水解酸化-接觸氧化法對含油污水處理效能研究

劉 璞，魏 利，李春穎，陳忠喜，李建政

(1. 哈爾濱工業(yè)大學，城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室，哈爾濱 150090；2. 哈爾濱商業(yè)大學 能源建筑與工程學院，哈爾濱 150028；3. 大慶油田建設設計研究院，黑龍江 大慶163712)

水解酸化-接觸氧化法對含油污水處理效能研究

劉 璞1，魏 利1，李春穎2，陳忠喜3，李建政1

(1. 哈爾濱工業(yè)大學，城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室，哈爾濱 150090；2. 哈爾濱商業(yè)大學 能源建筑與工程學院，哈爾濱 150028；3. 大慶油田建設設計研究院，黑龍江 大慶163712)

含油污水的處理是油田亟需解決的問題，通過對大慶油田實際含油污水分別進行厭氧處理、好氧處理、厭氧+好氧組合工藝處理以及生物強化后的組合工藝的生物處理，考察水解酸化-接觸氧化工藝運行效果，并對其工藝參數進行優(yōu)化.研究表明，厭氧池的工藝運行參數為：停留時間HRT為10 h，容積負荷為0.73～2.08 kgCOD/(m3·d-1)，溶解氧為0～0.5 mg/L.接觸氧化池的工藝運行參數為：停留時間HRT為12 h，容積負荷為0.22～0.52 kgCOD/(m3·d-1)，溶解氧為2～5 mg/L.該組合工藝條件下，COD去除率為82.6%，出水含油量小于5 mg/L，達到國家污水綜合排放標準(GB8978-1996)中規(guī)定的二級排放標準，對于實際含油污水的處理提供了技術支持.

含油污水；水解酸化；接觸氧化；工藝參數；效能

石油是國民經濟的重要支撐能源，然而在石油的開采、煉化、儲存、運輸過程中會產生大量的含油污水[1-3].這些含油污水具有含水量高、化學成分復雜、油水分離難、可生化性差等問題[4-6]，如果不經過處理達標排放將會對周圍的環(huán)境產生嚴重的影響[7-9].含油污水的漂浮油和溶解油可以被混凝法、氣浮法有效去除，但乳化油卻不易被去除[10-11].高級氧化法、吸附法、膜分離法可以有效地去除乳化油，保障出水水質，但卻存在操作復雜、運行費用高等缺點[12-14].生物法則具有適用范圍廣、運行費用低、操作管理方便、出水水質好等優(yōu)點，成為國內外處理含油廢水的重要方法.李薇等[15]采用UASB-SMBR工藝處理油田采油廢水，COD、石油類污染物、懸浮物、氨氮以及揮發(fā)酚等各類污染物的去除率均在96%以上，工藝出水水質滿足國家污水綜合排放標準.該工藝通過厭氧處理提高污水可生化性，好氧工藝去除水中污染物質，并通過膜過濾組件保障出水水質，處理效果好，但依然存在著膜污染問題.

本文采用水解酸化-生物接觸氧化工藝，利用生物接觸氧化其兼具活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點，進一步研究厭氧+好氧生物法處理含油污水的可行性問題，通過研究不同處理工藝、不同運行條件對含油污水的處理效果，為實際生產應用提供理論支撐和技術保障.

1 材料與方法

1.1 試驗用水

試驗所用的污水取自大慶油田采油九廠某聯合站，油井產出液經三相分離器分離后，含油污水泵入試驗室自然沉降罐，沉降去除部分油、懸浮物及其他污染物，出水進入生物處理試驗系統(tǒng).該污水普通水驅含油污水，不含聚合物.主要指標如下：溫度40～42 ℃，pH為8.1～8.4，CODcr為258～692 mg/L，BOD5為12.2～135 mg/L，石油類質量濃度為25.6～565 mg/L，現場取水室內試驗.

1.2 試驗裝置

反應裝置由厭氧水解池、接觸氧化池和二沉池組成.厭氧水解池的外形尺寸為400 mm×400 mm×800 mm，有效容積為100 L，填料為復合型填料，填料體積約為15 L.接觸氧化池外形尺寸為600 mm×300 mm×600mm，有效容積為80 L，填料為復合型填料和硬性填料，比例約為4∶1，填料體積約為60 L，氣泵功率為12 W，曝氣量為1 L/min.二沉池外形尺寸為250 mm×200 mm×600mm，有效容積為20 L.試驗所用設備采用有機玻璃制成，便于觀察.試驗用管道為DN15 mm膠皮管，用閘閥和針型閥控制流量，用加熱棒和溫控儀控制水溫(35±1) ℃.

1.3 檢測方法

CODcr(化學需氧量)質量濃度測定采用重鉻酸鉀法(GB 11914-1989)；BOD5質量濃度測定采用稀釋與接種法(GB 7488-1987)；石油類質量濃度測定采用紫外分光光度法(SY/T0530-93).

1.4 試驗方法

研究主要分為四個階段：1)特異菌種的分離、篩選、接種、培養(yǎng)、馴化階段；2)厭氧反應器、好氧反應器單獨運行階段；3)厭氧反應器+好氧反應器組合運行階段；4)生物強化的厭氧反應器+好氧反應器組合運行階段.維持進水負荷，通過監(jiān)測出水水質來判斷反應進行狀況，當初水穩(wěn)定時，說明系統(tǒng)啟動完成.通過改變系統(tǒng)運行工況，如水力停留時間、反應溫度、進水pH等，對系統(tǒng)產生沖擊負荷，觀察系統(tǒng)的抗沖擊負荷能力.組合工藝流程如圖1所示.

圖1 厭氧+好氧組合工藝流程圖

2 結果與分析

2.1 厭氧單獨運行處理效能

在厭氧生物反應器中接種厭氧污泥和復合功能工程菌種菌液，反應池注滿含油污水，密封運行，并用蠕動泵維持反應器內液體循環(huán)，保證良好的固液接觸，水力停留時間設置為4 d，恒溫35 ℃條件下連續(xù)培養(yǎng)15 d進行污泥馴化. 厭氧反應器采用間歇進水的方式運行，試驗連續(xù)進行10 d，溫度維持在35 ℃，進水pH為7～8，前5 d維持水力停留時間為48 h，后5 d將水力停留時間改為24 h，并檢測進出水的CODcr質量濃度，確定反應器的運行效果.如圖2所示，水力停留時間為48 h時，原水為364～395 mg/L，出水為202～248 mg/L，去除率為33.5%～44.2%，平均去除率為39.5%.水力停留時間為24 h時，原水為364～395 mg/L，出水為258～313 mg/L，去除率為14.0%～34.7%，平均去除率為24.5%.水力停留時間為24 h時，厭氧反應器的處理效果不穩(wěn)定，且處理效率低，明顯低于水力停留時間為48 h時的運行效果.

圖2 厭氧反應器單獨運行處理效能

2.2 好氧單獨運行處理效能

在生物接觸氧化池中加入好氧活性污泥和復合功能工程菌種，反應池注滿含油污水，進行曝氣處理，恒溫35 ℃條件下連續(xù)培養(yǎng)48 h.連續(xù)培養(yǎng)過程中反應器內生物量逐漸增加，為了進一步提高生物量.關閉及好氧反應器曝氣設備，經過靜置后排掉上清液，重新注入含油污水進行培養(yǎng)馴化，培養(yǎng)周期為24 h，連續(xù)培養(yǎng)3 d.之后生物接觸氧化池連續(xù)運行，水力停留時間為24 h，連續(xù)運行10 d.

經過15 d的微生物培養(yǎng)和馴化后，進入好氧生物接觸池的低濃度含油污水經處理后，逐漸由灰黑色、渾濁、有刺激性氣味，變?yōu)槌吻?、無色、無刺激性氣味.通過鏡檢發(fā)現最終系統(tǒng)內形成以鐘蟲類占優(yōu)勢，與游動型纖毛蟲、鞭毛蟲及細菌共同組成的微生物群落.好氧生物接觸池分別在水力停留時間為20、16、12 h的工況下運行2、3、5 d.如圖3所示，原水為322～393 mg/L，出水為140～191 mg/L，去除率為51.0%～62.8%，平均去率為58.6%.隨著水力停留時間的縮短，出水水質一直保持相對穩(wěn)定，說明系統(tǒng)的微生物群落結構已經趨于穩(wěn)定，可以承受該運行負荷.

圖3 好氧反應器單獨運行處理效能

2.3 厭氧+好氧聯合處理效能

厭氧+好氧組合工藝在溫度為(35±1) ℃，厭氧池水力停留時間為8 h，好氧生物接觸池水力停留時間為12 h的工況下連續(xù)運行35 d. 如圖4所示，進水的CODcr為235～435 mg/L，厭氧出水的CODcr為129～274 mg/L，好氧出水的CODcr為52.5～146 mg/L.在整個運行過程中，進水的水質有較大的波動，隨著工藝運行時間的推移，厭氧出水和好氧出水的水質都是在穩(wěn)步改善的，只有少數幾天發(fā)生波動.在反應器運行穩(wěn)定的最后10 d，厭氧反應器的CODcr平均去除率為52.1%，好氧反應器的CODcr平均去除率為51.8%，組合工藝的CODcr平均總去除率為76.8%.組合工藝系統(tǒng)運行效果穩(wěn)定，處理效果較好，出水CODcr可以穩(wěn)定在50～100 mg/L.

圖4 厭氧+好氧組合工藝運行處理效能

2.4 生物強化處理效能

采用已經運行穩(wěn)定的厭氧+好氧反應器的污泥作為優(yōu)勢菌種提取的泥樣，重新構建復合功能工程菌種.分別將厭氧優(yōu)勢菌種菌液加入到厭氧生物反應器，將好氧優(yōu)勢菌種菌液加入到好氧生物反應器，直接采用原水進入反應器，連續(xù)馴化30 d，將總水力停留時間依次減少，取值分別為48、24、16、8 h.系統(tǒng)穩(wěn)定后，檢測原水、厭氧出水、好氧出水中的CODcr、BOD5、石油類質量濃度.

2.4.1 生物強化處理CODcr處理效能

該污水BOD5/CODcr值為0.05～0.20，可生化性很差. 如圖5所示，進水的CODcr為369～437mg/L，厭氧出水的CODcr為280～343 mg/L，好氧出水的CODcr為61.6～96.1 mg/L，總CODcr去除率為77.1%～86.3%，平均總去除率為82.6%.經過生物強化處理后的組合工藝，運行效果更加穩(wěn)定，承受的CODcr負荷更高，出水水質CODcr質量濃度依然可以穩(wěn)定在50～100 mg/L，處理效率也比微生物強化前有所增加.

圖5 生物強化處理CODcr處理效能

2.4.2 生物強化處理石油類處理效能

如圖6所示，水驅含油污水中所含的石油類物質容易被降解，盡管進水的石油類質量濃度變化幅度較大為44.3～227 mg/L，但是厭氧出水和好氧出水均保持相對穩(wěn)定，分別為11.6～40.2 mg/L和0.52～5.23 mg/L，工藝的平均總去除率高達96.3%.厭氧反應器的污泥床層對于石油類物質具有吸附作用，可以降低厭氧出水的石油類質量濃度.同時厭氧反應器具有使復雜有機物厭氧消化，開環(huán)斷鏈形成易降解小分子的作用，有利于后續(xù)好氧生物接觸氧化去除石油類物質.

圖6 生物強化處理石油類處理效能

3 結 論

通過采用水解酸化-生物接觸氧化工藝的含油污水處理試驗，工藝運行穩(wěn)定，處理效果良好，得出以下結論：

1)大慶油田水驅含油污水的BOD5/CODcr的比值在0.2左右，可生化性差，通過篩選高效特異工程菌種接種，可以達到去除污染物的目的.

2)厭氧水解+好氧接觸氧化組合工藝可以有效地降解污水中的污染物，使出水達到國家污水綜合排放標準(GB8978-1996)中的二級污水排放標準.

3)該工藝處理適用范圍廣、占地面積小、運行操作簡便、污泥產量少，可推廣用于難降解污水的處理.

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Study on treatment performance of oily wastewater by hydrolysis acidification-contact oxidation process

LIU Pu1, WEI Li1, LI Chun-ying2, CHEN Zhong-xi3, LI Jian-zheng1

(1. State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China; 2. School of Energy and Civil Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150028, China; 3. Daqing Oil-field Design and Research Institute, Daqing 163712, China)

Oily wastewater treatment is an urgent problem to be solved for oil-field .In this paper, anaerobic treatment, aerobic treatment, anaerobic/aerobic treatment and bioaugmentation combined process treated practical oily wastewater from Daqing oil-field separately, and the main research had been emphasized on the operation effectiveness and the optimization of operation parameters of the hydrolysis acidification-contact oxidation process. The results suggested that the optical parameters for anaerobic tank was that HRT 10 h, volume load 0.73～2.08 kgCOD/(m3·d-1), dissolved oxygen 0～0.5 mg/L; and HRT 12 h, volume load 0.22～0.52 kgCOD/(m3·d-1), dissolved oxygen 2～5 mg/L for the contact oxidation tank. Under the conditions of combined process, the removal rate of COD reached at 82.6%, and oil content in effluent was less than 5 mg/L, which could meet the secondary standard of national comprehensive wastewater discharge standard (GB8978-1996), which indicated that this process could provide technical support for the practical oily wastewater treatment.

oily wastewater; hydrolysis acidification; contact oxidation; process parameters; performance

2015-10-30.

國家自然科學基金(50908063)；城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室基金(2015TS07)

劉 璞(1900-)，碩士，研究方向：環(huán)境微生物以及污水處理.

魏 利(1978-)，博士，講師，研究方向：環(huán)境微生物以及污水處理.

X703

A

1672-0946(2017)01-0015-04