現(xiàn)階段新型含油污水處理方法及對比研究

王冰，傅勇迪，許騰文

現(xiàn)階段新型含油污水處理方法及對比研究

王冰，傅勇迪，許騰文

（沈陽建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110000）

綜述了現(xiàn)階段含油污水的污染現(xiàn)狀、來源及危害。較系統(tǒng)地介紹了物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法等含油污水處理方法，并對其優(yōu)缺點(diǎn)、發(fā)展前景進(jìn)行比較。最后介紹了利用改性活性炭纖維作為電極的新型電化學(xué)法處理含油污水。

含油污水；物理法；化學(xué)法；生物法；活性炭纖維

近些年，石油工業(yè)的高速發(fā)展使人們的生活質(zhì)量得到提升，但同樣也對我們居住的環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。在石油開采和煉化過程中所產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)未經(jīng)有效處理直接排放入河流中，使水體受到污染、水質(zhì)逐漸惡化。因此，對于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生含油污水的處理問題變得尤為重要。

1 含油污水的污染現(xiàn)狀

1.1 含油污水的來源及特點(diǎn)

含油污水產(chǎn)生的途徑很多，主要來源于油田開采、石化煉油、鉆井洗井、金屬清洗等過程之中。我國現(xiàn)階段采油的含水率較高，例如大慶油田采油后的出水率可以達(dá)到92%以上[1]。在油田開采過程中常常通過二次采油或者三次采油的方式來得到更高的采油率，其中三次采油中利用的三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)所產(chǎn)生的含油污水成分具有乳化程度較高、黏性強(qiáng)、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，處理時(shí)更加困難[2]。鉆井及洗井廢水含有鉻元素，并且懸浮物多，色度較大。煉油廢水則含有較多的硫化物、氰化物、酚等有害物質(zhì)，如未經(jīng)處理排放后會造成危害[3]。

1.2 含油污水的形態(tài)分類

含油污水中不僅含有油、金屬離子、固體顆粒雜質(zhì)以及各種鹽類等成分，還包含在處理工藝過程中添加的混凝劑、絮凝劑、除垢劑等化學(xué)藥劑的成分。根據(jù)含油污水在處理的過程中油存在形式不同可分為浮油、分散油、乳化油、溶解油[4]。

浮油，因油體本身體積小，缺少范德華力的束縛且比重力小，因此能漂浮于水面，形成油膜，油珠的粒徑一般大于100 μm。

分散油，以細(xì)小的油滴懸浮于水中，其粒徑大約10～100 μm。這類油滴不穩(wěn)定，靜置一段時(shí)間后會由于粒子間的布朗運(yùn)動作用上升而形成浮油。

乳化油，粒徑要小于分散油，油珠的粒徑一般在0.1～2 μm，常常存在于乳化液中。在實(shí)際生產(chǎn)過程中為了增加其穩(wěn)定性，會添加表面活性劑、乳化劑。非極性憎水性油滴在表面活性劑作用下已生成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，從而形成O/W型和W/O型含油乳化粒，使其更加難以處理。

溶解油，油類物質(zhì)以分子的形式溶解于水中，溶解于水中部分油以分散的形態(tài)溶解于水溶液之中。這類油形態(tài)穩(wěn)定，粒徑相對乳化油更小。

2 含油污水的處理方法及對比

2.1 含油污水處理方法

含油污水在處理過程中，一般都是先將容易沉降的固體和液體分離，再將浮油、水以及乳化油進(jìn)行分離。在實(shí)際的處理中，將多種方法聯(lián)用處理效果更好[5]。目前國內(nèi)的含油污水主要針對水中的油類以及懸浮物雜質(zhì)進(jìn)行去除。常用的含油污水處理方法包括：物理法，化學(xué)法以及生物法[6]。

2.2 物理法

2.2.1 重力分離法

重力分離法是利用油水的不相容性以及其密度差進(jìn)行分離的方法。其中油滴的上浮速度是油水分離的關(guān)鍵。重力分離法可分為離心分離法、機(jī)械分離法以及隔油池法。其中隔油池法是最為簡單常見處理方法。隔油池常常應(yīng)用于石化廢水處理工藝之中，在能去除粗顆粒等較大顆粒沉積物的同時(shí)，也能在后續(xù)處理過程中減少對絮凝劑的投加[7]。重力分離法結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行費(fèi)低，但裝置占用面積大，分離能力有限。目前重力分離法主要的發(fā)展前景是來結(jié)合聚結(jié)技術(shù)[8]，改造分離設(shè)備，從而提高分離效率。

莫同鴻[9]等將氣浮分離高效性和水力旋流器分離快特性相結(jié)合，研制出了一種新型的除油設(shè) 備——?dú)庑∮退蛛x器。經(jīng)過氣懸浮油水分離優(yōu)化后，油去除率可達(dá)89.6%。HU[10]等利用聚結(jié)技術(shù)優(yōu)化，將聚氨酯樹脂和纖維素纖維相結(jié)合，這種結(jié)合后的纖維結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，油水分離的效果更好。

2.2.2 膜分離法

膜分離法是通過固體膜表面和液-液兩相分散體系的親和力的不同從而使其分離，主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透等[11]。膜分離法常用于處理乳化油和溶解油，膜分離技術(shù)雖然在含油污水中得到一定應(yīng)用，但在實(shí)際過程中常常會遇到例如膜難以清理、膜污染嚴(yán)重情況等問題。在含油污水處理方面，膜分離技術(shù)應(yīng)該研制結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的膜材料，從而降低膜的受污染程度。應(yīng)將膜分離技術(shù)與其他技術(shù)聯(lián)用來提高含油污水處理效率，以及降低運(yùn)行成本[12]。

MALOGORZATA[13]等發(fā)現(xiàn)膜的親水性能越好，膜受到污染程度越低，因此通過選擇親水性強(qiáng)的膜組件可以在一定程度上降低膜污染。王鐳[14]等采用臭氧活化接枝丙烯酸側(cè)鏈的PVDF材料制備出親水性較高的超濾膜。結(jié)果表明，這種親水性較高的超濾膜能截留85%的煤油。

2.3 生物法

生物法是利用微生物的代謝作用將復(fù)雜有機(jī)物分解成簡單的無害化物質(zhì)從而使水體得到凈化的方法。目前處理工藝中常用到的是活性污泥法與生物濾池法[15]。生物法具有較好的處理效果，但運(yùn)行的周期要相對較長。

石芳[16]利用微生物固定化技術(shù)，在有限空間內(nèi)不僅使功能性菌株產(chǎn)生效能，也使生物穩(wěn)定性得到提升，并提高了對含油污水的處理能力。杜衛(wèi)東[17]等將接觸氧化法和厭氧酸化法聯(lián)用來處理含油污水。結(jié)果表明，經(jīng)過16 h處理，COD去除率可以達(dá)到70%。

2.4 化學(xué)法

2.4.1 化學(xué)破乳法

化學(xué)破乳法是通過投加化學(xué)試劑（例如破乳劑）使乳化類含油廢水破乳從而使油水分離的方法。該方法工藝簡單，處理后水質(zhì)較好，但是藥品用量多，油品不易回收。

2.4.2 光催化氧化法

光催化氧化技術(shù)是使用半導(dǎo)體作為基礎(chǔ)催化劑，以光為能量，將有機(jī)物分解成CO2和H2O。其中，把TiO2和ZnO作為常用的催化劑，且處理效果良好[18]。

李凡修[19]等研究了TiO2在紫外條件下光催化氧化處理含油污水過程中的影響因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)TiO2的投加量為0.5 g·L- 1時(shí)，光催化氧化降解時(shí)間為3 h，聚丙烯酰胺的去除率可達(dá)到90%以上。張運(yùn)鴿[20]在堿性條件下，通過硝酸鋁的水解作用以及雙模板劑（CTAB和PEG-400）協(xié)同作用下，制備出具有雙介孔結(jié)構(gòu)Al2O3/TiO2光催化粒子（AVT），該粒子處理含油污水效果良好。

2.4.3 電催化氧化法

電催化氧化法就是利用具有催化性能的金屬氧化物作為電極，在電解過程中產(chǎn)生羥基自由基來降解污水中的污染物，使其完全礦化為水和二氧化碳等無機(jī)小分子物質(zhì)。電催化氧化法特點(diǎn)：處理效率高，一般在常溫常壓下就可進(jìn)行；無需格外投加氧化還原劑，避免了由于藥劑的投加而引起的二次污染問題[21]。

AHMADI[22]等利用電化學(xué)的方法，將鐵作為電極進(jìn)行含油污水處理，研究了混凝劑聚合氯化鋁（PAC）的投加量以及電流密度對油去除率的影響。結(jié)果表明，在沒有添加助凝劑的條件下油脂的去除率在63%～87%；當(dāng)電流密度在10～11.5 mA·cm-2、添加H2O2和PAC的條件下，油脂的去除率可達(dá)到90%以上。

EL-ASHTOUKHY[23]等利用固定床陽極電化學(xué)反應(yīng)器通過電絮凝方式對含油污水中酚類進(jìn)行處理，研究了pH值、電流密度、苯酚初始濃度、NaCl電解質(zhì)溶液的投加量對酚類化合物去除的影響。研究表明，在最佳條件下，經(jīng)2 h處理后，酚類化合物的去除率達(dá)到90%以上。

2.5 物理化學(xué)法

2.5.1 氣浮分離法

氣浮分離法主要是通過在水中通入空氣等其他氣體，使其產(chǎn)生微小氣泡，氣泡上附著細(xì)小的油珠和固體雜質(zhì)，上浮到水面并形成油渣，然后將其油和污染物去除，其常在處理乳化油中應(yīng)用。目前，常通過改進(jìn)氣浮裝置以及將氣浮法和其他方法聯(lián)用進(jìn)行含油污水處理。

李洪敏[24]等針對模擬油田含油量較高的采油污水，以波紋板油水分離器為基礎(chǔ)，結(jié)合加壓溶氣氣浮的方法對其進(jìn)行除油效果的研究。結(jié)果表明，溫度為50 ℃，進(jìn)水流量為70 L·h-1，加壓溶氣氣浮工藝的除油率可達(dá)86.4%，除油效果明顯。包木 太[25]等將氣浮、生物接觸氧化、超濾3種工藝相結(jié)合方式對油田回注水進(jìn)行處理。結(jié)果表明，經(jīng)過氣浮處理后，回注污水中油質(zhì)量濃度降低至1 mg·L-1以下，再經(jīng)過生化接觸氧化沉降后，回注污水中懸浮物質(zhì)量濃度可以低于20 mg·L-1，超濾產(chǎn)水回收率可以達(dá)到80%以上。

2.5.2 吸附法

吸附法是利用吸附劑對含油污水進(jìn)行吸附降解處理的方法。在吸附處理過程中，最重要的是吸附劑的選擇。應(yīng)選擇具備吸油量大、吸水量較小、吸油速度快并且能夠重復(fù)使用的吸附材料。

劉宇[26]等通過氫氧化鉀活化法制備了花生殼基污泥活性炭，研究其吸附動力學(xué)過程。研究結(jié)果表明，當(dāng)投加這種改性的活性炭2.0 g·L-1時(shí)，油的吸附去除率可提升到93%，且符合二級動力學(xué)模型。焦健[27]等將表面活性劑屬性的有機(jī)陰離子插入水滑石類物質(zhì)LDHs，使親水性的水滑石類物質(zhì)LDHs結(jié)構(gòu)表面轉(zhuǎn)為疏水性，并且水滑石類物質(zhì)表面改性后即能夠保留下來原有的吸附性能，又能提高其對具有疏水性的有機(jī)污染物去除功效，尤其是對含油污水的吸附處理。

3 改性活性炭纖維吸附電解法

3.1 改性活性炭纖維與電化學(xué)結(jié)合

在實(shí)際含油污水處理中，為了達(dá)到良好處理效果會將幾種方法聯(lián)用來提高處理性能，例如臭氧氧化-生物活性炭法。而改性活性炭纖維吸附電解法就是將吸附法和電化學(xué)法聯(lián)用去處理含油污水的一種方法。這種方法利用了活性炭纖維良好的吸附性能和電化學(xué)處理相結(jié)合。通過改性活性炭纖維，以改性后所獲得的優(yōu)異吸附性能、良好導(dǎo)電性能及催化性更好促進(jìn)了電化學(xué)的反應(yīng)，從而可以提高含油污水的處理效率。

3.2 改性活性炭纖維吸附電解法優(yōu)勢

改性活性炭纖維吸附電解法具有很多優(yōu)點(diǎn)：①在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，油的去除率較高；②活性炭纖維作為陽極多次循環(huán)使用仍可得到較高的去除率；③操作容易，方式簡單；④活性炭纖維材料可以通過一定方法進(jìn)行再生處理，節(jié)能環(huán)保，降低成本。

4 結(jié) 論

隨著“碳達(dá)峰”和“碳中和”概念的提出以及人們對生態(tài)環(huán)境要求的不斷提高，含油污水的出水水質(zhì)要求也在不斷的提高，所以采用新型的更加高效、環(huán)保的處理方式方法變得尤為重要。本文已經(jīng)總結(jié)以上幾種現(xiàn)階段含油污水處理方法，但這些方法仍有些許不足之處，針對這些不足，今后的研究應(yīng)從以下幾方面出發(fā)：

1）結(jié)合各種方法的優(yōu)勢部分，吸取長處，通過多種處理工藝聯(lián)用的方式進(jìn)行含油污水的處理方式，進(jìn)而提高處理效率。

2）針對含油污水處理機(jī)理加強(qiáng)研究，深入探索，明確各階段各層次的處理原理與效能。

3）改性活性炭纖維電解吸附法，是一種高效且環(huán)保的含油污水處理方法。隨著吸附和電化學(xué)處理技術(shù)的不斷深入，改性后的活性炭纖維會在含油污水處理中具有良好的應(yīng)用前景。

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Comparative Study on New Treatment Methods of Oily Wastewater at Present

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（College of Municipal and Environmental Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang Liaoning 110000, China）

The pollution status, sources and hazards of oily sewage were summarized.Physical, chemical, physical and biological methods for oily wastewater treatment were systematically introduced, and their advantages and disadvantages and development prospects were compared.Finally, a new electrochemical method using modified activated carbon fiber as electrode to treat oily wastewater was introduced.

Oily wastewater; Physical method; Chemical method; Biological method; Activated carbon fiber

X703

A

1004-0935（2022）04-0490-04

遼寧省教育廳資助基金項(xiàng)目，餐廚垃圾誘導(dǎo)剩余污泥增強(qiáng)L-乳酸菌發(fā)酵性能（項(xiàng)目編號：1nqn202011）。

2021-09-22

王冰（1983-），女，遼寧省鞍山市人，副教授，博士/博士后，2011年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，研究方向：污水微生物脫氮除磷研究、電混凝技術(shù)。

傅勇迪（1997-），男，滿族，碩士，研究方向：電催化氧化技術(shù)。