梯级降解，系统总氮去除率可达70-80%。辽宁某石化企业的运行实践表明，采用聚乙烯悬浮填料（投加量30%-40%）的复合系统，对硝基苯的降解率从传统法的45%提升至92%，且启动时间缩短40%。
技术延伸与行业应用前景
高效低氧一体化生物反应技术的适应范围正在不断拓展。除炼油污水外，该技术在石油化工、农药、焦化等行业的难降解废水处理中均展现出良好应用前景。广州石化将该项技术延伸应用于乙烯废碱液处理，通过增设高效预氧化单元，成功破解硫化物抑制难题，COD总去除率提升至90%以上。生物强化技术的引入进一步提升了系统性能，GE公司特种菌剂（含芽孢杆菌、丛毛单胞菌、假单胞菌等）可针对性降解C1-C10烷烃、多环芳烃等炼油污水中典型难降解有机物，使出水COD稳定在30mg/L以内，满足北京地标(DB11/307-2013)严苛要求。
未来发展方向将聚焦于三个维度：一是智能控制升级，通过物联网技术整合DO、ORP、MLSS等多参数在线监测，结合机器学习算法实现曝气量和回流比的精准调控，某中试项目应用智能控制系统后，能耗进一步降低15%；二是载体材料创新，如生物活性炭载体（比表面积900-1050m²/g）和纳米改性填料的开发应用，可提高生物膜附着量和活性；三是工艺耦合优化，与电化学、膜分离等技术组合形成深度处理链条，推动污水回用率从目前的30%提升至60%以上。
高效低氧一体化生物反应技术作为炼油污水处理领域的重大创新，成功解决了传统工艺处理效率低、能耗高、运行不稳定等行业痛点。陕西延长石油集团的工程实践证实，该技术兼具技术改造简便性、运行经济性和出水稳定性三重优势，特别适合已建污水处理设施的提标改造。随着"双碳"目标的推进，该技术凭借其显著的节能降耗特性（吨水电耗≤0.4kWh），将在石油化工行业获得更广泛应用，为行业绿色转型提供关键技术支撑。建议行业从工程标准化设计、智能控制系统开发和特种菌剂培育三个方面持续创新，进一步释放该技术的环保与经济价值。
