摘要：某石化企业在受到高化学需氧量（COD）精甲醇的冲击后，系统COD大幅上涨，且生化系统硝化能力已基本崩溃。文章基于某石化企业的实际案例，探究高效微生物菌剂在受冲击石化企业快速恢复中发挥的作用。案例表明，通过生物强化技术，投加高效微生物菌剂可快速恢复系统处理能力。在近7 d的调试期间，系统的COD由5 000 mg/L降至100 mg/L以内，氨氮由20 mg/L降至1 mg/L以下。该方法的应用能快速恢复生化系统的处理能力，确保出水稳定达标。

　　关键词：石化企业；硝化能力；生物强化法；高效微生物菌剂

　　生物强化法作为一种新兴的污水处理技术，近年来在石化企业污水处理[1-2]领域展现出了巨大的应用潜力。其通过向污水处理系统投入具有特定功能的微生物、营养物或基质类似物，增强系统对污染物的降解能力，针对性解决石化企业污水中难降解有机物和有毒有害物质的处理难题，有效提升污水处理系统的稳定性和抗冲击能力。石化企业污水含有大量难降解物质，如多环芳烃、杂环化合物等，难以利用传统处理技术有效去除，而生物强化法可通过投加具有特殊代谢途径的微生物，实现对相关物质的降解和转化。

　　生化系统受到冲击[3]，是指系统进水指标超过正常进水的30%，导致生化系统处理能力异常、出水指标上涨。某化工煤制氢系统在受到高化学需氧量（COD）精甲醇冲击（COD在40 000～50 000 mg/L）后，COD大幅上涨，同时生化系统溶解氧（DO）显著下降，丧失硝化能力。本文结合某石化公司的现场案例，系统性评估生物强化法在应对石化企业污水冲击时的处理效能，包括对COD、氨氮等主要污染物的去除效果，以及对微生物群落结构和生态功能的影响，探究生物强化法在受冲击系统恢复中发挥的作用。

　　1生物强化法原理与微生物菌剂

　　1.1生物强化法基本原理

　　生物强化法的核心在于通过向原有污水处理体系中人为投加特定微生物，优化并增强系统对污染物的降解及转化能力，提升污水处理效果。其作用机制主要基于以下几方面。

　　首先，在微生物代谢过程中，投加的微生物具备独特的酶系统，能够高效催化分解石化废水中的复杂有机物。假单胞菌属中的一些菌株含有多种降解石油烃类物质的酶，如脂肪酶、氧化酶等。这些酶可将长链石油烃分解为短链脂肪酸和醇类，并进一步代谢为二氧化碳和水。在降解多环芳烃时，微生物通过自身产生的加氧酶，催化多环芳烃发生氧化反应，逐步开环并最终分解为小分子物质，实现对该类难降解有机物的有效去除。

　　其次，微生物间存在复杂的协同作用。不同种类的微生物在污水处理系统中形成了一个相互协作的生态群落[4]。其中，一些微生物能够利用其他微生物的代谢产物作为营养物质，促进彼此生长和代谢。在石化废水处理中，硝化细菌[5]和反硝化细菌[6]间存在密切协同关系。硝化细菌将氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，反硝化细菌则以这些产物为电子受体，将其还原为氮气，实现污水的脱氮处理。这种协同作用不仅提高了污染物去除效率，还增强了系统的稳定性和抗冲击能力。

　　最后，微生物的适应性和进化能力也在生物强化法中发挥重要作用。在石化废水这种复杂且具有一定毒性的环境中，微生物能够逐渐适应并进化出有效的代谢途径和生存策略。一些微生物在长期接触石化废水的过程中，会通过基因突变或基因转移等方式，获得新的降解能力或增强原有降解能力。研究发现，在含有高浓度酚类物质的石化废水中，经过一段时间的驯化，微生物群落中能降解酚类物质的菌株数量会增加，同时会提高对应的降解效率。

　　1.2水处理微生物菌剂种类及特性

　　在石化废水处理中，水处理微生物菌剂主要包括硝化菌种、反硝化菌种、复合菌种等，他们各具特点、功能及适用范围。

　　硝化菌种主要由好氧性细菌组成，包括氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB）等。该类细菌广泛存在于大自然中，在有氧的水中或砂层中发挥重要作用。其主要功能是将污水中的氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，实现对氨氮的有效去除。在石化废水处理中，当废水中氨氮含量较高时，硝化菌能够通过自身代谢活动，将氨氮转化为相对无害的硝酸盐，降低污水的氨氮浓度。硝化菌种对DO和温度较为敏感，适宜的DO质量浓度为2～4 mg/L，温度为25～35℃。

　　2工程概况

　　2.1工艺流程

　　水务运行部污水处理场煤制氢污水处理装置由某工程有限公司设计，于2015年8月建成投产，处理规模达120 m3/h。其中，煤制氢污水100 m3/h；生活污水20 m3/h。采用两级A/O工艺技术，分并列的AB 2列，单列进水60m3/h，单列好氧池池容3 600 m3。该项工艺克服了传统A/O回流比不能过大、反硝化不充分，以及后置反硝化工艺碱度不能利用等难题，具有处理效果好、投资及运行费用较省、动设备较少、控制系统简单等优点。具体处理工艺如图1所示。

　　2.2排放标准

　　生化系统受到冲击，主要影响的是系统氨氮与COD。现场对进出水进行这2项指标的检测，通过氨氮与COD的变化判断系统微生物菌群生长状况与系统恢复情况。现场设计进水COD<500 mg/L，氨氮≤300 mg/L，出水COD<60 mg/L，氨氮≤30 mg/L。系统冲击后出水COD涨至4 800 mg/L，氨氮涨至22 mg/L和72 mg/L。

　　2.3系统问题

　　受高COD精甲醇冲击，生化系统负荷呈倍数增大，导致系统内微生物难以适应来水，且现场二沉池出水跑泥严重，污泥有部分解体。同时，伴随系统内溶解氧质量浓度大幅下降，系统好氧段由好氧状态转变为缺氧状态，无法正常进行硝化反应，几乎丧失COD去除能力，系统几近崩溃。

　　在现场进行活性污泥微生物镜检时，未能观察到活性微生物，同时出现大量已死亡的摩门虫，表明受冲击后，系统内微生物大量死亡。

　　为快速恢复系统硝化能力跟COD去除能力，确保现场正常生产并产水，需在生化池内投加高效微生物菌种进行生物强化，加快系统恢复速度。

　　3调试方案设计

　　在现场进行小试试验，根据小试判断系统能否通过投加菌剂恢复处理能力，并据此制订投菌计划，设计现场调试方案。

　　3.1现场小试

　　3.1.1实验设计

　　实验旨在探究生化系统遭受冲击后，通过投加微生物菌种，能否在短时间内恢复处理能力。

　　实验用水取自现场AB列好氧池末端泥水混合物各2 L，以最大限度与现场情况保持一致。实验菌剂为现场调试的菌剂产品，以保证实验的真实可行性。设计实验共分4组：实验1。1 L A列泥水混合物；实验2。1 L B列泥水混合物；实验3。1 L A列泥水混合物+0.5 mL硝化细菌；实验4。1 L B列泥水混合物+0.5 mL硝化细菌。

　　3.1.2实验数据分析

　　将4组实验同时使用小型曝气设备进行曝气，控制小试条件与现场基本工艺一致，DO为2 mg/L，温度为20℃。于不同时段取样进行氨氮检测，数据变化如表1所示。

　　分析实验1与实验3：24 h时，实验3的氨氮被完全降解，而实验1的氨氮质量浓度在15 mg/L左右，表明在相同起始质量浓度、反应时间下，投加菌剂组的氨氮能被很好地降解，成功恢复系统的硝化反应，而未加菌剂组在受到冲击后，系统硝化能力会受到很大的影响，难以去除来水氨氮。

　　分析实验2与实验4：36 h时，实验4的氨氮被完全降解，而实验2整体降解率只有20%不到，表明系统在受到冲击后虽有硝化能力，但能力很弱，难以保证系统正常运行。

　　3.1.3小试结论

　　4组实验证明，受到冲击后，系统的硝化能力受到了较大的影响，难以去除进水污染物。投加0.5%的高效微生物菌剂[7]可辅助系统快速恢复硝化能力，实现出水稳定达标。

　　硝化菌是一类具有高效降解氨氮能力的微生物。直接在活性污泥中接种硝化菌种，可快速补充活性污泥中硝化细菌的数量，使其达到有效硝化反应的数量级。该类硝化细菌能迅速将氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，恢复硝化系统功能。

　　3.2调试方案设计

　　3.2.1投菌计划

　　调试前期现场A列氨氮在20 mg/L左右。若想尽快恢复系统，按硝化菌最少投加量为2咖计算，计划待系统DO恢复正常后在一列投加720 kg硝化系统，后续通过倒泥恢复另外一条线的硝化能力。

　　方案1：在A列投加720 kg硝化菌，从A列导泥到B列，同时配合再投加剩下的280 kg硝化菌协同增强硝化作用。

　　方案2：在B列投加720 kg硝化菌，剩下的菌剂投加在A列，同时从B列倒泥到A列协同增强硝化作用。

　　3.2.2投菌前准备

　　（1）pH：培菌期间，控制现场各构筑物pH在7~8.5；pH过高时，在前端投加强酸类物质（硫酸）降低pH；pH过低时，在前端投加片碱或纯碱。具体酸碱投加量应根据现场pH变化确定。

　　（2）DO：好氧区溶氧控制在2～3 mg/L。

　　（3）营养物质：微生物生长需要根据现场水质检测情况适当补充营养，如磷源、碳源等。

　　（4）温度：活性污泥法的适宜温度为15～35℃;系统温度在20℃左右。

　　3.2.3菌剂介绍

　　BioPower系列微生物菌剂从自然界筛选，经现代发酵工艺制备而来。菌剂种类均为国家规定的安全菌株类型，属安全、无害、无腐蚀性菌株。该系列菌剂的研制依托华中农业大学农业微生物学国家重点实验室。

　　自养硝化菌（BioPower100）使用参数：DO：2~5 mg/L；温度：10～45℃,最适28～35℃；pH：6.5～8.5；盐度：≤20 000 mg/L。

　　4系统调试情况

　　4.1调试过程

　　结合现场生化池好氧区DO的恢复情况，对现场投菌计划进行适当调整。生化系统B列DO最先恢复到投菌范围，于9.27号投加300 kg菌剂，后续根据现场DO恢复情况与氨氮变化情况进行适当调整。具体投加情况如下。

　　9.27号：A列投加300 kg；9.28号：A列投加300 kg，B列投加200 kg；9.29号：B列投加200 kg。

　　4.2调试结果

　　4.2.1水量变化

　　现场从9.24号受到冲击后开始停止进水闷曝。首先通过对A列进行加消防水稀释，快速降低系统污染物质量浓度的同时降低DO。但后续A列DO恢复较慢，调整思路后，选择对B列进行消防水稀释。系统整体恢复后开始提升水量：最初A列提升水量至20 m3/h，后续逐步提升至最大负荷；B列在投菌恢复后水量提升至30 m3/h，后续提升至60 m3/h。

　　生化系统在4 d内水量提升至最大负荷，出水稳定达标。

　　4.2.2氨氮变化趋势

　　对生化系统AB列的出水氨氮进行监测，绘制数据趋势图（见图2）。调试前期，系统A列氨氮为20～30 mg/L，基本未出现降解趋势；B列氨氮虽有少量下降，但变化较小，在27日投加硝化菌后系统氨氮开始出现明显下降趋势。投菌2 d后，AB列的氨氮已基本降至10 mg/L以下，后续提升水量时配合菌剂投加，氨氮仍稳定在1 mg/L以下。整个调试过程中，向AB列投加自养硝化菌，增加生化系统的微生物相对丰度，帮助建立硝化环境，促使硝化细菌大量增殖，显著提升系统硝化能力[8]。出水氨氮数据迅速降至10 mg/L以下，最终降至1 mg/L以下，且能持续稳定运行。

　　5结语

　　化工煤制氢生化系统在受到高COD冲击后崩溃，完全丧失生化处理能力。通过生物强化法投加高效微生物菌剂，可提高系统微生物相对丰度，快速恢复系统处理能力，相较传统处理方法，该方法可大幅缩短恢复时间，确保短时间内出水稳定达标。

　　在生物相方面[9]，通过长期跟踪观察，发现投加微生物菌剂后，生物相中微生物种类和数量逐渐恢复并增加；原本受到抑制的硝化细菌重新大量繁殖；活性污泥的结构和性能得到改善[10]，絮凝性增强，沉降性能提高。生物相中还出现了一些对油类物质和其他污染物具有特殊降解能力的微生物，进一步提高了污水处理系统的处理效果。

　　生物强化法在应对炼油企业污水处理系统冲击方面，展现出了显著优势。其能快速恢复硝化系统，有效降低氨氮等污染物浓度，改善生物相结构和性能，使污水处理系统在短时间内恢复正常运行，出水水质达到排放标准，为企业稳定生产和环境保护提供有力保障。

参考文献

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　　［2］王凯,马志江,雷才金,等.浅谈石油化工污水处理技术的现状及发展［J］.化工管理,2017(6):148.

　　［3］曲红,赵乐欣,王宁,等.COD冲击对SBR污水处理效果及污泥特性的影响［J］.环境保护科学,2022,48(5):79-84.

　　［4］田雅楠,王红旗.Biolog法在环境微生物功能多样性研究中的应用［J］.环境科学与技术,2011,34(3):50-57.

　　［5］蒋世禄,陆鹏,周伟.关于硝化细菌的问题探析［J］.生物学教学,2017,42(10):69-70.

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　　［7］李喜梅.高效微生物菌剂处理城市污水研究［D］.武汉:武汉大学,2002.

　　［8］李建林,李光辉,马速良,等.碳中和目标下制氢关键技术进展及发展前景综述［J］.热力发电,2021,50(6):1-8.

　　［9］胡家骏,周英群.环境工程微生物学［M］.北京:高等教育出版社,1988.

　　［10］胡小兵,饶强,叶星,等.焦化废水活性污泥法处理中微型动物群落及其与处理性能之间的关系［J］.环境科学学报,2015,35(9):2780-2789.