李正任

摘 ?????要：采用“懸浮填料浮動(dòng)床-曝氣生物濾池—加藥絮凝—纖維束過濾”工藝對(duì)錦州采油廠采油廢水二級(jí)出水進(jìn)行中水回用深度處理研究。結(jié)果表明，出水COD保持在20 mg/L以下，氨氮小于0.025 mg/L，磷含量在0.2 mg/L左右，pH值在6～9中性范圍內(nèi)。該工藝處理效果穩(wěn)定，工藝耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)，處理成本低。出水各項(xiàng)指標(biāo)符合回用標(biāo)準(zhǔn)，可以作為錦州采油廠二級(jí)出水深度處理回用工藝。

關(guān) ?鍵 ?詞：中水回用;采油廢水;懸浮填料浮動(dòng)床;曝氣生物濾池

中圖分類號(hào)：TQ 085 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）06-1282-04

當(dāng)油田開采一段時(shí)間后，采油速率會(huì)降低，為保證開采速率需向油井中注水，進(jìn)行注水驅(qū)油，但此方法會(huì)導(dǎo)致采油污水迅猛增長(zhǎng)。錦州采油廠是以采礦業(yè)、天然原油開采和天然氣開采為工作核心的大型企業(yè)。每天產(chǎn)生污水量約1.5～2.0萬t，其中含油污水屬于高濃度有機(jī)污水，鹽含量高，成分復(fù)雜。污水COD平均值為3 000 mg/L，最高可達(dá)6 000 mg/L，油類含量20 mg/L，pH為8～10。含油污水的可生化性較差，且水體中的溶解油去除困難。采用采油廠現(xiàn)行工藝方法對(duì)污水進(jìn)行處理后，出水的COD仍然較高。從環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，為節(jié)省淡水資源，需要對(duì)二級(jí)出水進(jìn)行深度處理，使其達(dá)到回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

1 ?工藝流程與原水水質(zhì)

1.1 ?工藝流程及工藝特點(diǎn)

根據(jù)劉向東[1]、黃明祝[2]和XIE[3]等的研究成果，在中水回用成功案例的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用“懸浮填料生物浮動(dòng)床—曝氣生物濾池—加藥絮凝—纖維束過濾”為核心工藝對(duì)錦州采油廠采油廢水二級(jí)出水進(jìn)行處理。工藝流程如圖1。

（1）懸浮填料浮動(dòng)床[4]

懸浮填料浮動(dòng)床近似于生物流化床，廢水與浮動(dòng)床內(nèi)的生物膜相接觸，經(jīng)生物膜處理后被凈化[5]。該研究中采用的填料為一種新型填料，是由聚氯乙烯或聚丙烯塑料制作而成，填料呈圓柱體中空結(jié)構(gòu)，直徑約10 mm，高8～9 mm，該填料比表面積大，可使生物膜與污水充分接觸，提高處理效果。另外，當(dāng)懸浮填料浮動(dòng)床運(yùn)行時(shí)，運(yùn)動(dòng)的水體會(huì)帶動(dòng)浮動(dòng)床內(nèi)懸浮的填料一同翻滾波動(dòng)，此過程也會(huì)增加了填料上的生物膜與污水的接觸機(jī)會(huì)，優(yōu)化處理結(jié)果。與一般的活性污泥法相比，浮動(dòng)床內(nèi)含有的微生物數(shù)量更多，且生物活性和效率更高，抗沖擊負(fù)荷能力更強(qiáng)。

（2）曝氣生物濾池

曝氣生物濾池是繼滴流濾池和干燥過濾之后污水處理的第三代生物膜反應(yīng)池，其具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷，生物膜濃度和有機(jī)負(fù)荷較高，占地面積小，處理效果受溫度影響小等優(yōu)勢(shì)[6]。曝氣生物濾池的最大特點(diǎn)是在充分發(fā)揮生物膜氧化作用的同時(shí)，呈壓實(shí)狀態(tài)的濾料會(huì)對(duì)脫落的生物膜和懸浮物起到截留作用，從而節(jié)省了二次沉淀池，既保證了處理效果，又簡(jiǎn)化了水處理工藝。曝氣生物濾池內(nèi)的微生物種類多樣，生物膜的組成也十分的豐富。濾床可分為上部好氧區(qū)和下部厭氧區(qū)兩個(gè)區(qū)域，在好氧區(qū)部分，自養(yǎng)菌為優(yōu)勢(shì)菌種，氨氮在此區(qū)域被硝化;在厭氧區(qū)部分，異養(yǎng)微生物為優(yōu)勢(shì)菌，碳污染物（如COD、BOD、SS）主要在此區(qū)域內(nèi)被去除;在生物膜的內(nèi)部及部分濾料之間還存在著兼性微生物。曝氣生物濾池中既存在著硝化反應(yīng)，也存在著反硝化反應(yīng)，因此，可在同一個(gè)反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)除碳、硝化和反硝化多種功能[7，8]。

（3）加藥絮凝

絮凝單元采用的藥劑主要是聚鐵絮凝劑。根據(jù)孟鴿等[9]總結(jié)的鐵系絮凝劑制備方法，本研究自主研發(fā)了新型鐵系絮凝劑，該絮凝劑的主要成分為鐵離子、有機(jī)胺鹽、天然高分子和鑭系稀土添加劑。無機(jī)鐵鹽和鑭系鹽起的作用是壓縮雙電子層和電中和。有機(jī)胺鹽和天然高分子起到官能基團(tuán)橋聯(lián)嫁接和網(wǎng)絡(luò)捕集的作用。結(jié)合在一起可以充分發(fā)揮有機(jī)高分子的吸附架橋能力和無機(jī)高分子的電中和能力，從而保證復(fù)合絮凝劑的高效性，提高混凝處理能力。經(jīng)驗(yàn)證，該絮凝劑可有效降低污水的COD、濁度和色度，在除油和除磷方面的效果也較為顯著。

（4）纖維束過濾罐[10，11]

纖維束過濾罐是利用纖維束的吸附作用及其截濾雙重作用，來除去絮凝后未沉淀的絮凝物及部分COD。纖維束為人工制成的柔性的膨脹尼龍長(zhǎng)絲，是一種新型的密實(shí)度及孔隙率可變的濾料，有彈性。在纖維束過濾罐中間內(nèi)置柱狀氣囊，纖維束包附在氣囊周圍，水流經(jīng)柱外時(shí)，水中固體物質(zhì)便被吸附及截濾于纖維束表面，污水中的固含量降低。由于纖維直徑為微米級(jí)別，因此，極大得增加了水體中懸浮物與纖維束的比表面積，同時(shí)增加了接觸機(jī)會(huì)，提高了其對(duì)懸浮物的過濾和吸附能力。

1.2 ?原水水質(zhì)基本變化規(guī)律

由監(jiān)測(cè)站提供的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得知采油廠近一年來二沉池出水水質(zhì)變化情況：采油廠二沉池出水的COD基本在50～100 mg/L之間變化，隨季節(jié)變化不大，在70 mg/L左右較多，極個(gè)別時(shí)段超過100 mg/L。NH3-N含量在0.025～0.08 mg/L之間變化，平均值在0.035 mg/L左右。TP含量在0.6～1.5 mg/L之間變化，平均值在1.0 mg/L左右。油含量平均值在5 mg/L左右變化。

1.3 ?水質(zhì)分析項(xiàng)目及回用指標(biāo)

分析方法和回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見表1-2。

2 ?處理效果與分析

2.1 ?懸浮填料浮動(dòng)床與曝氣生物濾池啟動(dòng)

生物膜法處理工藝的關(guān)鍵是微生物的培養(yǎng)，為節(jié)省掛膜時(shí)間，直接從正在運(yùn)行的某工廠取來培養(yǎng)好生物膜的填料進(jìn)行試驗(yàn)。曹春艷[12]在其研究中指出，懸浮填料生物反應(yīng)器中填料占容積的比率有一個(gè)最優(yōu)值，當(dāng)填料占比為30%～50%時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行效果最好，此時(shí)氣水比為6：1。為使處理效果達(dá)到最佳，本研究根據(jù)曹春艷的研究成果設(shè)定了浮動(dòng)床內(nèi)的填料比率。

曝氣生物濾池的啟動(dòng)：打開曝氣系統(tǒng)的同時(shí)向?yàn)V池中緩慢進(jìn)水，控制污水的氣水比。當(dāng)進(jìn)污水將濾池中的濾料完全淹沒時(shí)，進(jìn)行培養(yǎng)，先小流量進(jìn)水運(yùn)行，然后逐步加大進(jìn)水流量，直至增加到流量為1.5～2.0 m3/d時(shí)，曝氣生物濾池啟動(dòng)完成。

2.2 ?深度處理效果與分析

錦州采油廠二級(jí)出水深度處理工藝經(jīng)過2個(gè)月的運(yùn)行后，出水水質(zhì)基本穩(wěn)定，出水pH在7.58～8.04之間，出水濁度從15～27 NTU降低在5 NTU以下，出水COD穩(wěn)定在20 mg/L以下。深度處理運(yùn)行結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，采油廠污水的二級(jí)出水（本工藝進(jìn)水）的COD隨時(shí)間的變化波動(dòng)較大，最高值可達(dá)136 mg/L，最低值為56 mg/L，但經(jīng)深度處理后，系統(tǒng)出水的COD保持在20 mg/L以內(nèi)，COD去除率在75.00%～87.01%之間。當(dāng)運(yùn)行12 d后，系統(tǒng)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，系統(tǒng)出水COD濃度保持在15 mg/L以下，COD去除率在80%左右，出水水質(zhì)清澈透明，滿足循環(huán)水回用的標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)出水水質(zhì)保持穩(wěn)定，證明該工藝具有較好的抗沖擊負(fù)荷能力。該工藝首先利用懸浮填料生物浮動(dòng)床和曝氣生物濾池單元能夠去除污水中大部分COD，然后經(jīng)過化學(xué)加藥絮凝和纖維束過濾處理后，進(jìn)一步降低污水的濁度和COD。經(jīng)過該系統(tǒng)處理后，出水水質(zhì)完全可以達(dá)到循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的水質(zhì)要求。

由圖2可以看出，采油廠污水的二級(jí)出水（本工藝進(jìn)水）的pH波動(dòng)較大，pH值在6.47～8.31之間變化。經(jīng)過懸浮填料浮動(dòng)床生物降解后，浮動(dòng)床出水的pH值總體略有提高，且數(shù)值相對(duì)于進(jìn)水更為集中，這是因?yàn)閺U水中具有酸性的一類物質(zhì)首先在浮動(dòng)床內(nèi)得到降解。而浮動(dòng)床出水經(jīng)過生物濾池處理后，烷烴類物質(zhì)難降解物質(zhì)被降解，因此導(dǎo)致pH略有下降，此時(shí)pH值保持在7.24～7.89。再經(jīng)過加藥絮凝和纖維束過濾處理后，所得到的工藝最終出水的pH值在7.58～8.04之間，保持在中性范圍內(nèi)。造成此類現(xiàn)象的主要原因是，一方面，廢水的pH在經(jīng)過懸浮填料濾床和生物濾池處理后已相對(duì)穩(wěn)定;另一方面，加藥絮凝環(huán)節(jié)所使用的絮凝劑為聚鐵絮凝劑，該絮凝劑的最佳絮凝條件為pH為7～8之間，而其本身pH小于7，因此，在絮凝過程中需向污水中投加少量堿，調(diào)節(jié)污水的pH至7～8之間，以達(dá)到更好的絮凝效果。與工藝進(jìn)水相比，去除加藥絮凝單元后加堿對(duì)出水pH的影響，單獨(dú)考慮懸浮填料浮動(dòng)床、生物濾池兩項(xiàng)工藝的出水pH值，可以發(fā)現(xiàn)后者的pH值處于較小的中性范圍內(nèi)，此現(xiàn)象可說明本工藝具有調(diào)節(jié)pH的功能。

各單元COD濃度和去除率的變化情況如圖3和圖4所示。

由圖3可以看出，該工藝可有效降低采油廠含油污水的COD。原水的COD值在70 mg/L左右，經(jīng)過該工藝處理后的最終過濾出水的COD值降至12 mg/L左右。經(jīng)計(jì)算，該工藝對(duì)COD的總?cè)コ士蛇_(dá)80%左右。生物濾池處理后，污水的COD值明顯降低，說明生物濾池能夠有效地去除污水中的COD;而纖維束過濾罐的出水COD值與加藥絮凝出水的COD值無顯著差異，說明纖維束過濾罐去除COD的能力較低。

由圖4可直觀發(fā)現(xiàn)，該工藝中，生物濾池對(duì)COD的去除效率最高，平均去除率為55%左右;加藥絮凝單元次之，平均去除率為40%左右;懸浮填料浮動(dòng)床和纖維束過濾單元的COD去除率較低，平均去除率在20%左右，該結(jié)果與圖3所表征的現(xiàn)象一致。生物濾池對(duì)COD的去除效率最高，主要原因是生物濾池內(nèi)存在著生化降解作用、吸附作用和過濾作用，三者共同作用的結(jié)果。

各單元的濁度、SS及其去除率的變化情況總體上與前面所述的基本相似，其平均去除率在生物濾池后較懸浮填料浮動(dòng)床都有一個(gè)較大的提高。本試驗(yàn)同時(shí)對(duì)各單元出水中油含量、氨氮、磷含量的變化進(jìn)行了測(cè)定。檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

通過對(duì)比表4中的各項(xiàng)指標(biāo)可發(fā)現(xiàn)，本工藝對(duì)污水中的油含量的去除率較高，進(jìn)水（二級(jí)出水）的含油量在5 mg/L左右，而出水中基本未檢出。經(jīng)過該工藝處理后的出水中兩項(xiàng)指標(biāo)的變化不顯著，但由于二級(jí)出水中的氨氮和磷含量相對(duì)較低，所以深度處理試驗(yàn)出水中的氨氮和磷含量均維持在較低的范圍內(nèi)，符合回用水的標(biāo)準(zhǔn)。

從工藝的運(yùn)行及分析結(jié)果上看，處理后的水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)皆優(yōu)于現(xiàn)采油廠工業(yè)用水的供水與回用水指標(biāo)。通過這些數(shù)據(jù)的對(duì)比說明了采用本工藝處理此種廢水并回用于循環(huán)冷卻水的可行性。

3 ?結(jié) 論

本工藝對(duì)COD的總?cè)コ誓苓_(dá)到80%左右，對(duì)錦州采油廠二級(jí)生化出水進(jìn)行處理后，能將COD降低到20 mg/L以下，濁度降至1 NTU左右，pH值保持在6～9之間，油含量、氨氮、磷含量均維持在較低水平。各項(xiàng)指標(biāo)均滿足循環(huán)水回用的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，該研究所采用的深度處理工藝具有pH調(diào)節(jié)功能，且抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。

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