CBR法處理高鹽高聚合物海上油田廢水中試試驗

付勝楠，王亮，王照，黃閏帆

（中國海洋石油集團有限公司節(jié)能減排監(jiān)測中心，天津 300452）

近年來，為提高海上油田采油率，在作業(yè)過程中加入大量聚合物[1-3]。聚合物在采油平臺不能有效去除，隨著廢水流向陸地處理廠，導(dǎo)致處理廠廢水中聚合物含量大幅度增加。含聚廢水黏度大、難降解、懸浮物含量高、乳化油穩(wěn)定性高，混凝劑用量大、絮凝效果差，這對污水處理系統(tǒng)造成多方面的影響，目前已成為油田廢水處理的熱點和難點[4-6]。此外，海上油田采出廢水氯離子含量偏高，與普通廢水處理相比，微生物培育和生長困難，加大了海上油田廢水的處理難度。

生物碳粉循環(huán)工藝（CBR法）以粉末活性炭為載體，通過富集或人工固定化微生物，在活性炭表面形成生物膜，構(gòu)成活性炭＋活性污泥一體的新污泥形式，使生化處理能力發(fā)生巨變，具有活性炭吸附與生物降解兩種功能。此外，隨剩余污泥排出的粉末碳經(jīng)再生工藝在系統(tǒng)中循環(huán)，且未見高鹽、高聚合物對活性炭再生產(chǎn)生明顯影響，大大降低了運行成本。此法在煤化工、煉油、石化、有機化學(xué)及制藥、印染等行業(yè)均有運用，尤其對高毒性、生化性差、含鹽高的廢水有良好的處理效果[7]。

為解決高鹽高聚合物海上油田廢水難處理、難穩(wěn)定達標、設(shè)備故障率高等問題，研究采用CBR法對某廠高鹽高聚合物海上油田廢水進行中試試驗，以評估生化中試裝置物耗、能耗、處理成本，以及檢驗設(shè)備處理效果和出水水質(zhì)達標現(xiàn)狀，以期為同類廢水處理提供技術(shù)支撐和借鑒。

1 試驗水質(zhì)現(xiàn)狀

1）聚合物含量高。上游油田在作業(yè)過程中加入大量聚合物，隨廢水流向陸地處理廠，導(dǎo)致終端的廢水中聚合物含量大幅度增加，一般為每升幾百甚至上千毫克，造成原污水處理裝置中大量含聚污油泥和雜質(zhì)堆積。

2）廢水鹽度高。油田采出廢水中氯離子濃度約4 000～4 500 mg/L，礦化度約11 000 mg/L，與普通廢水處理相比，微生物難以生長。

3）COD來源廣、成分復(fù)雜、處理難度大。含有原油開采、油水分離，以及廢水處理過程中添加的多種藥劑，不易被微生物降解。

4）COD濃度較高且有波動。當上游采出過程中注聚、酸化作業(yè)時，COD波動大，物化段入口COD濃度多在300～1 000 mg/L之間變化。

2 CBR工藝概況

2.1 工藝特點

CBR法以粉末活性炭為載體，通過富集或人工固定化微生物，在活性炭表面形成生物膜。由于活性炭具有極強的吸附性能，可迅速吸附水中的溶解性有機物，為微生物提供了充足的養(yǎng)分，在有豐富的溶解氧的情況下，微生物得以生存和繁殖。生物活性炭法就是結(jié)合活性炭吸附與生物降解兩種方法去除污染物的水處理方法。CBR法工藝流程如圖1所示，其具有如下特點：

1）先吸附后降解。該機理使污染物的停留時間與水的停留時間異值，在同等停留時間條件下，污染物停留時間越長，處理效果越好。

圖1 CBR法中試裝置工藝流程

2）微生物活動對活性炭起到再生作用。微生物對污染物的降解，降低了活性炭的吸附負荷，延長了活性炭的使用周期，減少活性炭再生頻率，改善了污染物的處理效果，降低處理成本。

3）運行穩(wěn)定，對COD、BOD5、氨氮、總氮、TOC等污染物去除效率高。由于生物活性炭將活性炭的吸附作用和微生物的分解氧化作用協(xié)同起來，可去除活性炭和微生物單獨使用時不能去除的污染物?；钚蕴繉θ芙庋醯奈?，使得活性炭表面具有催化作用，促進有機物生物降解，而活性炭對水中有毒物質(zhì)的吸附也可減輕水中有害物質(zhì)對微生物的影響，從而充分發(fā)揮微生物的生物降解作用。

4）工藝設(shè)備簡單，占地面積小，且運行管理方便，易于實現(xiàn)完全自動控制，節(jié)省人力。

2.2 技術(shù)比較

CBR法與目前常用的生化＋深度氧化工藝相比具有流程短、投資低、運行成本低、占地面積小、抗沖擊力強等優(yōu)勢，詳見表1。

表1 CBR工藝與生化＋深度氧化工藝技術(shù)對比

續(xù)表

2.3 中試裝置

在某原油處理廠的污水場設(shè)置了一套0.5 m3/h的CBR法中試裝置，為保證活性污泥活性，進水含油不超過30 mg/L，水溫不得高于40℃。中試裝置基礎(chǔ)參數(shù)如表2所示。

3 中試結(jié)果

在中試裝置達到穩(wěn)定運行25天后，進行了為期7天的水質(zhì)監(jiān)測（2018年9月7－13日）。監(jiān)測項目包括COD、石油類、氨氮、總氮、SS、總磷、BOD5、TOC八個主要污染物指標，監(jiān)測方法見表3。

3.1 污染物去除效果

COD、石油類、氨氮、總氮、SS、總磷、BOD5、TOC去除效果見圖2～9。

表3 監(jiān)測分析方法

圖2 COD去除效果

圖3 氨氮去除效果

圖4 石油類去除效果

圖5 總磷去除效果

圖6 懸浮物去除效果

圖7 總氮去除效果

圖8 TOC去除效果

圖9 BOD5去除效果

結(jié)果表明，監(jiān)測期間中試裝置穩(wěn)定運行，出水COD、氨氮、石油類、總磷、SS、總氮、TOC、BOD5八個指標均滿足外排水指標限值要求（限值見表4）。其中COD去除率在85.6%～93.9%之間，氨氮去除率超過99%，石油類去除率在85.3%～97.6%之間，總磷去除率在26.3%～60.0%之間，SS去除率在50.0%～92.4%之間，總氮去除率在89.3%～94.8%之間，TOC去除率在87.9%～89.3%之間，BOD5去除率在92.2%～93.5%之間。可見在CBR工藝的微生物分解轉(zhuǎn)化及活性碳吸附協(xié)同作用下，多數(shù)污染物去除效果穩(wěn)定高效。

表4 原油處理廠污水排放執(zhí)行標準 mg/L

3.2 微生物鏡檢結(jié)果

中試期間對生物膜進行生物相鏡檢，結(jié)果如圖10所示。專性生物膜生物相良好，存在大量的膜帶蟲、漫游蟲、游動鞭毛蟲、鐘形蟲、輪蟲、棘尾蟲、斜口蟲、吸管蟲、玉帶蟲等各類原、后生動物，種類豐富、數(shù)量龐大。專性生物膜生物相豐富，活性良好，為生化系統(tǒng)脫氮除磷、去除各類污染物，以及抵抗高氨氮、高鹽度等各類不良水質(zhì)提供了充足的微生物保障。

圖10 中試系統(tǒng)活性污泥顯微鏡鏡檢情況

3.3 運行成本分析

試驗期間，中試裝置能耗、物耗情況如表5所示。統(tǒng)計結(jié)果表明，在不計入人工、維護和折舊成本的情況下，污水的平均處理費用約5.11元/m3，遠低于目前常用的生化＋深度氧化工藝運行費用。

表5 工藝運行成本核算

4 結(jié)論

中試裝置穩(wěn)定運行，出水COD、氨氮、石油類、總磷、SS、總氮、TOC、BOD5八個指標均滿足外排水指標限值要求，其中COD、氨氮、石油類、總氮、TOC、BOD5去除率較高。可見在CBR工藝的微生物分解轉(zhuǎn)化及活性碳吸附協(xié)同作用下，多數(shù)指標均呈現(xiàn)出穩(wěn)定高效的去除效果。

CBR工藝流程短，占地少，無需復(fù)雜設(shè)備投資和使用大量不同種類的藥劑，系統(tǒng)的操作彈性高，出水水質(zhì)穩(wěn)定達標，一次性投入成本和運行成本較低，污水的平均處理費用為5.11元/m3。

出水懸浮物濃度呈現(xiàn)一定波動，可考慮在末端增加砂濾裝置，以進一步降低懸浮物濃度。