生化降解和臭氧催化氧化在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫俊

摘 要 石油和天然氣開發(fā)生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的油田污水，主要包括原油脫水污水，鉆井污水等。這部分污水一般會經(jīng)過處理，達(dá)到回注標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行回注。但隨著石油勘探開發(fā)活動增多，所產(chǎn)生污染物增加，對環(huán)境造成的污染也日趨嚴(yán)重。遼寧省外排水質(zhì)新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行后，對外排水水質(zhì)要求有了大幅度提高，為了達(dá)標(biāo)外排，保護(hù)環(huán)境，采油廠引入了生化和臭氧催化氧化技術(shù)進(jìn)行外排污水處理。

關(guān)鍵字 污水外排 生化處理 臭氧催化技術(shù) COD

中圖分類號：Q504 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）01-0029-02

1 前言

錦州采油廠日均開井1542口，年產(chǎn)油量78.4萬噸，其中稀油25.9萬噸，稠油52.5萬噸。全年處理液量1182萬方，處理后的污水用于注水開發(fā)494萬方，鍋爐注汽279萬方，拉水、洗井等回用量149萬方后，仍有260萬方需要達(dá)標(biāo)外排。

錦采污水外排廠2013年開始改擴建，設(shè)計規(guī)模為15000m3/d，工藝技術(shù)路線為“生化+臭氧催化氧化”，出水滿足遼寧省地方污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（DB21/1627-2008），即COD值≤50mg/L，懸浮物≤20mg/L，含油≤3mg/L。2014年12月投產(chǎn)運行以來，主體工藝未能實現(xiàn)達(dá)標(biāo)，生化段和臭氧催化氧化段均未能達(dá)到設(shè)計指標(biāo)要求。

通過自主設(shè)計、施工、建造三級臭氧污水處理罐，利用文丘里管射流負(fù)壓吸附作用，將臭氧吸入與污水充分混合形成“臭氧泡沫水”，提高了臭氧溶解度，增加了臭氧與水接觸面積使其充分反應(yīng)。

取消了臭氧布?xì)夤に?，消除了臭氧進(jìn)入污水的阻力，解決了原布?xì)夤芫€堵塞問題，還使臭氧與污水充分接觸，提高了反應(yīng)效率。三級臭氧罐均低進(jìn)高出，提高了臭氧利用率，COD去除效率由23.7%增至44%，使經(jīng)過臭氧污水處理罐的污水中的COD﹤50mg/L，實現(xiàn)了污水達(dá)標(biāo)外排。

錦州油區(qū)開發(fā)大多數(shù)進(jìn)入高含水期，含水率超過90%，日產(chǎn)液量3.3萬方，外排污水由污水處理廠進(jìn)行無害化處理。原處理規(guī)模10000m?/d，采用活性污泥法處理。于2013年開始改擴建，2014年12月投產(chǎn)運行，新工藝設(shè)計處理量150000m?/d，主要工藝為綜合生化降解、臭氧催化氧化，其設(shè)計COD指標(biāo)生化系統(tǒng)來水≤240mg/L，出水≤95mg/L，去除率60%。臭氧系統(tǒng)來水≤90mg/L，出水≤50mg/L，去除率45%，外排出水≤50mg/L。

該工藝投產(chǎn)運行后，生化系統(tǒng)和臭氧系統(tǒng)均未能達(dá)標(biāo)運行，下表1為處理數(shù)據(jù)：

由于處理指標(biāo)未達(dá)到遼寧省外排指標(biāo)，導(dǎo)致全廠污水無法外排，改用氧化處理，單方處理成本達(dá)到5.6元，2017年污水處理總費用達(dá)1128萬元。為了解決達(dá)標(biāo)排放的問題，降低采油廠處理成本，需要查找運行中存在問題，對系統(tǒng)進(jìn)行研究改造。

2主要研究內(nèi)容

2.1 污水處理原理

2.1.1 生物處理法處理含油污水原理

生物處理法是利用微生物代謝，將分散在污水中的原油、有機物進(jìn)行降解處理，使有機污染物轉(zhuǎn)化成為穩(wěn)定的無害物質(zhì)，最終完全無機化。處理工藝一般采用厭氧+好氧兩段結(jié)合處理，先由厭氧菌去除教易降解的有機物，將難降解的大分子有機物分解成為較簡單的小分子有機物，在通過好氧生物進(jìn)一步將含油污水中有機物去除。

2.1.2 臭氧技術(shù)處理含油污水原理

臭氧是極強的氧化劑，可有效殺滅水中的各種細(xì)菌和病毒。臭氧的強氧化性能將水中的金屬離子氧化，最終水解生成二氧化碳，氮臭氧通過和多種有機物化合反應(yīng)，可氧化降解有機物，達(dá)到凈化污水的目的。[1]

2.2 污水處理系統(tǒng)工藝流程

污水處理站氣浮來水經(jīng)污水緩沖沉降罐進(jìn)行調(diào)節(jié)水罐，自流依次進(jìn)入綜合生化池的水解酸化段、接觸氧化段、二沉池進(jìn)行常規(guī)生物處理去除油、COD，經(jīng)泵提升后進(jìn)入過濾器過濾，經(jīng)臭氧催化氧化反應(yīng)池進(jìn)行氧化反應(yīng)后自流進(jìn)入兼性塘，經(jīng)自然生物降解后達(dá)標(biāo)外排。

2.3 主要工藝內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.3.1 生化池內(nèi)部結(jié)構(gòu)

包括水解酸化段和接觸氧化段，共2座，每座4組，每組5格，每組前2格為水解酸化，后3格為接觸氧化。池內(nèi)設(shè)懸掛式組合填料， 池底設(shè)曝氣裝置。水解酸化段溶解氧濃度0.5mg/L左右，接觸氧化段溶解氧濃度2～5mg/L。

2.3.2 臭氧催化氧化池結(jié)構(gòu)

臭氧催化反應(yīng)池共2組，每組18格，每座有效容積54m3，并聯(lián)運行。池內(nèi)設(shè)布水、布?xì)猓ǔ粞酢庀矗?、出水、放空、反洗、反洗水回收系統(tǒng)，全自動運行。池內(nèi)采用金屬離子負(fù)載型催化。液氧儲罐中液氧經(jīng)減壓穩(wěn)壓后進(jìn)入臭氧發(fā)生室。在臭氧發(fā)生室內(nèi)部分氧氣通過中頻高壓放電變成臭氧，經(jīng)溫度、壓力、流量監(jiān)測調(diào)節(jié)后由臭氧出氣口產(chǎn)出進(jìn)入催化氧化池。

3 技術(shù)創(chuàng)新點及取得成果

3.1 工藝調(diào)整增強細(xì)菌活性

運行初期，生化池水質(zhì)渾濁，處理效果差。實驗室內(nèi)顯示細(xì)菌活性差，無法滿足污水處理需求。

將活性污泥法與生物掛膜法相結(jié)合，增加污泥回收工藝，回收二沉池污泥進(jìn)入生化池，提高生化池處理效果。

同時為增加營養(yǎng)物質(zhì)，通過工藝改造將聯(lián)合站生活廢水引入污水處理系統(tǒng)。

針對錦采地區(qū)水質(zhì)含氧量低的現(xiàn)狀，將好氧池溶解氧2-4mg/L提高到5-6mg/L，增強細(xì)菌活性，提高好氧池處理效果。

3.2 曝氣器結(jié)構(gòu)改造

生化系統(tǒng)運行3個月后，生化系統(tǒng)曝氣量下降，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，曝氣盤堵塞。研究認(rèn)為采油廠污水中含鈣、鎂離子較高，易在空氣曝氣器開孔處形成碳酸鈣、碳酸鎂沉積物，堵塞曝氣孔。

對于生化系統(tǒng)中的曝氣器，將原來的6個微孔擴大為一個6mm的曝氣孔，更換后解決了曝氣器結(jié)垢問題，自2015年7月運行至現(xiàn)在，未發(fā)生堵塞影響生化處理效果的現(xiàn)象。

3.3 臭氧與污水預(yù)混合

污水處理廠來水含有大量硅酸鹽，濃度達(dá)到飽和。在臭氧催化氧化池內(nèi)，大量飽和的硅酸鹽極易在臭氧的布?xì)饪滋幘奂?，在布?xì)饪滋幗Y(jié)垢，從而堵塞布?xì)饪?，致使池?nèi)臭氧供量不足，臭氧催化氧化池處理效果變差。原有設(shè)計無法滿足現(xiàn)場水質(zhì)需求，需要對臭氧催化氧化系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。

將臭氧在催化池內(nèi)與污水混合方式改為進(jìn)入臭氧催化池前端預(yù)臭氧混合。通過文丘里水射器實現(xiàn)污水與臭氧混合，然后再輸送到催化氧化池內(nèi)與催化劑進(jìn)行催化氧化，實現(xiàn)去除污水中COD的功能。主要工藝流程見上圖1。

工藝取消了臭氧催化池底部布氧管，原布氧管垢堵問題不再存在。改造后臭氧與污水混合極為均勻，提高了氧化效率。在生化出水COD平均80.3mg/L情況下，處理后平均COD56.2mg/L，仍未實現(xiàn)達(dá)標(biāo)運行。

通過分析發(fā)現(xiàn)前端過濾泵揚程32米，出口壓力過低，導(dǎo)致在文丘里管水射器處混合不均勻，且易造成返水現(xiàn)象引起臭氧發(fā)生器設(shè)備損壞。在此基礎(chǔ)上，增加一臺增壓泵，實現(xiàn)單獨對臭氧系統(tǒng)增壓，穩(wěn)定流量，壓力在0.4-0.5mpa時，混合效果最佳。經(jīng)實驗日處理量2000立方米，出口COD平均48mg/L，實現(xiàn)達(dá)標(biāo)運行。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況及效果評價

污水處理廠生化系統(tǒng)自2015年10月，改造結(jié)束后生化出口COD76mg/L，一直達(dá)標(biāo)運行。臭氧系統(tǒng)在2017年12月改造后出口平均56.2mg/L，運行中采用生化+氧化方式。于2018年重新投產(chǎn)后日處理量2000立方米污水，出口能夠達(dá)到46.3mg/L，達(dá)標(biāo)運行。因此將運行方式改為生化+臭氧催化+氧化運行，日處理污水6000立方米，其中臭氧催化氧化處理2000立方米，其余部分氧化處理。

5 結(jié)論與建議

（1）原綜合生化降解+臭氧氧化工藝不適合硅酸鹽含量較高的稠油污水處理;（2）硅酸鹽含量較高的稠油污水處理中可采用生化+池外水射器混合臭氧處理方法，最終COD指標(biāo)能夠達(dá)到外排標(biāo)準(zhǔn);（3）文丘里管水射器混合臭氧與污水時，污水壓力在0.4-0.5mpa時效果最佳;（4）該項研究不僅僅適用于稠油污水處理，也適用于其他性質(zhì)的原油污水，同時對將來化學(xué)驅(qū)的含聚污水處理也有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李鳳娟.臭氧催化氧化技術(shù)在水處理中的作用[J].山東化工，2016，45（19）：142-143.

（遼河油田錦州采油廠，遼寧 盤錦 ?121209）