生物法處理采油廢水的研究進(jìn)展

梁 琦，李 思，張金輝

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

在石油開采過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的油田采出水，這些廢水成分復(fù)雜，含有大量烷烴、重金屬、揮發(fā)酚、多環(huán)芳烴、放射性等物質(zhì)，而且我國(guó)現(xiàn)在大部分油田均已進(jìn)入后期開發(fā)，所以采出液含水率越來越高，廢水量也在增加[1]。目前，我國(guó)處理采油廢水的方法主要有隔油、生物法、絮凝、浮選、砂濾、粗?；取Ｉ锓◤U水處理技術(shù)是利用微生物的生化作用氧化分解廢水中的有機(jī)成分，無需投加化學(xué)藥劑，不會(huì)造成二次污染，成本低，因此受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。本文對(duì)目前研究較多的幾種生物處理采油廢水的工藝進(jìn)行了概述，包括：好氧生物處理、厭氧-好氧生物處理以及人工濕地法，并提出了幾點(diǎn)建議，以期為相關(guān)研究提供參考。

1 生物法處理采油廢水的應(yīng)用

1.1 好氧生物處理

1.1.1 活性污泥法

采油廢水成分復(fù)雜，含有大量有機(jī)物和懸浮性固體，礦化度高?；钚晕勰喾ㄊ抢蒙锩笇?duì)有機(jī)物進(jìn)行代謝轉(zhuǎn)化，從而對(duì)廢水進(jìn)行無害化處理[2]。趙天亮[3]等人以中原油田高含鹽采油廢水為研究對(duì)象，采用好氧活性污泥法進(jìn)行處理, 對(duì)曝氣時(shí)間、原水質(zhì)量分?jǐn)?shù)和氯含量等因素進(jìn)行考察, 結(jié)果表明，經(jīng)過馴化的活性污泥可適應(yīng)高含鹽環(huán)境，當(dāng)馴化時(shí)間為4~6 d，含鹽量為15%~45%時(shí)，CODCr去除率可達(dá)90%。馬少華[4]采用加壓法馴化活性污泥來處理聚合物驅(qū)采油廢水。并運(yùn)用了重鉻酸鉀法和稀釋接種法等分析方法，研究隨著曝氣時(shí)間和進(jìn)水濃度的變化，活性污泥廢水中 CODCr、油含量和HPAM的變化情況。結(jié)果顯示，雖然聚合物驅(qū)采油廢水可生化性較差，但當(dāng)控制曝氣時(shí)間為12 h時(shí)，CODcr去除率可達(dá)80%，除油率高于76%。王振宇[5]通過好氧活性污泥法處理經(jīng)過預(yù)處理的采油廢水，并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。通過觀察發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)穩(wěn)定后 COD去除率在 70%以上，多環(huán)芳烴去除率較高，在90%以上。另外作者還考察了酵母菌在采油廢水處理中的作用，雖然現(xiàn)在對(duì)于酵母菌的研究還處于起步階段，但是可以斷定，酵母菌將會(huì)在烴類污染物的去除中起到更重要的作用。

雖活性污泥法處理采油廢水可以達(dá)到較高的COD去除率和油去除率。但是活性污泥法也有一些缺點(diǎn)，例如占地面積大，污泥量大，處理工程量大等，此外，高效降解菌方面開發(fā)研究還不夠，生物反應(yīng)器相對(duì)比較落后。

1.1.2 生物膜法

生物膜法是一種新興的高效采油廢水處理技術(shù)，它充分利用了超濾膜的高效過濾作用，且不需要二沉池和污泥回流系統(tǒng)，具有成本低、能耗少等優(yōu)點(diǎn)[6]。生物膜法主要包括生物濾池、生物流化床和生物接觸氧化等，其中生物濾池具有負(fù)荷高，抗沖擊力強(qiáng)等特點(diǎn)，所以近年來對(duì)生物濾池法的研究較多。趙昕[7]等人通過觀察固定化曝氣生物濾池中鹽度的變化，來研究曝氣濾池對(duì)采油廢水的處理能力。當(dāng)進(jìn)水鹽度為0%~3%時(shí)，系統(tǒng)對(duì)人工合成采油廢水的處理效果良好。通過觀察10 d后不通同鹽度對(duì)微生物載體的影響后發(fā)現(xiàn)，若想使曝氣池中微生物的降解性能達(dá)到最好，鹽度應(yīng)該控制在15%，主要原因是鹽度決定微生物的DNA性能變化。隨后作者又進(jìn)行了進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水鹽度調(diào)為0%~3%時(shí)，石油類、COD、TOC 等有機(jī)物的降解效果才能達(dá)到良好。倪晉仁[8]等對(duì)采油廢水中有機(jī)物在曝氣池中的降解進(jìn)行了研究。通過對(duì)水力停留時(shí)間為4 h的采油廢水進(jìn)行 GC-MS分析后，發(fā)現(xiàn)正十三烷到正三十二烷的烷烴是主要構(gòu)成采油廢水中的有機(jī)物質(zhì)。因?yàn)榻到膺^程中會(huì)有中間產(chǎn)物的累積，所以出水中烷烴類物質(zhì)所占比例下降，相反的芳香族物質(zhì)比例則會(huì)上升。該工藝對(duì)含有四環(huán)和五環(huán)的毒性適中的強(qiáng)溶質(zhì)性物質(zhì)降解率可達(dá)98%，而含有兩個(gè)苯環(huán)的差脂溶性萘的降解效率僅為 66.4%。汪嚴(yán)明[9]等人將帶有復(fù)合微生物的特殊載體運(yùn)用到曝氣生物濾池反應(yīng)系統(tǒng)中，并以此處理采油廢水，利用GC-MS分析水中的污染物成分，通過觀察載體情況來了解曝氣生物濾池處理廢水的優(yōu)勢(shì)。結(jié)果顯示，響應(yīng)值的最高峰出現(xiàn)在21.7 min，且 PUFS 載體固定微生物的固定化曝氣濾池系統(tǒng)可以在鹽度大于0.5%，C∶N∶P=100∶2.58∶0.044的情況下有效的處理石油類有機(jī)污染物，平均降解速率在 90.5%左右。大分子量的烷烴類物質(zhì)可以通過此反應(yīng)系統(tǒng)被切碎成小分子量物質(zhì)。許謙[10]等人采用序批式生物膜法處理油田采油廢水，作者通過加入FYS-5微生物催生劑的方法來迅速培養(yǎng)能處理采油廢水的微生物，這樣不僅可以有效去除有毒有害的物質(zhì)，還能提高處理效率，維持良好的微生物生長(zhǎng)狀況。采用序批式生物膜法可以把絮凝后的廢水 COD 控制在500 mg/L 左右，并能保持進(jìn)水容積負(fù)荷在 0.5 kg COD/(m3·d)，處理后的采油廢水能達(dá)到國(guó)家要求的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，生物膜法不僅可以提高水利負(fù)荷，還能減少污泥產(chǎn)量，高效地處理低有機(jī)負(fù)荷廢水。雖然生物膜法在處理采油廢水方面有一定的優(yōu)勢(shì)，但生物膜法處理廢水對(duì)操作的要求十分的嚴(yán)格，而且一旦處理設(shè)施受沖擊將很難恢復(fù)，所以還有待進(jìn)一步研究和提高。

1.2 厭氧-好氧法生物處理

厭氧-好氧式組合生物處理法可以充分利用微生物的代謝活動(dòng)，對(duì)廢水中有機(jī)污染物進(jìn)行去除。厭氧-好氧法首先通過厭氧段將廢水中的絕大多數(shù)有機(jī)物去除，然后再經(jīng)過好氧段進(jìn)行進(jìn)一步處理。與單純的好氧處理相比，厭氧-好氧運(yùn)行穩(wěn)定，污泥沉降性能好，不會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹，能耗和成本也相對(duì)較低。焦向民[11]等通過好氧—厭氧生化處理技術(shù)對(duì)冀東油田采油廢水進(jìn)行處理。處理后廢水的各項(xiàng)指標(biāo)為：石油類≤5 mg/L、CODCr≤100 mg/L、SS≤70 mg/L，均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，而且該生物處理系統(tǒng)還可以節(jié)約7%費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益也得到了很大提高。李源[12]等通過高溫厭氧-好氧處理工藝對(duì)油田采出水進(jìn)行了處理，實(shí)驗(yàn)過程包括連續(xù)實(shí)驗(yàn)和間歇實(shí)驗(yàn)兩部分，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中的微生物對(duì)溫度很敏感，所以作者為了維持反應(yīng)器的正常處理效果，盡量減小溫度的改變。最終的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，出水CODCr值可穩(wěn)定在120 mg/L 左右，達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。杜衛(wèi)東[13]等利用厭氧酸化與-接觸氧化法對(duì)當(dāng)?shù)厣暂^差的采油廢水進(jìn)行改良。最終數(shù)據(jù)顯示出水BOD5/COD值提高了24.8%，對(duì)廢水中油的平均去除率為57.9%，充分證明了 ABR-BAF工藝能夠很好的處理采油產(chǎn)生的廢水。金明權(quán)[14]等人運(yùn)用厭氧-好氧法對(duì)冀東油田采油廢水進(jìn)行處理，結(jié)果顯示，水力停留時(shí)間為12 h，COD有機(jī)負(fù)荷在0.6~0.7 kgCOD/(m3·d)的條件下，可取得最佳的處理效果，出水COD為65 mg/L，達(dá)到國(guó)家排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)?？偟膩碚f，厭氧-好氧法能有效將采油廢水中的高分子有機(jī)物降解，同時(shí)很好的去除SS，提高其好氧可生化性。但是此方法也有一定的缺點(diǎn)，例如：污泥床內(nèi)有短流現(xiàn)象，這樣會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)處理廢水能力；系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)和負(fù)荷突然變化較敏感，耐沖擊力稍差。

1.3 人工濕地法

人工濕地法是人工設(shè)計(jì)并模擬建造的一種生物處理方法，它通過由基質(zhì)、植物和微生物所組成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)來處理采油廢水。馬堯[15]等人改進(jìn)了傳統(tǒng)的二級(jí)生物處理方法，采用人工濕地法處理新疆油田采油廢水。實(shí)驗(yàn)包括三個(gè)步驟：首先，利用隔油-曬水池，去除廢水中粒徑較小、處于懸浮狀的油粒。其次，利用蘆葦濕地來處理隔油池出水。最后再經(jīng)過生物塘進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終完成廢水的處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過處理的廢水CODMn明顯降低，達(dá)到排放要求。黃翔峰[16]等對(duì)比了水解酸化-人工濕地和水解酸化-好氧-人工濕地對(duì)某油田聯(lián)合站出水的處理情況。結(jié)果顯示，兩種方法均能有效的處理經(jīng)隔油和混凝處理的采油廢水，好氧段可以改善人工濕地的硝化過程，水解酸化可以顯著提高廢水的可生化性，該工藝可以顯著降解廢水中的苯環(huán)類污染物，但對(duì)十六烷酸和癸烯的處理效果不是很顯著。祝威[17]等人利用人工濕地工藝處理勝利油田經(jīng)隔油、混凝處理后的采油廢水，并觀察其生態(tài)毒性的削減情況，研究結(jié)果表明，在水解酸化段水力停留時(shí)間為20 h，好氧段時(shí)間為10 h的情況下，出水COD≤80 mg/L，且經(jīng)過生化處理的廢水毒性大幅削減，說明人工濕地法的運(yùn)用可以很好地改善勝利油田采油廢水?？傊?，利用人工濕地法可以高效的處理采油廢水，降低廢水毒性，而且還能協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展這一國(guó)策。但是人工濕地法占地面積大，對(duì)濕地環(huán)境要求高，操作工程量大，因此還需要進(jìn)一步研究和提高。

2 結(jié) 論

采油廢水是廢水處理工藝中的重要課題。本文對(duì)近年來國(guó)內(nèi)的生物處理技術(shù)進(jìn)行了綜述，筆者建議今后應(yīng)圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：對(duì)活性污泥法及人工濕地法進(jìn)行改善，解決其占地面積大、污泥量大及工程量大等問題；開發(fā)高效適合的降解菌，以滿足生物處理法的需要；增加生物膜法及厭氧-好氧生物法對(duì)外來沖擊的抵抗性能，避免短流現(xiàn)象；運(yùn)用多種方法綜合處理廢水，以提高處理效率；現(xiàn)在采油廢水處理技術(shù)在回注水和外排水的水質(zhì)上仍存在問題，還應(yīng)進(jìn)一步研究；生化處理中有一些菌劑在外排時(shí)應(yīng)該進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止亂排現(xiàn)象。

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