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油田污水生物處理研究

論文類型 技術(shù)與工程 發(fā)表日期 2004-08-01
來(lái)源 中國(guó)水網(wǎng)
作者 韓西海
摘要 韓西海 1 概述   在石油和天然氣開(kāi)發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中,將產(chǎn)生大量的油田污水。主要包括采油污水、鉆井污水、洗井污水和采氣污水。目前我國(guó)陸上油田開(kāi)發(fā)已基本進(jìn)入高含水期開(kāi)采,油田綜合含水率超過(guò)80%。這些大量的污水一般是經(jīng)過(guò)處理,達(dá)到油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后,回注油層。但隨著石油勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)的增多,所產(chǎn) ...

韓西海

1 概述

  在石油和天然氣開(kāi)發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中,將產(chǎn)生大量的油田污水。主要包括采油污水、鉆井污水、洗井污水和采氣污水。目前我國(guó)陸上油田開(kāi)發(fā)已基本進(jìn)入高含水期開(kāi)采,油田綜合含水率超過(guò)80%。這些大量的污水一般是經(jīng)過(guò)處理,達(dá)到油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后,回注油層。但隨著石油勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)的增多,所產(chǎn)生的污染物總量隨之增加,對(duì)環(huán)境造成的污染也日趨嚴(yán)重。有效地控制和治理在油田開(kāi)發(fā)和使用石油、天然氣過(guò)程中造成的環(huán)境污染,已成為世界各國(guó)面臨的重大課題。就原油性質(zhì)來(lái)說(shuō),我國(guó)各油田原油大多屬于中質(zhì)原油、重質(zhì)原油,其中的長(zhǎng)鏈芳香烴、多環(huán)芳香烴和環(huán)烷烴比例相對(duì)較高,給石油污水處理帶來(lái)較大難度。特別是近年來(lái)各油田重油、稠油開(kāi)采比例進(jìn)一步增加,使污水中難降解污染物增多,對(duì)環(huán)境危害尤其嚴(yán)重。油田污水處理和回注已成為油田開(kāi)發(fā)的主題之一,這不僅可以節(jié)約寶貴的新鮮水資源,而且從根本上解決了污水污染問(wèn)題。目前,油田污水處理工藝基本上采用物化工藝為主,即采用沉降、隔油、混凝和浮選等工藝,這些工藝對(duì)污水中的懸浮物、部分乳化態(tài)和部分溶解化合物有一定的去除效果,但對(duì)污水中的大多數(shù)溶解性石油污染物如各類烷基酚、少量的溶解烷類、環(huán)烷烴、多環(huán)和雜環(huán)芳烴及其衍生物等污染物去除效果差。而這些污染物帶來(lái)的COD、BOD及其他污染指標(biāo)如氨氮、硫化物、揮發(fā)酚等往往是油田污水外排超標(biāo)的主要原因。 近年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高,油田污水的排放標(biāo)準(zhǔn)也受到嚴(yán)格控制,常規(guī)物化處理工藝運(yùn)行費(fèi)用高,加之采油過(guò)程中高聚物的使用,污水水質(zhì)惡化以及污水處理設(shè)施老化等原因,常規(guī)處理后水質(zhì)達(dá)不到回注或排放標(biāo)準(zhǔn)。這種現(xiàn)象幾乎存在于大部分油田的污水處理站。因此,尋找一種既能解決污水達(dá)標(biāo)排放,又能降低污水處理費(fèi)用,運(yùn)行操作簡(jiǎn)單的油田污水處理方法成為當(dāng)務(wù)之急。
  生物處理工藝因其對(duì)污染物處理徹底,無(wú)二次污染,運(yùn)行費(fèi)用低等眾多優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注。根據(jù)各油田水質(zhì)特點(diǎn)和投資、占地、運(yùn)行費(fèi)用、自動(dòng)化程度等要求不同,可選用常規(guī)活性污泥工藝、SBR工藝、A/O工藝、PACT工藝、硫化床工藝、接觸氧化工藝等生物技術(shù)。這些工藝在污水處理中的應(yīng)用已較成熟。生物處理工藝作為油田污水外排的最終保證已在國(guó)內(nèi)外得到廣泛認(rèn)可,利用微生物高效除油生物技術(shù)不僅可以完成油田污水的終端處理,同時(shí),在油田污水預(yù)處理中可代替絮凝、浮選及過(guò)濾除油等高成本物化工藝,具有優(yōu)越條件。
  生物處理工藝的采用,已成為油田污水處理的先進(jìn)性標(biāo)志之一,在處理油田污水中具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的市場(chǎng)前景。

2 油田污水生物治理技術(shù)

  活性污泥工藝在污水處理中的運(yùn)用已有悠久的歷史,是傳統(tǒng)的生物處理工藝之一?;钚晕勰嘀械募?xì)菌分泌胞外多糖,相互粘結(jié)形成絨粒,微生物利用污水中物質(zhì)持續(xù)增殖,絨粒相互結(jié)合形成蓬松的絮體,成為處理污水的基本單元,在不同的生物處理階段,絮體中的生物相組成也發(fā)生相應(yīng)的變化。
  接觸氧化工藝是生物膜工藝的一種。生物膜工藝能較好地保持系統(tǒng)內(nèi)的生物量,微生物以生物膜的形式完全淹沒(méi)在污水中, 同時(shí)進(jìn)行人工供氧,膜上形成由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物及后生動(dòng)物等組成的復(fù)雜且穩(wěn)定的生態(tài)體系,對(duì)污水的凈化發(fā)揮綜合作用。已應(yīng)用到油田污水處理領(lǐng)域的主要有接觸氧化工藝、生物轉(zhuǎn)盤(pán)工藝(RBC)、硫化床工藝、PACT工藝、浮動(dòng)填料生物膜工藝、生物濾床(塔)工藝等,這些工藝各有特點(diǎn)。
  接觸氧化工藝具有占地面積小、投資和運(yùn)行費(fèi)用低、自動(dòng)化程度要求低、易操作管理、系統(tǒng)內(nèi)生物量大(可達(dá)10mg/L)以上、處理負(fù)荷高(可達(dá)2~4 kgCOD/m3d)、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)的特點(diǎn),兼具生物膜和活性污泥工藝的優(yōu)點(diǎn)。
  在傳統(tǒng)的生物處理工藝中,往往一種活性污泥用于不同的污水處理中,利用不同的污水從同一微生物群體中篩選所需菌群,很少考慮菌種的針對(duì)性和高效性。即使是生物膜工藝,也多是活性污泥的掛膜利用。我們知道,生物處理污水中的各類有機(jī)物時(shí),微生物的生理生化反應(yīng)多而復(fù)雜,其中最重要的是能量代謝和合成代謝。微生物需要將污水中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)物大分子進(jìn)行酶解,釋放出其分子結(jié)構(gòu)中固有的自由能,再將這些化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑸锬芾玫纳锬芪镔|(zhì)—三磷酸腺苷(ATP),微生物利用能量代謝所產(chǎn)生的ATP進(jìn)行生物合成反應(yīng),不斷增加生物體的數(shù)量。通過(guò)這一系列的過(guò)程,高效優(yōu)勢(shì)微生物能將污水中呈溶解態(tài)和膠體狀態(tài)的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無(wú)害化物質(zhì),從而使污水達(dá)標(biāo)排放。因此,生物處理的關(guān)鍵在于獲得有高降解效率的高效功能微生物菌種。
  由于油田污水中難降解有機(jī)物多,自然生長(zhǎng)的細(xì)菌難以達(dá)到理想效果,目前國(guó)內(nèi)少見(jiàn)將生物技術(shù)用于油田采出水的工業(yè)化報(bào)道。強(qiáng)化油田污水的可生化性,篩選、培養(yǎng)、馴化高效優(yōu)勢(shì)菌群是生物處理油田污水的關(guān)鍵。目前,我們?cè)谟吞镂鬯锾幚砘A(chǔ)研究和工藝研究方面已做了大量的工作。通過(guò)一系列物理化學(xué)處理技術(shù)以及分子育種等手段,改變細(xì)菌的遺傳基因,再經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的定向培養(yǎng)和馴化,分離、篩選了一大批石油烴降解微生物。對(duì)石油污染物的微生物降解規(guī)律進(jìn)行了初步研究,其中對(duì)芳香烴、單環(huán)芳烴和雙環(huán)芳烴及其含氧、氮、硫的衍生物的生物降解研究較為深入。近年來(lái),針對(duì)石油行業(yè)中污水高度乳化、現(xiàn)有工藝處理成本高、效率低、污水超標(biāo)排放嚴(yán)重等問(wèn)題,通過(guò)環(huán)境生物學(xué)手段,較為系統(tǒng)地進(jìn)行了石油降解微生物研究、油田污水生物處理實(shí)驗(yàn)小試研究、現(xiàn)場(chǎng)中試和生產(chǎn)性試驗(yàn)研究,從來(lái)自國(guó)內(nèi)幾大代表性油田(大慶、勝利等)的石油污染物樣品中分離出一批優(yōu)勢(shì)菌株,并分別篩選出具有較高降解效率、耐特殊生境條件的功能微生物。對(duì)部分微生物進(jìn)行了生長(zhǎng)條件和降解特性的工藝研究,在此基礎(chǔ)上,利用功能微生物菌群進(jìn)行油田污水的生物處理研究,取得了良好的效果。其中,中國(guó)海洋石油總公司渤海石油公司渤西油氣處理廠石油污水現(xiàn)有處理工藝進(jìn)行高效生物處理技術(shù)改造工程已經(jīng)完成。

3 大慶水質(zhì)概況(略)

4含油污水的生物處理試驗(yàn)

  本次實(shí)驗(yàn)室小試即是結(jié)合大慶油田含油污水水質(zhì)及環(huán)境特點(diǎn),借助篩選出的對(duì)各種石蠟烴、芳烴、環(huán)烷烴及各類烷基酚、破乳劑具有較高降解能力且可耐受各種極端環(huán)境條件(溫度、鹽度、PH等)的微生物菌種,用生化的方法處理含油污水,使其達(dá)標(biāo)排放。
  4.1試驗(yàn)?zāi)康?BR>  4.1.1通過(guò)調(diào)整工藝運(yùn)行參數(shù),使含油污水經(jīng)生物處理后達(dá)到國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn),并確定最佳處理工藝。
  4.1.2找出最佳工藝運(yùn)行參數(shù),為將來(lái)工業(yè)試驗(yàn)或?qū)嶋H應(yīng)用做準(zhǔn)備。
  4.1.3考察生物處理系統(tǒng)對(duì)各種沖擊負(fù)荷(污染因子、環(huán)境因子、生物因子等)的耐受力。
  4.2試驗(yàn)工藝流程

  試驗(yàn)流程設(shè)計(jì)同時(shí)對(duì)普通活性污泥法和生物接觸氧化法兩種工藝進(jìn)行考察。來(lái)自自然沉降罐的含油污水首先進(jìn)入?yún)捬跛獬兀?#),通過(guò)厭氧微生物初步處理去除部分有機(jī)物和懸浮物。出水分別進(jìn)入活性污泥池(2#)和生物接觸氧化池(3#),曝氣供氧,對(duì)剩余有機(jī)污染物進(jìn)行好氧微生物降解,出水經(jīng)二沉池沉降后排放。
  二沉池的污泥需定期回流或處理。整個(gè)系統(tǒng)溫度在25℃~40℃之間調(diào)整,以模擬油田現(xiàn)場(chǎng)污水狀況。
4.3 試驗(yàn)條件
4.3.1試驗(yàn)用污水情況
  試驗(yàn)用含油污水來(lái)自大慶油田采油二廠南29站,油水氣混合液經(jīng)三相分離器分離后,含油污水打入試驗(yàn)室自然沉降罐,沉降去除部分油、懸浮物及其他污染物,出水進(jìn)入生物處理試驗(yàn)系統(tǒng)。
  由于試驗(yàn)用水量很小,考慮到污水長(zhǎng)時(shí)間放置水質(zhì)變化,每次沉降罐進(jìn)滿水供生物處理系統(tǒng)使用約一周,即換進(jìn)新水。
  4.3.2 試驗(yàn)設(shè)備

表4-1     主要試驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)
序號(hào)裝置名稱主要參數(shù)備注
1厭氧水解池(1#)外型尺寸 mm400×400×700 
有效容積 m3100×10-3 
填料種類復(fù)合型填料 
填料體積m3約15×10-3 
2 活性污泥池(2#) 外型尺寸 mm500×300×500 
有效容積 m380×10-3 
氣泵功率 w8 
曝氣量 L/min10 
3 接觸氧化池(3#) 外型尺寸 mm500×300×500 
有效容積 m380×10-3 
填料種類復(fù)合型填料和硬性填料 
填料體積m3約60×10-3 
氣泵功率 w12 
曝氣量 L/min15 
二沉池 外型尺寸 mm250×200×6002和3后的尺寸相同

有效容積 m3

20×10-3

  設(shè)計(jì)試驗(yàn)規(guī)模:每天處理水量50~100L。
  試驗(yàn)用氣泵為養(yǎng)魚(yú)用小泵,粗砂石制曝氣頭,氣泡很大且集中,造成氧轉(zhuǎn)移率很低,不能據(jù)此確定實(shí)際氣水比。
  試驗(yàn)用管道為DN15mm膠皮管,用閘閥或針型閥控制流量,用加熱棒和溫控儀控制水溫。
  4.3.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測(cè)

表4-2     試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測(cè)方法及頻率
序號(hào) 項(xiàng)目 方法 頻率
1 CODcr(化學(xué)需氧量) 重鉻酸鉀法 1~2次/日
2 石油類 紫外分光光度法 不定期送檢
3 PH PH試紙或PH計(jì) 1 次/日
4 溫度 溫度計(jì) 實(shí)時(shí)
5 流量 量筒和秒表 實(shí)時(shí)

4.4 試驗(yàn)步驟及運(yùn)行情況
  
本次試驗(yàn)大體可分三個(gè)階段:微生物培養(yǎng)、馴化階段;厭氧、好氧單獨(dú)運(yùn)行階段;厭氧+好氧運(yùn)行階段。實(shí)際試驗(yàn)中,進(jìn)水CODcr和石油類含量隨每次換水及放置時(shí)間在變化,調(diào)節(jié)流量操作困難。為節(jié)約試驗(yàn)時(shí)間,當(dāng)進(jìn)水情況及出水結(jié)果較為穩(wěn)定時(shí),我們直接改變系統(tǒng)狀態(tài)(如進(jìn)水流量、溫度等),對(duì)其進(jìn)行沖擊負(fù)荷試驗(yàn)。
  4.4.1試驗(yàn)用高效優(yōu)勢(shì)菌群來(lái)源
  A、菌種:選用BC系列、LH系列、SL系列、SX系列、SXM系列、DJ系列菌種68株,共同接入細(xì)菌培養(yǎng)基,備用。
  B、 活性污泥:已馴化好的含高效微生物菌群的厭氧、好氧活性污泥。
4.4.2微生物的接種及馴化
  · 試驗(yàn)操作過(guò)程
  Ⅰ 在生物接觸氧化池和活性污泥池內(nèi)分別加入好氧活性污泥和菌液,厭氧池內(nèi)加厭氧污泥和菌液,而后各池注滿含油污水,恒溫35℃,兩個(gè)好氧池曝氣,培養(yǎng)36~48小時(shí)。
  Ⅱ 接入的菌種利用采油污水中的有機(jī)物進(jìn)行自身增值,同時(shí)釋放聚β-羥基丁酸相互凝聚成菌膠團(tuán)。在生物膜池中以生物膜的形式固著在填料上,在活性污泥池中,菌膠團(tuán)相互結(jié)合形成懸浮生長(zhǎng)的微生物絮體。
  生物膜和活性污泥微生物絮體形成后,經(jīng)沉降,放掉上清液,再注入含油污水馴化,重復(fù)三天。
 ?、蟆〉?天起,厭氧池保持間斷進(jìn)水,約4天換一次水;好氧池連續(xù)進(jìn)水,流量控制在4L/h左右,停留時(shí)間20h(示意圖2-2)。

  · 試驗(yàn)運(yùn)行情況
  現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)微生物的培養(yǎng)約歷時(shí)15天(9.21~10.4),進(jìn)入生物處理系統(tǒng)的為低污染物濃度(CODcr 150~250mg/L)的含油污水,灰黑色、渾濁,具有強(qiáng)烈刺激性油味,PH約為7。
  處理出水無(wú)色無(wú)味,經(jīng)歷了一個(gè)由濁變清的過(guò)程,二沉池表面有時(shí)可見(jiàn)油膜。比較而言,接觸氧化池出水要清澈透明一些;活性污泥池出水經(jīng)常可見(jiàn)少量灰白色懸浮物。
  活性污泥池污泥沉降性良好,污泥沉降比(SV) 2~3%。
  這一時(shí)期活性污泥和生物膜中的生物相均經(jīng)歷了一個(gè)漸變過(guò)程:
  ☆ 第1~2 天,生物相以細(xì)菌占優(yōu)勢(shì),量很大且非?;钴S,逐漸形成均菌膠團(tuán);
  ☆ 第3~4天,菌膠團(tuán)體積增大,細(xì)菌生命力旺盛;鞭毛蟲(chóng)類原生動(dòng)物出現(xiàn),并逐漸成為優(yōu)勢(shì)種群;
  ☆ 第5天以后,菌膠團(tuán)邊界清晰,較為致密,細(xì)菌活躍,游動(dòng)型和固著型纖毛蟲(chóng)先后出現(xiàn),代替鞭毛蟲(chóng)類成為優(yōu)勢(shì)種群。
  ☆ 最終系統(tǒng)內(nèi)形成以鐘蟲(chóng)類占優(yōu)勢(shì),與游動(dòng)型纖毛蟲(chóng)、鞭毛蟲(chóng)及細(xì)菌共同組成的微生物群落。
  4.4.3 厭氧、好氧單獨(dú)運(yùn)行階段
  · 該階段試驗(yàn)的主要目的
  Ⅰ 使生物處理系統(tǒng)的微生物生態(tài)體系更加成熟穩(wěn)定。
 ?、颉】疾靺捬鹾秃醚豕に嚨膯为?dú)處理效果,工藝流程能否進(jìn)一步縮短。
  Ⅲ 初步進(jìn)行污染物負(fù)荷試驗(yàn)。
  · 試驗(yàn)操作過(guò)程
  Ⅰ 低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)(10.5~10.11)
  維持系統(tǒng)運(yùn)行狀況不變(圖4-2)控溫在35℃左右,流量控制在4~5L/h之間,進(jìn)水CODcr在150~250mg/L之間。每日檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)水和出水CODcr指標(biāo)。
 ?、颉「哓?fù)荷運(yùn)行狀態(tài)(10.12~10.23)
  維持系統(tǒng)運(yùn)行狀況不變(圖4-2)控溫在35℃左右,進(jìn)水CODcr在300~400mg/L之間。流量分三步調(diào)整(見(jiàn)表4-3)以初步確定系統(tǒng)工藝參數(shù),每日檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)水和出水CODcr指標(biāo),不定期送檢石油類含量。

表4-3  高負(fù)荷運(yùn)行階段好氧池運(yùn)行參數(shù)
序號(hào)處理方法流量 L/h 停留時(shí)間(HRT)h運(yùn)行時(shí)間 d
1 活性污泥池(2#)4~4.5 18~20 2(10.14~10.15)
接觸氧化池(3#)
2 活性污泥池(2#)5~5.4 15~16 3(10.16~10.18)
接觸氧化池(3#)
3 活性污泥池(2#)5.4~5.714~165(10.19~10.23)
接觸氧化池(3#)6~6.612~13

 ?、蟆?該階段厭氧池(1#)始終為間斷進(jìn)水狀態(tài),進(jìn)水CODcr在300~400mg/L之間,約3~4天進(jìn)一次水,控溫在35℃左右。
  · 試驗(yàn)運(yùn)行情況
  低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下,活性污泥池和接觸氧化池出水均較清澈透明?;钚晕勰喑匚勰嗔繘](méi)有明顯增加(污泥沉降比 3%左右),日回流污泥量2~3L,污泥沉降性良好。接觸氧化池運(yùn)行后期,由于營(yíng)養(yǎng)不足,有生物膜非正常脫落現(xiàn)象。
  高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下,隨流量增加,活性污泥池污泥流失現(xiàn)象嚴(yán)重,污泥沉降性變差。接觸氧化池運(yùn)行較為穩(wěn)定。
  厭氧池出水為黑灰色,有黑色懸浮顆粒,有時(shí)可聞到淡淡的油味。
  試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析詳見(jiàn)4.5.1。
  這一時(shí)期,活性污泥和生物膜的生物相中,細(xì)菌活躍,菌膠團(tuán)性狀良好且較為穩(wěn)定,原生動(dòng)物仍是以鐘蟲(chóng)類占優(yōu)勢(shì),水質(zhì)波動(dòng)時(shí)可見(jiàn)游動(dòng)型纖毛蟲(chóng)類增多。
  4.4.4 厭氧+好氧運(yùn)行階段
  · 試驗(yàn)操作過(guò)程
 ?、?本階段將厭氧池和好氧池連接起來(lái),系統(tǒng)按圖4-1狀態(tài)運(yùn)行,經(jīng)過(guò)短期適應(yīng)期(即使好氧微生物適應(yīng)來(lái)自厭氧池的經(jīng)厭氧處理的含油污水)后,系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的溫度和負(fù)荷試驗(yàn)。具體過(guò)程見(jiàn)表4-4。
 ?、?由于活性污泥池的污泥量始終增殖緩慢,于是取生活污水處理廠二沉池污泥,加入菌種進(jìn)行馴化培養(yǎng)3天后,于11月3日添加在活性污泥池內(nèi)(約5 L),再經(jīng)含油污水3天馴化,使污泥沉降比達(dá)到10%左右。

表4-4    好氧+厭氧運(yùn)行階段各裝置運(yùn)行參數(shù)
序號(hào) 厭氧池(1#)
運(yùn)行狀態(tài)
活性污泥池(2#)
運(yùn)行狀態(tài)
接觸氧化池(3#)

運(yùn)行狀態(tài)

運(yùn)行時(shí)間d
溫度℃流量 L/h停留時(shí)間h溫度℃流量 L/h停留時(shí)間h溫度℃流量 L/h停留時(shí)間h
1308~911~12354~4.518~20354~4.518~203  (10.24~10.26
23510~119~10355~5.415~16355~5.614~163  (10.27~10.29)
33511~128~9405~5.415~16356~6.612~133  (10.30~11.1)
4409~128~11354~5.4#15~20306~6.612~135  (11.2~11.6)
54011~128~9305~5.415~16406~6.612~134  (11.7~11.10)
64011~128~9355~5.415~16356~6.612~135  (11.11~11.15)
7401010354.518355.7144  (11.16~11.19)

  注:① 由于試驗(yàn)條件所限,表中所列流量為該段時(shí)期的平均流量或盡力調(diào)節(jié)到的范圍,實(shí)際系統(tǒng)流量波動(dòng)很大。
   ?、凇? 所示該段時(shí)間活性污泥池新添加了菌種和馴化的污泥,為調(diào)整適應(yīng)階段。

  ·試驗(yàn)運(yùn)行情況
  活性污泥池在添加菌種和馴化的污泥前,運(yùn)行不穩(wěn)定,二沉池出水經(jīng)??梢?jiàn)大量懸浮物,污泥沉降性較差。后來(lái)通過(guò)減少活性污泥池的曝氣量,使污泥沉降性有所好轉(zhuǎn),但活性污泥池內(nèi)出現(xiàn)污泥沉積現(xiàn)象,實(shí)際發(fā)揮生物降解作用的生物量減少,處理出水水質(zhì)較差。
  添加菌種和馴化的污泥后,增加曝氣量,污泥沉降比達(dá)到10%左右,日回流污泥量4~5L,污泥沉降性較好,處理出水較清澈透明,懸浮物明顯減少。
  接觸氧化池一直運(yùn)行正常,出水清澈透明。運(yùn)行兩個(gè)月,二沉池底幾乎沒(méi)有污泥沉淀。
  試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析詳見(jiàn)4.5.2。
  試驗(yàn)后期,活性污泥和生物膜生物相中均出現(xiàn)草履蟲(chóng)、輪蟲(chóng)類后生動(dòng)物,從側(cè)面反映出生物處理系統(tǒng)已相當(dāng)成熟穩(wěn)定。
  另外,在11月11日,生物處理系統(tǒng)由于外界原因停止進(jìn)水24h后,由混凝沉降罐引入含油污水,黃褐色、渾濁,有輕微油味及鐵銹味。該水的進(jìn)入對(duì)生物處理系統(tǒng)沖擊較嚴(yán)重,活性污泥池和接觸氧化池內(nèi)水面出現(xiàn)大量白色泡沫,出水呈黃色,水質(zhì)較差。但系統(tǒng)兩天后即恢復(fù)正常狀態(tài)。
  4.5試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析
  4.5.1 好氧、厭氧單獨(dú)運(yùn)行階段試驗(yàn)結(jié)果
  · 好氧池單獨(dú)運(yùn)行處理效果

表4-5    好氧池單獨(dú)運(yùn)行階段處理結(jié)果
序號(hào)進(jìn)水活性污泥池(2#) 接觸氧化池(3#)
CODcr mg/L CODcr mg/L CODcr去除率% 污泥沉降比SV %CODcr mg/L CODcr去除率%
低 負(fù) 荷 運(yùn) 行 階 段
116813917.33~411929.2
215913912.6210434.6
3  11234.9110041.9
418911539.2187.953.5
527212055.9  11657.4
616211529.03~496.440.5
716213019.6  11330.2
8160112301~210733.1
916613121.13~412127.1
1017312527.7212328.9
高 負(fù) 荷 運(yùn) 行 階 段
1138820447.43154 60.3
1239319650.12146 62.8
1339018752.13191 51.0
14382191502164 57.1
1536420543.73150 58.8
1636617651.92150 59.0
1737419547.92147 60.7
1836818549.71140 62.0
1932220337.02143 55.6
2034419842.42141 59.0

  由上表所示數(shù)據(jù)可以看出,在低負(fù)荷(進(jìn)水CODcr160~200mg/L)運(yùn)行狀態(tài)下,活性污泥法處理出水CODcr在 110~140mg/L之間,達(dá)標(biāo)率(CODcr ≤120mg/L)50%,平均去除率28.7%,波動(dòng)范圍12.6%~55.9%,處理效果不很穩(wěn)定。污泥沉降比1~4%(回流污泥前后測(cè)定的差異),污泥量很低。
  接觸氧化法處理出水CODcr在 80~125mg/L之間,達(dá)標(biāo)率(CODcr ≤120mg/L)80%,平均去除率37.6%,波動(dòng)范圍27.1%~57.4%,處理效果較為穩(wěn)定。
  在高負(fù)荷運(yùn)行(進(jìn)水CODcr320~400mg/L)狀態(tài)下,活性污泥法處理出水CODcr在 170~210mg/L之間,平均去除率47.2%,波動(dòng)范圍37.0%~52.1%。隨處理量增加(4L/h增至5.7L/h),污泥量降至2%,處理效率略有下降。
  接觸氧化法處理出水CODcr在 140~190mg/L之間,平均去除率58.6%,波動(dòng)范圍51.0%~62.8%。后期隨處理量增至6.5L/h(HRT約12h),處理出水CODcr穩(wěn)定在140~150mg/L,說(shuō)明系統(tǒng)的微生物生態(tài)體系已較為成熟,且可以承受該運(yùn)行負(fù)荷。
  · 厭氧池間斷進(jìn)水處理效果

表4-6         厭氧池間斷進(jìn)水處理結(jié)果
序號(hào) 進(jìn)水 出水
溫度 ℃ PH CODcrmg/L 溫度℃

PH CODcr   mg/L
停留 24 h

去除率%

停留 48h 去除率 %
115739535825834.7 24238.7
2157.93373358.3730418.5 20844.2
316.87.71388388.2627628.9    
4137.44364357.7531314.0 24233.5
513  36835  27026.6 22439.1

  注:出水溫度及PH為停留24 h時(shí)測(cè)定值

  上面的試驗(yàn)結(jié)果表明,厭氧微生物處理含油污水,停留24h可使CODcr下降50~100mg/L,平均去除率24.5%;停留48h可使CODcr下降130~170mg/L,平均去除率38.9%。
  4.5.2好氧+厭氧運(yùn)行階段試驗(yàn)結(jié)果
  · 好氧+厭氧工藝處理效果分析

表4-10       厭氧+好氧工藝處理含油污水試驗(yàn)結(jié)果
序號(hào) 進(jìn)水CODcr mg/L 厭氧池(1#)活性污泥池(2#) 接觸氧化池(3#)
CODcr mg/L CODcr 去除率% CODcr mg/L CODcr 去除率% CODcr 總?cè)コ? CODcr mg/L CODcr 去除率% CODcr 總?cè)コ?

%

130025116.318127.939.712351.059
228823618.116430.543.111153.061.5
327721920.915230.645.111647.058.1
437825233.316733.755.812550.466.9
540324439.519619.751.413743.966.0
639722742.816925.657.413142.367.0
7  274  17436.5  12654.0 
836323136.4      12247.266.4
931723027.4      12047.862.1
1036418150.3      11238.169.2
1134919444.414326.359.011938.765.9
1236219147.213131.463.811042.469.6
1337719049.61144069.899.247.873.7
1438219349.511739.469.496.350.174.8
1535920642.611842.767.110847.669.9
1634019742.111143.767.410347.769.7
1732619939.011542.264.711044.766.3
1833118444.410940.867.195.248.371.2
1932618942.011837.663.898.647.869.8
2031919339.511540.463.995.350.670.1
2123520413.210548.555.310150.557.0
2224419520.211242.654.198.249.659.8
2331221132.414929.452.214630.853.2
2429719036.014026.352.913827.453.5
2566917973.211635.282.710740.284.0
2675218974.910842.985.686.354.388.5
2737816356.910635.072.082.349.578.2
2832918444.111040.266.690.650.772.5
2932517546.110440.66888.649.472.7
3030017043.393.145.269.079.453.373.5
3131914554.585.840.873.174.148.976.8
3228313353.082.937.770.772.345.674.5
3329813754.083.239.372.170.448.676.4
3434912963.061.452.482.452.559.385.0
3533213260.266.949.379.855.458.083.3

  從上面的試驗(yàn)結(jié)果可看到,厭氧+活性污泥法處理含油污水,當(dāng)污泥沉降比達(dá)到10%左右時(shí),系統(tǒng) CODcr平均總?cè)コ?7.7%,波動(dòng)范圍52.2~85.6%,其出水CODcr穩(wěn)定在60~110mg/L;厭氧+接觸氧化法處理含油污水,系統(tǒng) CODcr平均總?cè)コ?9.6%,波動(dòng)范圍53.2~88.5%,其出水CODcr穩(wěn)定在50~100mg/L。CODcr總?cè)コ手饕苓M(jìn)水污染物濃度影響,而工藝參數(shù)(溫度、污染負(fù)荷)的變化對(duì)系統(tǒng)處理效果影響不大(詳見(jiàn)后面分析)。

表4-11       生物法對(duì)污水中石油類的處理結(jié)果
序號(hào) 采樣時(shí)間 進(jìn)水石油類mg/L 活性污泥池(2#) 接觸氧化池(3#)
石油類mg/L 石油類去除率% 石油類mg/L 石油類去除率%
1 10.16 9.345 5.556 40.5 3.397 63.6
2 10.17 13.82 5.744 58.4 2.366 82.9
3 10.19 11.73 3.546 69.8 3.229 72.5
4 10.22 7.278 3.246 55.4 2.049 71.8
5 10.24 7.073 5.017 29.1 3.371 52.3

  含油污水經(jīng)一級(jí)好氧處理,活性污泥法處理出水石油類含量在3~6mg/L,平均去除率50.6%,波動(dòng)范圍29.1~69.8%;接觸氧化法處理出水石油類含量在2~4mg/L,平均去除率68.6%,波動(dòng)范圍52.3~82.9%,去除率主要受進(jìn)水石油類含量影響。
  · 不同運(yùn)行狀態(tài)對(duì)厭氧池處理效果的影響

表4-7    厭氧池連續(xù)進(jìn)水在不同運(yùn)行狀態(tài)下處理結(jié)果
序號(hào) 進(jìn)水CODcr mg/L 出水序號(hào) 進(jìn)水CODcr mg/L 出水
CODcr mg/L CODcr 去除率% CODcr mg/L CODcr 去除率%
A   溫度30℃  流量8~9L/h C   溫度40℃  流量11.5L/h
133422831.7133118444.4
233927120.1232618942.0
332122729.3331919339.5
430025116.3466917973.2
B   溫度35℃  流量11L/h 575218974.9
128823618.1637816356.9
227721920.9732918444.1
337825233.3D   溫度40℃  流量10L/h
440324439.5132918444.1
539722742.8230017043.3
636323136.4331914554.5
731723027.4428313353.0

      534912963.0

  上面的數(shù)據(jù)分析及對(duì)比曲線表明,厭氧池對(duì)含油污水的處理效果在污染負(fù)荷相同的條件下隨溫度變化,30~35℃時(shí),處理出水CODcr在220~250mg/L之間,去除率20~40%;40℃左右時(shí),處理出水CODcr在130~190mg/L之間,去除率40~60%。溫度相同時(shí),處理效果隨處理量變化不明顯。
  · 不同運(yùn)行狀態(tài)對(duì)活性污泥池處理效果的影響

表4-8     活性污泥池在不同運(yùn)行狀態(tài)下處理結(jié)果
序號(hào) 進(jìn)水CODcr mg/L 出水序號(hào)進(jìn)水CODcrmg/L出水
CODcr mg/L CODcr去除率% CODcr mg/L CODcr去除率%
A   溫度35℃  流量5L/h  SV 3% D   溫度35℃  流量5.3L/h  SV 10%
122719812.8120611842.7
225118127.9219711143.7
323616430.5319911542.2
421915230.6418410940.8
B   溫度40℃  流量5L/h  SV 3% 518911837.6
125216733.7619311540.4
224419619.7720410548.5
322716925.6819511242.6
427417436.5E   溫度35℃  流量4.5L/h  SV 10%
C   溫度30℃  流量5.3L/h  SV 10% 118411040.2
119011440217510440.6
219311739.4317093.145.2
317911635.2414585.840.8
418910842.9513382.937.7
516310635.0613783.239.3
        712961.452.4
      813266.949.3

  從上面的數(shù)據(jù)分析及對(duì)比曲線可以看到,在污泥沉降比SV=3%左右時(shí),活性污泥池出水CODcr在150~200mg/L之間,去除率20~35%;污泥沉降比SV=10%左右時(shí),活性污泥池出水CODcr在80~120mg/L之間,去除率35~50%。
  活性污泥池處理效果隨污染負(fù)荷及溫度的變化略有波動(dòng)。在溫度35℃,流量4.5L/h(HRT約18h)時(shí),出水CODcr在80~100mg/L之間,去除率40~50%,效果最佳。溫度降至30℃或流量提高到5.3L/h左右( HRT=15h),出水CODcr在100~120mg/L之間,去除率35~45%,效果有所下降,與微生物活性下降及污泥的流失有關(guān),但出水仍可達(dá)到國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
  · 不同運(yùn)行狀態(tài)對(duì)接觸氧化池處理效果的影響

表4-9    接觸氧化池在不同運(yùn)行狀態(tài)下處理結(jié)果
序號(hào) 進(jìn)水CODcr

mg/L

出水序號(hào) 進(jìn)水CODcr

mg/L

出水
CODcr

mg/L

CODcr

去除率%

CODcr

mg/L

CODcr

去除率%

A   溫度30℃  流量6.3L/h B   溫度35℃  流量6.3L/h
127412654.0120410150.5
223112247.2219598.249.6
323012047.8317910740.2
418111238.1418986.354.3
519411938.7516382.349.5
619111042.4       
C   溫度40℃  流量6.3L/hD   溫度35℃  流量5.7L/h
119099.247.8118490.650.8
219396.350.1217588.649.4
320610847.6317079.453.3
419710347.7414574.148.9
519911044.7513372.345.6
618495.248.3613770.448.6
718998.647.8712952.559.3

8
19395.350.6813255.458.0

  由上面的數(shù)據(jù)及曲線可以看出,接觸氧化池處理效果較穩(wěn)定,溫度在35~40之間變化,處理量在5.7~6.6L/h(HRT 12~14h)之間變化,出水CODcr在70~110mg/L之間,去除率45~55%。在溫度降至30℃左右時(shí),出水CODcr在110~120mg/L之間,可達(dá)標(biāo)排放。
4.6結(jié)論
  “大慶油田含油污水生物處理試驗(yàn)”在大慶油田建筑設(shè)計(jì)研究院現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)基地進(jìn)行了兩個(gè)月,取得較為滿意的結(jié)果,可得出以下結(jié)論:
  大慶油田含油污水具有礦化度低、水溫適中的特點(diǎn),有利于生化處理,但是COD:BOD的比值在0.3左右,又具有難降解特性。試驗(yàn)結(jié)果表明篩選出的特殊功能菌株能夠降解其中的污染物。
  結(jié)合油田污水的特點(diǎn)(溫度40℃~60℃)及大慶的環(huán)境條件(冬季低溫),采用厭氧+好氧生化法處理含油污水,在中溫(25℃~40℃)條件下是可行的,處理出水可穩(wěn)定達(dá)到國(guó)家二級(jí)污水排放標(biāo)準(zhǔn)。
  活性污泥法與接觸氧化法相比較,生物接觸氧化法在出水水質(zhì)、處理量、耐沖擊負(fù)荷性及實(shí)際可操作性上更具優(yōu)勢(shì)。厭氧段在降解部分有機(jī)物,穩(wěn)定水質(zhì)方面發(fā)揮了重要作用,因此在該生物處理工藝中必不可少。

5 應(yīng)用前景

  如果在原有自然沉降罐后接生化法處理含油污水,即用含油污水→自然沉降→厭氧生物處理→好氧接觸氧化→二沉池的工藝,使出水達(dá)到國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
  設(shè)計(jì)處理規(guī)模1×104m3/d含油污水,工程投資投資及運(yùn)行費(fèi)用見(jiàn)表5-1。

表5-1
工  程  設(shè)  計(jì)  情  況
設(shè)計(jì)處理規(guī)模1×104m3/d
設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

 水溫:  40℃ ~60℃
 PH:  6~9
 COD:  200~600mg/L;
 石油類:50~200mg/L;

設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

PH:   6-9;
CODcr:  120 mg/L;
BOD5:  60 mg/L;
SS:   200 mg/L;
石油類:  10 mg/L;
揮發(fā)酚:  0.5 mg/L;
硫化物:  1.0 mg/L;
NH3-N:  50 mg/L;
總氰化物: 0.5 mg/L。

工  程  投  資  情  況             單位:萬(wàn)元
設(shè)備材料費(fèi)
土建費(fèi)
直接費(fèi)
間接費(fèi)
總投資
1075
1330.5
2405.5
452.64
2858.14
技  術(shù)  經(jīng)  濟(jì)  分  析

工程占地面積   m3
總裝機(jī)容量    Kw
實(shí)際運(yùn)行容量   Kw
電費(fèi)    元/噸
人工費(fèi)   元/噸
固定資產(chǎn)折舊費(fèi)  元/噸
年檢修維護(hù)費(fèi)  元/噸
原材料損耗費(fèi)  元/噸
噸水運(yùn)行費(fèi)  元/噸

5000
350
220
0.238
0.03
0.308
0.07
0.14
0.786

  注:詳細(xì)情況見(jiàn) 附:生化法處理1×104m3/d含油污水初步設(shè)計(jì)方案

6 存在問(wèn)題及解決方法

  本次試驗(yàn)主要是針對(duì)大慶油田不含聚合物或含有少量聚合物的含油污水,污水中聚合物濃度過(guò)高對(duì)該工藝處理效果的影響,還需進(jìn)一步研究。
  另外,由于本次試驗(yàn)為實(shí)驗(yàn)室小試,規(guī)模有限,許多問(wèn)題不可避免,主要有以下幾點(diǎn):
  ☆ 進(jìn)入生物處理裝置的含油污水來(lái)自自然沉降罐,由于每日處理水量很小,來(lái)水并非流動(dòng)性活水,而是停在沉降罐中,幾天換一次水,雖然進(jìn)水CODcr等污染物指標(biāo)與現(xiàn)場(chǎng)情況相似,但畢竟與油田污水處理站實(shí)際情況不同。
  ☆ 裝置處理水量很小(4~6L/h),用一般閥門(mén)(閘閥、針型閥)調(diào)節(jié)流量,操作困難很大,造成系統(tǒng)實(shí)際進(jìn)水量極不穩(wěn)定,對(duì)處理效果的影響也很難估計(jì)。
  ☆ 試驗(yàn)中系統(tǒng)進(jìn)水和出水石油類含量未能連續(xù)監(jiān)測(cè),試驗(yàn)結(jié)果中,含油污水石油類含量的變化對(duì)生物處理效果的影響較難判斷。
  針對(duì)以上所述問(wèn)題,建議通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)中試對(duì)生物處理含油污水工藝進(jìn)行進(jìn)一步考察,并確定最佳的可工業(yè)應(yīng)用的工藝參數(shù)。
  試驗(yàn)場(chǎng)地的選擇應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有污水站更新改造或在邊緣小站實(shí)施,試驗(yàn)成功后即可投入生產(chǎn)?!?/P>

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