陳 蘇

（遼寧省石油化工規(guī)劃設計院有限公司廣東設計院， 廣東 惠州 516000）

SIDMBR在石油廢水處理中的應用研究

陳 蘇

（遼寧省石油化工規(guī)劃設計院有限公司廣東設計院， 廣東 惠州 516000）

在膜生物反應器基礎上發(fā)展形成的序批式斜板動態(tài)膜生物反應器（Sequencing Inclined Dynamic Membrane Biological Reactor，SIDMBR）有其獨特的性能。試驗研究了140目不銹鋼絲網為基材在曝氣池內形成生物動態(tài)膜的啟動過程和除污性能, 并考察了穩(wěn)定運行階段，停留時間為24 h，厭氧4 h，好氧20 h，溶解氧量為3 mg/L時，SIDMBR對石油廢水中COD、氨氮和石油的去除效果。結果表明：馴化期間反應器中COD、氨氮的去除率先急速下降再緩慢回升，石油的去除率先緩慢上升后快速上升，直至達到穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定運行階段COD、氨氮和石油的平均去除率分別為93.9%、93.5%和99.0%。

膜生物反應器；石油廢水；去除率

石油廢水具有排放量大且危害嚴重的特點，其主要來源為煉油工業(yè)和采油工業(yè)。無論是在石油生產、精煉、儲存、運輸，還是在使用過程中都會產生大量的石油廢水。石油廢水成為重要的工業(yè)污染源之一，其中所含的大量油類、懸浮物、重金屬等物質對土壤、水生生物、農作物生長和人體健康等危害都很大[1,2]，因此，石油廢水的處理直接關系到企業(yè)的生存與發(fā)展。

近幾十年來，膜技術發(fā)展迅速。在國外，膜技術已廣泛應用于含油污水中乳化油、溶解油的去除和脫鹽的研究與工業(yè)化試驗[3-7]。該工藝特點如下：具有高效的固液分離作用，出水中懸浮物等固體雜質含量很低；污泥濃度高，容積負荷高；生物種群豐富，污染物去除效果好；采用模塊化設計，占地面積?。徊僮骱唵?，可實現(xiàn)全程的自動化控制。

本研究采用SIDMBR處理石油廢水，選用COD、NH4+-N和石油的去除率作評價指標，對SIDMBR處理石油廢水的進行了啟動階段試驗研究和穩(wěn)定階段試驗研究，并對動態(tài)膜進行鏡檢，從而為該技術在實際石油廢水處理中的應用提供了理論依據。

1 試驗材料和裝置

1.1 試驗水樣

采用人工模擬石油廢水作為試驗用水，取一定量的原油與配制好的溶液于超聲波清洗器中震蕩混合2 h，調節(jié)混合液的pH值為6.8～7.2。

1.2 活性污泥

試驗采用的活性污泥取自蘭州市安寧-七里河污水處理廠的曝氣池。

1.3 試驗裝置

試驗裝置為一體式動態(tài)膜生物反應器，即將由不銹鋼（140目）絲網構成的膜組件放置于有效容積為400 L的生物膜反應器內[8]。SIDMBR是對常規(guī)膜生物反應器的改進，將動態(tài)膜組件傾斜17°安裝在反應器，并加以固定，利用斜板沉淀池的原理達到增強固液分離效果的目的。

2 試驗方法

2.1 檢測項目及分析方法

COD：重鉻酸鉀法，（GB/T16488 -1996）；NH4+-N：水楊酸-次氯酸鹽光度法[9]；石油：紫外分光光度法；DO：HACH Sension6 DO儀。

2.2 反應器的啟動方法

在生物法處理污水過程中，整個工藝正常運行的先決條件是存在足夠的優(yōu)勢微生物，這樣才能達到高效穩(wěn)定的處理效果，因此反應器的啟動過程就顯得尤為重要，啟動的成功與否直接影響到后續(xù)處理[10]。

本試驗反應器的啟動過程分為3個部分：（1）反應器的調試；（2）動態(tài)膜的掛膜；（3）活性污泥的馴化。

2.2.1 反應器的調試方法

在膜反應器系統(tǒng)正式運行前進行反應器的調試。主要是查驗各種設備的安裝、膜組件安裝高度和反應器中水位高度是否符合設計要求；查看整個膜生物反應器系統(tǒng)的自動控制及其它設備的運行情況，在反應器處于運行狀態(tài)時，整個系統(tǒng)是否能完整地自動完成間歇進出水和曝氣等流程。

2.2.2 動態(tài)膜掛膜方法

采用人工模擬生活污水作為掛膜試驗用水。首先將少量接種污泥與模擬生活污水混合后倒入反應器，靜置24 h不曝氣，然后反應器在小氣量條件下運行24 h，再靜置2h后將反應器中呈懸浮態(tài)狀的微生物排掉，再加入配好溶液重復以上步驟。經過7 d的悶曝培養(yǎng)通過肉眼可以看到反應器中的動態(tài)膜表面已生長了薄薄一層黃色生物膜改為連續(xù)曝氣培養(yǎng)。調整曝氣量，停留時間控制為24 h。

2.2.3 污泥馴化方法

污泥馴化采用逐漸增加石油廢水的濃度逐漸施加壓力的方法[11]。本試驗中每天從反應器中取出160 L處理過的水，第一天加入40 L生活污水，從第二天開始加入石油廢水，以增加16 L/d，10 d天后進水全為石油廢水。

2.3 反應器的穩(wěn)定運行方法

反應器采取SBR方式運行，2 d 1個周期，每周期24 h，厭氧/好氧組合運行，分為：厭氧4 h，好氧20 h，不設攪拌和沉淀，運行1 d閑置1 d。每周期出水400 L，溶解氧量為3 mg/L。穩(wěn)定運行15 d，考察SIDMBR對污染物的去除效率。

3 試驗結果與討論

3.1 馴化期間的處理效果

馴化期間，系統(tǒng)在溶解氧量為1 mg/L的條件下運行，考察SIDMBR對污染物的去除特性。馴化開始階段，隨著石油濃度的增加，部分污泥解體直至死亡，表現(xiàn)為污泥松散，大塊上浮。約一個星期后，污泥上浮情況基本消失。繼續(xù)添加污水進行馴化，同時檢測進出水COD、氨氮、石油含量指標，以確定馴化的進展情況。

從圖1-3可以看出，馴化開始階段，活性污泥有較好的活性，氨氮、COD的去除率較高（此時COD主要來自生活污水），保持在70%左右。

圖1 馴化期間COD的去除效果Fig.1 COD removal efficiency during the domestication

圖2 馴化期間氨氮的去除效果Fig.2 NH4+-N removal efficiency during the domestication

圖3 馴化期間反應器對總油的去除效果Fig.3 Oil removal efficiency during the domestication

當繼續(xù)增加石油廢水，活性污泥受到較大的抑制，COD去除率降低至10%左右，氨氮去除率降低至7%左右。從第4 d左右，石油開始降解，并呈直線上升狀態(tài)，第14 d達到70%左右。隨著培養(yǎng)時間的增加，污泥的活性逐漸提高，COD、氨氮和石油的去除率提高并保持穩(wěn)定。

3.2 反應器穩(wěn)定運行研究

系統(tǒng)在停留時間為24 h時，厭氧4 h，好氧20 h，溶解氧量為3 mg/L的運行參數下穩(wěn)定運行一定時間，考察SIDMBR對污染物的去除特性。

3.2.1 對COD的去除效果

圖4表示SIDMBR對COD的去除效果。進水COD保持在750 mg/L左右。

圖4 COD的去除效果Fig.4 COD removal efficiency

從圖 4可以看出:當 COD進水濃度保持在704～786 mg/L時，出水水質較穩(wěn)定，COD出水濃度在 37～54 mg/L之間變化，系統(tǒng)的 COD去除率92.9%～94.7%之間變化，這說明反應器有較強的COD去除能力，能夠穩(wěn)定系統(tǒng)的出水水質。

動態(tài)膜對COD的去除主要是通過兩個方面:一方面，膜本身的孔徑和斜板膜具有截留作用，另一方面，膜組件置于反應器中，在運行過程中膜表面逐漸粘附了一層污泥層，相當于在表面形成了生物膜，污水在穿過污泥層時，水中的COD被微生物進一步降解利用。

3.2.2 對氨氮的去除效果

圖5 氨氮的去除效果Fig.5 NH4+-N removal efficiency

圖5表示SIDMBR對氨氮的去除效果。進水氨氮濃度保持在70 mg/L左右。

圖5給出了SIDMBR各部分對氨氮的去除過程及效果，由圖5可以看出，當氨氮進水濃度保持在62.2～75.9 mg/L時，出水水質較穩(wěn)定，氨氮出水濃度在 37～54 mg/L之間變化，系統(tǒng)的氨氮去除率在92.6～94.1%之間變化，這說明反應器有較強的氨氮去除能力，能夠穩(wěn)定系統(tǒng)的出水水質。

3.2.3 對石油的去除效果

圖6表示SIDMBR對石油的去除效果。石油進水濃度保持在150 mg/L左右。

圖6 石油的去除效果Fig.6 Oil removal efficiency

從圖 6中可以看出，當石油進水濃度保持在141.7～174.0 mg/L時，出水水質較穩(wěn)定，出水中含油量基本穩(wěn)定在 2 mg/L以下，石油去除率在98.6%～99.2%之間變化。

在反應器中，對石油的去除主要是依靠生物膜中的微生物對水相中的石油作用來完成的。微生物在適宜條件下能夠以石油為碳源生長，對石油進行有效降解。在新陳代謝過程中，依靠細胞分解代謝作用和酶的作用，能將石油最終降解為二氧化碳和水。

4 結 論

a）反應器的啟動過程分為反應器的調試、動態(tài)膜的掛膜和活性污泥的馴化3個部分，通過以上步驟成功啟動反應器，并能較快達到穩(wěn)定、高效的除污效果。

b）穩(wěn)定運行時反應器對污染物具有較好的處理效果，采用SDMBR處理工藝，在停留時間為24 h時，厭氧4 h，好氧20 h，溶解氧量為3 mg/L時，COD、氨氮和石油的平均去除率分別為 93.9%、93.5%、99.0%。出水水質完全可以滿足《污水綜合排放標準》GB8978-1996的一級標準中 COD≤60 mg/L，油≤10 mg/L，氨氮≤15 mg/L的要求。

c）SIDMBR應用于石油廢水對各種污染物均具有很高的去除率，且該技術具有自動化程度高、易于改造易于擴展等特點，在具有類似特點的工業(yè)廢水處理領域其應用價值不可低估。

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Application of SIDMBR in Petroleum Wastewater Treatment

CHEN Su
（Liaoning Petroleum-chemical Industry Planning & Designing Institute Co.,Ltd. Guangdong Branch, Guangdong Huizhou 516000, China）

Sequencing inclined dynamic membrane biological reactor (SIDMBR) developed on the basis of membrane bioreactor has its unique performances. The startup process and decontamination performance of the dynamic membrane formed on the 140 mesh stainless steel wire mesh in the aeration tank were experimentally studied. The effect of SIDMBR for removing COD, NH4+-N and petroleum from petroleum wastewater was investigated in the phase of stable operation when HRT was 24 h, the anaerobic time was 4 h, the aerobic time was 20 h, petroleum concentration of sewage water was 150 mg/L and DO concentration was 3 mg/L. The results showed that, during the period of domestication, COD and ammonia nitrogen removal rates declined sharply, and then rose up slowly, petroleum removal rates increased slowly at first, then speeded up and tended to a steady state finally. In the phase of stable operation, the average removal rates of COD, ammonia nitrogen and petroleum were 93.9%, 93.5% and 99.0%, respectively.

MBR; Petroleum wastewater; Removal rate

X 505

A

1671-0460（2014）11-2253-04

2014-05-03

陳蘇（1986-），男，湖南瀏陽人，助理工程師，2008年畢業(yè)于江西理工大學化學工程與工藝專業(yè)，研究方向：化工工藝設計。E-mail：416376219@qq.com。