（环境工程专业论文）一体式膜生物反应器处理高盐含油废水的试验研究.pdf

摘要 随着石油化学工业的发展，含油废水的治理越来越得到重视。目前处理含油污水 基本沿用老三套流程：即隔油一浮选一生物处理。这种处理方法一般能量消耗大，高 盐浓度对微生物的抑制作用影响出水水质，出水也不能回用。因此，寻找一种高效可 行、经济可靠、管理方便的高盐含油废水处理工艺具有广泛的现实意义。 本文针对高盐含油废水的特点，采用一体式膜生物反应器对其进行处理，考察了 操作压力对膜通量的影响，不同h r t 下反应器的处理效果，m b r 的污泥特性及对浊 度的去除效果，膜污染的机理及减缓措施，并对该工艺进行经济分析。 试验结果表明：在本试验条件下采用m b r 工艺对高盐含油废水进行处理，h r t 分别为4 、6 、8 h 时出水c o d 及油的去除率均在9 0 以上，可以达到一级排放标准， 处理效率明显优于传统生物处理工艺；在较长h r t 下，m b r 对污染物的去除效果并 没有明显优势，说明在这套工艺中，h r t 过长意义不大；该工艺对浊度的去除率在9 6 0 9 9 5 之间，浊度几乎可以完全去除；反应器中m i s s 浓度远高于常规活性污泥 法，污泥活性m i ，v s s m l s s 大致在0 4 0 0 5 3 之间，低于常规活性污泥( 对于城市污 水一般在o 7 5 左右) 的活性，但由于m b r 中m l s s 浓度较高，整体效应的发挥使得 单位体积污泥活性仍明显高于传统活性污泥法；在本试验条件下，容积负荷在0 9 7 5 2 9 k g c o d m 3 d 之间变化，污泥负荷在o 1 3 0 5 5 k g c o d k g m l s s d 之间波动仍能 保证高的处理效率，由此可知该系统是在高容积负荷、低污泥负荷条件下运行的，也 说明了该工艺抗冲击负荷能力较强。 本文在论述膜污染机理的同时还提出了减缓膜污染的措施，对膜组件的清洗采用 清水+ 化学清洗的方法：先用清水冲洗膜表面粘附的污泥等物质，再用0 2 的n a c l 0 浸泡6 小时，膜通量即可基本恢复。 由经济分析可知，m b r 工艺处理高盐含油废水在经济上是可行的，该工艺同时具 有技术、管理、投资、占地、处理成本等方面的综合优势。 关键词：膜生物反应器 高盐含油废水 膜污染 经济分析 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fp e t r o c h e m i c a li n d u s t r i a l ，t h et r e a t m e n to fo i l ys e w a g eh a v e r e c e i v e dac o n s i d e r a b l er e s e a r c hi n t e r e s t p r e s e n t l yt h et r a d i t i o n a lf o w ：o i lr c m o v a l f l o a t a t i o np r o c e s s - - b i o l o g i c a lt r e a t m e n th a sg e n e r a l l yb e e nu s e d t o d i s p o s et h eo i l c o n t a m i n a t e dw a t e lb u ti th a ss o m ed i s a d v a n a g e st h a ti tm a yg r e a t l yc o n s u m ep o w e r ； i n h i b i t i n ge f f e c to fh i g h s a l i n i t yt om i c r o o r g a n i s mm a y i n f l u e n c ee f f l u e n tq u a l i t ya n dt h e e f f l u e n tc a nn o tb er e u s e d t h e r e f o r e ，i ti sw i d e s p r e a d l ys i g n i f i c a n tt os e e kf o rt h et r e a t m e n t p r o c e s so fh i g h s a l i n eo i l yw a s t e w a t e rw i t he f f e c t i v ef e a s i b i l i t y , c r e d i b l ee c o n o m ya n d c o n v e n i e n tm a n a g e m e n t w i t hr e s p e c tt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fh i g h s a l i n eo i l yw a s t e w a t e r s u b m e r g e d m e m b r a n eb i o r e a c t o rw a sa d o p t e d ，w h i c hs t u d i e dt h eo p e r a t i n gp r e s s u r ea f f e c t i n g m e m b r a n ef l u x ：t h ee f f e c to ft h er e a c t o ra td i f f e r e n th r ta n dt u r b i d i t yr e m o v a lb ym b r ， c h a r a c t e r i s t i c so fs l u d g e ；t h em e c h a n i s ma n dm i t i g a t i n gm e a s u r eo fm e m b r a n ef o u l i n g ： e c o n o m i ca n a l y s i s t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a t ：i nt h ec o n d i t i o nr e c o m m e n d e db yt h i sp a p e r ， r e m o v a le f f i c i e n c i e so fc o da n do i lb ym b rw a sm o r et h a n9 0 w h e nh r t w a s4 ，6 ，8 h ， r e s p e c t i v e l y h e n c er e a c h i n gp r i m a r yd i s c h a r g e dw a s t e w a t e rq u a l i t y , w h i c ho b v i o u s l ye x c e l t h et r a d i t i o n a lb i o l o g i c a lp r o c e s s r e m o v a le f f e c th a dn o ta p p a r e n t l ya d v a n t a g ei nt h el o n g h r t , w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h el o n gh r t w a su n f i tf o rt r e a t i n gt h i s 虹n do fw a s t e w a t e r r e m o v a le f f i c i a n c i e so ft u r b i d i t yw a sa m o n g9 6 0 9 9 5 w h i c hw a se q u a l a p p r o x i m a t e l yt oe n t i r er e m o v a l m is sc o n c e n t r a t i o nw a sh i g h e rt h a ng e n e r a la c t i v a t e d s l u d g ep r o c e s sw h i l et h ef o r m e r sm l v s s m l s si sa m o n g 0 4 0 0 5 3l e s st h a nt h a to ft h e l a t e r ( o 7 5f o rm u n i c i p a ls e w a g e ) h o w e v e r , d u et ot h eh i g hm i s sc o n c e n t r a t i o ni nm b r ， b a s i n go ni n t e g r a le f f e c t ，t h ef o r m e r 。ss l u d g ea c t i v i t yo fu n i tv o l u m e i se v i d e n t l yh i g h e rt h a n t h a to ft h el a t e r w h e nv o l u m el o a d i n gw a v e da m o n g0 9 7 5 2 9 k g c o d m 。da n ds l u d g e l o a d i n gf l u c t u a t e da m o n go 1 3 0 5 5 k g c o d k g m l s s 。d h i g hr e m o v a lr a t ew a s o b t a i n e d a c c o r d i n gt oa b o v i n gc o n c l u s i o n s ，o p e r a t i n gm b r u n d e rh j i g hv o l u m el o a d i n ga n dt o w s l u d g el o a d i n gr e s u l ti nt h ee x c e l l e n ta b i l i t yo fm b r t or e s i s ts h o c kl o a d i n g i na d d i t i o nt ot h em e c h a n i s mo fm e m b r a n ef o u l i n g ，t h em i t i g a t i n gm e a s u r ew a sa l s o p u tf o r w a r d t h em e a n st o c l e a nt h em e m b r a n em o d u l ei sw a t e rc o u p l e dw i t hc h e m i c a l c l e a n i n ga sf o l l o w e d ：a f t e rt h es l u d g es o r b e do nt h es u r f a c eo fm e m b r a n em o d u l e i sw a s h e d b yw a t e r , i tw a sm a r i n a t e di n0 2 n a c i of o r6 h h e n c et h em e m b r a n ef l u xc a l lb en e a r l y r e c o v e r e d 1 nt h et e r mo fe c o n o m i ca n a l y s i s ，m b rp r o c e s st oh i 曲- s a l i n eo i l yw a s t e w a t e ri s f e a s i b l eo ne c o n o m y , w h i c hs i m u l t a n e o u s l yh a v ep r e d o m i n a n c eo nt e c h n i q u e ，m a n a g e m e n t ， i n v e s t m e n t ，a r e aa n dt r e a t m e n tc o s t k e y w o r d s ：m e m b r a n eb i o r e a c t o r m e m b r a n ef o u l i n g h i 曲一s a l i n i t yo i l yw a s t e w a t e r e c o n o m i ca n a l y s i s 1 绪论 1 1 课题研究的意义 人口、资源、环境是当今世界的三大问题。自二十世纪六十年代以来，世界范围 的资源在枯竭，环境在恶化，人口、资源和环境之间的矛盾日益尖锐。由于环境污染 破坏生态平衡，影响人类生存环境的可持续发展，因此各国政府越来越重视环境问题。 水质污染是我国面临的主要环境问题之一，其污染源众多，污染程度千差万别， 含油废水是众多废水中常见的、能给人类社会带来较严重环境污染的一种水污染口】， 因此，含油废水的治理越来越得到重视。石油工业和石油化工工业是现代能源和国民 经济的重要组成部分，自中华人民共和国成立以来，石油工业从年产1 2 万吨原油的产 量，发展到年产上亿吨。含油废水的大量排放严重污染了地表水和地下水源，从而影 响人类的饮用永安全。 但是，由于技术和经济的原因，含油废水一直很难完全实现达标排放。含油废水 的危害主要表现在：油类物质漂浮在水面，形成一层薄膜，能阻止空气中的氧溶解于 水中，使水中的溶解氧减少，致使水体中浮游生物等因缺氧而死亡，也妨碍水生植物 的光合作用，从而影响水体自净作用，甚至使水质变臭，破坏水资源的利用价值。鱼、 虾、贝类长期在含油污水中生活将导致其肉内含有油味而变味不宜食用，严重时由于 油膜蒙在鱼鳃上而影响呼吸作用，导致窒息而死亡，而且在水体表面的聚结油还有可 能燃烧而产生安全问题。因此，含油污水必须经过适当的处理后才能排放【2 】。 在含油废水的处理中，高矿化度油田在开采和石油炼制过程中产生的高c l 。、高含 盐、含油有机废水会严重污染当地水环境。高矿化度油田在我国广泛分布，西北地区 的长庆油田、延长油田，中原腹地的江汉油田以及沿海地区的胜利油田等均属此类”1 ； 此外，美国、加拿大、以色列、南斯拉夫和一些地中海国家也都有高矿化度油田。含 油废水的高矿化度是影响含油废水处理效果的一个重要因素。目前处理含油污水基本 沿用老三套流程：即隔油一浮选一生物处理。这种处理方法一般能耗大，高赫浓度对 微生物的抑制作用影响出水水质，出水也不能回用，从环境保护和节省能源的角度考 虑，要求有新的方法对含油废水进行深度处理【4 】。因此，寻找一种高效可行、经济可 靠、管理方便的高盐含油废水处理工艺具有广泛的现实意义。 1 2 含油废水的特点及处理技术 1 2 1 含油废水的来源 众多含油废水源导致污水的种类和性质非常繁杂，但其主要来源还是集中于油f = | = f 、 炼油工业和机械加工行业。下面就几种主要的含油废水加以介绍： ( 1 ) 油田含油污水( o i l f i e l d w a s t e w a t e r w i t ho i l ) 油田含油污水量较大，约占油田总 水量的三分之二。由于地层不同，原油成分不同，油田含油污水的水质特性相差极大。 水中含有多种原油成分，包括溶解状态和乳化状态的：多种盐类，有的含盐量还很高。 除此之外，在原油集输过程中有时还要投加破乳剂、降粘剂等多种药剂。据统计，我 园油用每天产出的含油污水已达1 9 x 1 0 6 m 3 。如此大量的污水需除油处理，达到一定标 准后再回注地下p j 。 ( 2 ) 金属清洗液( m e t a lc l e a n i n g ) 是机械加工行业的主要废水之一。这类废水成 分比较复杂，主要为油脂、表面活性剂、悬浮杂质。一般废水量不大，但污物较多， 且处理困难。与此类似的废水还有金属切割液、润滑液等。此类废水的特点是油处于 乳化状态，油滴直径在由l a m 以下，采用一般方法难以得到理想的处理效果吼 ( 3 ) 轧钢乳化液( r o i l i n go i l e m u l s i o n s ) 是轧钢行业产生的一种废水，主要含1 3 的矿物油、乳化剂，与金属清洗液类似，常规的处理方法效果不好，且处理费 用高。目前冷轧乳化液处理是困扰我国轧钢行业的一大技术难题【酊。 ( 4 ) 石化工业废水( p e t r o c h e m i c a lw a s t e w a t e r ) 除油田注入水和含油废水外，石化 工业如炼油厂、化纤厂、合成树脂和橡胶厂等每天都有大量的含有不同油、脂、芳烃、 烷烃、固体颗粒的废水排放，由于水质复杂，处理尤为困难。 ( 5 ) 其他来源除以上来源之外，再如粮油加工、皮革、造纸、纺织、食品等工 业也有大量的含油污水排放；交通运输过程中的油品泄漏，油船压载水、舱底水、洗 舱水的排放；工业生产的原料、燃料的长期慢性渗漏或意外事故的泄漏，使土壤油质 化，最终导致地表水油含量上升；除含油污水的直接排放外，全球每年由于工业生产、 交通运输所排放进入大气的石油烃类约6 8 0 0 万吨，除被光氧化分解外，仍有约6 的 烃类( 约4 0 0 万吨) 因沉降和降雨进入地面和海洋。 1 2 2 含油废水的特性 含油废水可分为浮油、分散油、乳化油、溶解油和油一固体物五类i 7 1 。 ( i ) 油一固体物水体中的油黏附在固体悬浮物表面形成油一固体物，可采用分 离法去除。 ( 2 ) 悬浮油进入水体的油分通常大部分以浮油形式存在，油珠颗粒较大，一般 大于1 靴m ，以连续相的油膜漂浮于水面而被撇除，主要采用隔油浊去除，此外，还可 以采用分离法、吸附法、分散或凝聚法等去除。 ( 3 ) 分散油粒径大于l # m 的微小油粒悬浮分散于水相中，不稳定，可凝聚成较 大的油珠从而转化成悬浮油，也可能在自然和机械作用下转化为乳化油，可采用粗粒 化方法去除。 ( 4 ) 乳化油由于表面活性剂的存在，油在水中呈乳状液，易形成o w 型乳化微 粒，粒径小于l u m ，表面常带负电，较为稳定，不易上浮，较难处理，其处理难点是 破乳及c o d 。的去除，一般采用浮选、混凝、过滤等处理方法。 ( 5 ) 溶解油 油在水中的溶解度甚小，一小部分油以分子态和化学方式分散于水 体中形成油一水均相体系，非常稳定，一般浓度低于5 1 5 m g l ，均难以自然分离， 可采用吸附、化学氧化及生化法去除。 1 2 3 含油废水处理技术 目前，国内外含油废水处理技术多种多样，按其处理方法的原理可分为物理法、 化学法和生物法1 8 1 7 】。几种主要的处理方法简单介绍如下： 1 2 3 1 物理法 ( 1 ) 隔油隔油处理主要用于去除含油污水中的浮油和粗分散油，采油污水的处 理中常将隔油装置作为核心设备。隔油装置一般分为平流式( a p i ) 、斜板式( c p i ) 和平流斜板组合式三种。 ( 2 ) 聚结除油聚结法( 粗粒化) 除油技术，是利用油与水两相性质的差异和对 聚结材料表面亲和力相差悬殊的特性，当含油污水通过填充着聚结材料的床层时，油 粒被材料捕获而滞留于材料表面和空隙内， 膜达到某一厚度时，将聚结成较大的油珠， 随着捕获的油粒物增厚而形成油膜，当油 从水中分离出来。 ( 3 ) 浮选浮选法也称为气浮法，其工作原理是设法在水中通入或产生大量气泡， 形成水、气及被去除物质三相非均一体系。在界面张力、气泡上浮力和静水压力差的 作用下，使气泡和被去除物质结合体上浮至水面，实现与水分离。气浮法在石油化工 行业主要用来去除水中油类。 ( 4 ) 气提炼油厂生产装置排出的酸性废水中，主要含有n h 3 、h 2 s 和c 0 2 ，如 将该水直接排入炼油厂的污水厂，按“老三套”( 隔油一浮选一曝气) 流程进行处理， 其排出的废水达不到国家排放标准。为了保证污水处理厂平稳运行及排水合格，对于 含硫、含氨氮高的废水，必须进行预处理。用气提的方法，采用适当的流程和操作条 件，即可把废水净化到各种不同的回用水质要求或符合进入污水处理装置的进水水质 要求。 ( 5 ) 过滤过滤是以具有空隙的粒状滤料，如石英砂、无烟煤等截留水中杂质， 从而使水得到澄清的工艺过程。目前，国内外石油化工废水二级处理流程中，通常将 过滤作为废水处理厂的把关措施，使处理水量的一部分或全部通过过滤设施，从而保 证排水合格。在废水三级处理过程中，常把过滤作为三级处理的预处理，使深度处理 设施免于经常堵塞，提高其处理效率。 ( 6 ) 革取在液体混合物中，组分间的分离方法，除采用蒸馏外，还可以采用革 取法，如采用液一液萃取法。但由于其运用成本较高，因而在石油化工行业很少使用。 1 2 3 2 化学法 ( 1 ) 中和中和法就是采用一定手段，调节含酸或含碱废水的p h 值，使其呈中 性反应的方法。目前，石油化工酸碱废水处理方法多采用以下几种：酸碱废水互相中 和法、投药中和法、过滤中和法、烟道气中和法等。当采用投药中和法时，需要加入 适当的酸碱药剂。处理酸性废水常用石灰石、电石、n a o h 等药剂，当投加石灰石或 电石渣时，产生的污泥量较大；当中和药剂为n a o h 、n a 2 c 0 3 、n i - - 1 3 时，则无污泥形 成，但是中和剂成本较高，只有当中和反应生成物为副产品时才宜使用。处理碱性废 水时需要用工业硫酸、盐酸、硝酸。如用废酸作中和药剂则比较经济。 ( 2 ) 混凝在水处理中，向水中投加混凝剂以破坏水中胶体颗粒的稳定状态，在 一定水力条件下，通过胶粒间以及其它微粒间的相互碰撞和聚集，从而形成易于从水 中分离的絮状物质的过程，称为混凝。 在石化废水的处理中，混凝可去除水中的浊度、色度、某些无机或有机污染物， 如油、硫、砷、镉、表面活性物质、放射性物质、浮游生物和藻类等。 1 2 3 3 生物法 ( 1 ) 活性污泥法活性污泥法就是以活性污泥为主体，利用好氧菌氧化分解废水 中有机污染物质的废水处理方法。在充氧条件下，活性污泥通过混凝、吸附和氧化分 解作用，使有机污染物去除或降解，从而使废水得到净化。活性污泥法处理废水的主 要构筑物是曝气池。活性污泥法目前被石化企业的污水处理厂广泛使用，作为污水处 理的核心设施，因为该方法较为成熟，使用经验丰富，所以大多数装置运行效果较好。 ( 2 ) 生物膜法好氧生物膜法包括生物滤池、生物转盘等，其主要特征是在设备 或构筑物中设置供微生物聚集的载体。在充氧的条件下，由微生物构成的生物膜附着 在载体上，将废水中的有机污染物吸附、分解、合成，最后氧化为无害物质。此方法 占地面积比活性污泥法少，产生污泥量少，减少了污泥处理的压力，所以近年来被新 建的石化污水厂广泛采用。 ( 3 ) 氧化塘氧化塘也可称为稳定塘，是一种水深较浅，具有围堤和防渗层的废 水处理塘。除曝气塘需要机械曝气外，其他各种氧化塘皆不依赖动力来充氧，而是充 分发挥天然生物净化功能，其净化的全过程包括厌氧、兼性和好氧三种净化机理。 ( 4 ) 厌氧生物处理厌氧生物处理的主要特点是可以在厌氧反应器中稳定地保持 足够量的厌氧微生物菌体，使废水中的大部分难降解有机污染物完全降解为二氧化碳 4 和甲烷气。 一般厌氧反应器分为：厌氧活性污泥法、厌氧滤池、上流式厌氧污泥层反应器、 厌氧复合床及反应器等。 1 _ 2 3 4 含油污水处理组合工艺 ( 1 ) 重力隔油一气浮一生化处理组合工艺 该工艺处理后水可补充到工业用水系统回用，但作为深度处理的活性炭吸附系统 造价较高，活性炭再生工艺复杂，工艺运行费用高。 ( 2 ) 隔油一二级气浮o 组合工艺 该工艺有机物和氨氮去除效果很好，污水处理系统运行平稳，抗冲击负荷能力较 强，产生的污泥量少。 ( 3 ) 化学破乳一两级气浮一生物接触氧化组合工艺 该工艺采用二级混凝气浮破乳，可提高污水的可生化性，然后采用生物接触氧化 工艺，主要去除胶态和溶解性b o d 5 ，使污水达到排放标准。 ( 4 ) 调节隔油一微滤一超滤组合工艺 乳化液污水经超滤处理后水质大为改善，污水中的污染物乳化油、细菌及杂质均 被去除，处理效率较高。 除上述传统的含油废水处理技术外，近年来俄罗斯、日本等国正在加紧研制利用 电化学原理的电解法、电火花法【1 8 】处理含油废水并取得了一定的效果。 此外，含油废水的处理还可采用浓缩焚烧法、加热法、超声波分离法和膜分离法 等。 1 2 4 几种处理技术的比较 目前石油工业以及其它工业含油废水的处理方法多种多样，但是各种技术都有其 优点和局限性。各种处理方法的优缺点见表1 1 ( 1 9 】。 1 3 高盐及含油废水研究现状综述 奇含盐废水的排放带来十分严重的环境污染问题，特别是工业含盐废水，除受到 本身高盐浓度的限制外，还含有大量的有毒难降解有机物，高盐含油废水就是这些难 处理废水中的一种。 生化处理方法简便易行，效果明显，投资较小，因此这种方法在国内外处理高含 盐有机废水领域都得到了广泛应用。 国外在五六十年代就开始了对高盐有机废水生化处理的研究。 1 9 6 3 年，s t e w a r t 等【2 0 】人采用延时曝气法对航海船舶上的生活废水进行实验时发 和甲烷气。 一般厌氧反应器分为：厌氧活性污泥法、厌氧滤池、上流式厌氧污泥层反应器、 厌氧复合床及反应器等。 1 2 3 4 含油污水处理组合工艺 ( 1 ) 重力踊油一气浮一生化处理组台工艺 设工艺处理后水可补充到工业用水系统回用，但作为深度处理的活性炭吸附系统 造价较高，活性炭再生工艺复杂，工艺运行费用高。 ( 2 ) 隔油一二级气浮一a o 组合工艺 该工艺有机物和氨氯去除效果很好，污水处理系统运行平稳，抗冲击负荷能力较 强，产生的污泥量少。 ( 3 ) 化学破乳一两级气浮一生物接触氧化组合工艺 该工艺采用二级混凝气浮破乳。可提高污水的可生化性，然后采用生物接触氧化 工艺，主要去除胶态和溶解性b o d 5 ，使污水达到排放标准。 ( 4 ) 调节隔油一微滤超滤组合工艺 乳化液污水经超滤处理后水质大为改善，污水中的污染物乳化油、细菌及杂质均 被去除，处理效率较高。 除上述传统的含油废水处理技术外，近年来俄罗斯、日本等国正在加紧研制利用 电化学原理的电解法、电火花法【1 8 】处理含油废水井取得了一定的效果。 此外，含油废水的处理还可采用浓缩焚烧法、加热法、超声波分离法和膜分离法 等。 1 2 4 几种处理技术的比较 目前石油工业以及其它工业含油废水的处理方法多种多样，但是各种技术都有其 优点和局限性。各种处理方法的优缺点见表1 1 1 1 9 1 。 1 3 高盐及含油废水研究现状综述 高含盐废水的排放带来十分严重的环境污染问题，特别是工业含盐废水，除受到 本身高盐浓度的限制外，还含有大量的有毒难降解有机物。高盐含油废水就是这些难 处理废水中的一种。 生化处理方法简便易行，效果明显，投资较小，因此这种方法在国内外处理高含 赫有机废水领域都得到了广泛应用。 国外在血六十年代就开始了对高盐有机废水生化处理的研究。 1 9 6 3 年，s t e w a r t 等【。”人采用延删曝气法对航海船舶上的生活废水进行实验时发 1 9 6 3 年，s t e w a r t 等1 2 0 1 人采用延时曝气法对航海船舶上的生活废水进行实验时发 和甲烷气。 一般厌氧反应器分为：厌氧活性污泥法、厌氧滤池、上流式厌氧污泥层反应器、 厌氧复合床及反应器等。 1 _ 2 3 4 含油污水处理组合工艺 ( 1 ) 重力隔油一气浮一生化处理组合工艺 该工艺处理后水可补充到工业用水系统回用，但作为深度处理的活性炭吸附系统 造价较高，活性炭再生工艺复杂，工艺运行费用高。 ( 2 ) 隔油一二级气浮o 组合工艺 该工艺有机物和氨氮去除效果很好，污水处理系统运行平稳，抗冲击负荷能力较 强，产生的污泥量少。 ( 3 ) 化学破乳一两级气浮一生物接触氧化组合工艺 该工艺采用二级混凝气浮破乳，可提高污水的可生化性，然后采用生物接触氧化 工艺，主要去除胶态和溶解性b o d 5 ，使污水达到排放标准。 ( 4 ) 调节隔油一微滤一超滤组合工艺 乳化液污水经超滤处理后水质大为改善，污水中的污染物乳化油、细菌及杂质均 被去除，处理效率较高。 除上述传统的含油废水处理技术外，近年来俄罗斯、日本等国正在加紧研制利用 电化学原理的电解法、电火花法【1 8 】处理含油废水并取得了一定的效果。 此外，含油废水的处理还可采用浓缩焚烧法、加热法、超声波分离法和膜分离法 等。 1 2 4 几种处理技术的比较 目前石油工业以及其它工业含油废水的处理方法多种多样，但是各种技术都有其 优点和局限性。各种处理方法的优缺点见表1 1 ( 1 9 】。 1 3 高盐及含油废水研究现状综述 奇含盐废水的排放带来十分严重的环境污染问题，特别是工业含盐废水，除受到 本身高盐浓度的限制外，还含有大量的有毒难降解有机物，高盐含油废水就是这些难 处理废水中的一种。 生化处理方法简便易行，效果明显，投资较小，因此这种方法在国内外处理高含 盐有机废水领域都得到了广泛应用。 国外在五六十年代就开始了对高盐有机废水生化处理的研究。 1 9 6 3 年，s t e w a r t 等【2 0 】人采用延时曝气法对航海船舶上的生活废水进行实验时发 表1 - 1几种主要处理技术的优缺点 l 方法名称适用范围去除粒径( t m ) 主要优点主要缺点 重力分离浮油，分散油 6 0 效果稳定，费用低占地面积大 气浮分散油厚l 化油 1 0效果好，工艺成熟占地大，浮油难处理 化学凝聚乳化油 1 0 效栗好，工艺成熟占地大，药剂用量大 电解乳化油 1 0 除油好，连续操作装置复杂，耗电多 电磁吸附乳化油 1 0 设备小，操作简单 剂时效果差 活性污泥溶解油 6 0出水好，投资少 进水要求高，费用高 生物滤池 溶解油 6 0 适应性强基建费用高 吸附溶解油 6 0 出水好，占地小吸附剂再生困难 现，当处理废水中只含3 0 海水时，生化处理后出水水质几乎不受影响，但如果处理 水全为海水，则出水的b o d 去除率显著降低。 d i n c e r 和k a r g j 利用生物转盘系统处理不同盐浓度( o 1 0 ) 废水，探讨了盐度与 c o d 去除率之间的关系1 2 1 l 。研究发现，在无机盐浓度小于3 时，c o d 去除率可达 9 0 以上，然而，继续升高无机盐浓度，c o d 去除率降低，当无机盐浓度为5 和1 0 时，c o d 去除率分别降低到8 5 和6 0 。 l a w t o ng w 1 2 2 1 的研究表明当n a c l 浓度大于2 0 9 l 时，会导致滴滤池b o d 去除率 降低，同时污泥絮凝性变坏，出水s s 升高，硝化细菌活性受到抑制。对含高浓度卤代 有机物废水进行生化处理的实验研究表明，b o d 去除率随盐浓度的增加而降低。 k i n c a n n o n 和g a u n d y 2 3 】认为盐浓度变化会导致微生物细胞组分分解。 w o o l a r d 等【2 4 j 把嗜盐微生物添加到s b r 反应器中，处理含盐量为1 1 5 的人工 配制含酚废水，结果表明即使处理含盐量高达1 5 的人工配制含酚废水，系统对酚的 去除率仍能达到9 9 左右。 h a m o d a 和a i a t l a f i 冽对活性污泥法处理高盐废水( 1 0 0 0 0 m g l 和3 0 0 0 0 m g l ) 的 研究发现，高盐条件下生物活性和有机物去除率均有提高，t o c 去除率在n a c l 浓度 为0 m g l 、1 0 0 0 0 m g l 、3 0 0 0 0 m g l 时，分别为9 6 3 、9 8 9 、9 9 2 。 d a l m a c i j a 等瞄】指出，利用活性污泥处理废水时，高含盐量( 约2 9 9 l ) 和高水力 负荷( 大于1 5 d 1 ) 将会使处理系统的污泥减少、有机物去除率降低、出水悬浮物升高。 他们通过试验证明，向曝气池中投加2 0 0 9 l 的活性炭会明显改善处理系统的功能和出 水水质，污泥容积指数约为6 0 m g l ，出水悬浮物和c o d 。分别为2 0 m g l 和5 0 m g l 。 l y a n g 和c t l a i 【2 7 l 用生物滤池和滴滤塔处理高盐度石油废水。原水t o c 浓度逐渐增大到1 0 0 0 m g l ，盐度逐渐增加为3 4 、3 6 、4 ( 分别为3 4 9 l 、3 6 9 l 、 4 0 9 l ) ，水力停留时间为1 8 t l ，t o c 容积负荷为1 5 k g m 3 d 时，t o c 去除率达9 5 。 b o z od a l m a c i j i a 采用添加p a c 的活性污泥法处理油田高含盐( 主要是n a c i ，其 中c c l = 1 7 4 1 7 6 9 l ) 采油废水，以5 0 淡水稀释，使c o d 。去除率大幅度提高【2 8 】。 国内对高盐废水生化处理的研究起步较晚，这方面的研究很少，近年才逐步引起 重视。 1 9 9 3 年，安林和顾国维研究了用二段生物接触氧化法处理人工配制高盐有机废水， 试验结果表明二段生物接触氧化法在盐浓度高达3 5 9 l 时，对溶解性有机物和s s 均有 较好的去除效果，温度对系统处理效果的影响不大，盐浓度对处理能力有一定的影响， 2 5 e e l 盐度下的效果要优于3 5 9 l 盐度下【2 2 】。 1 9 9 9 年，张雨山等【2 9 1 研究了海水冲厕对城市废水处理系统的影响，发现当海水的 比例超过4 8 时，c o d 去除率显著降低；并且发现盐浓度对污泥沉降性能的影晌比较 明显，随着盐浓度的提高，污泥容积指数逐渐降低。 顾晓培采用完全混合反应器，在负荷o 4 o 6 k g b o d k g v s sd ，污泥浓度为3 0 0 0 4 0 0 0 r a g l 的运行条件下，对淡水及海水的鱼废水进行了处理，发现两者处理效果基本 接近，淡水的处理效果仅略好于海水【2 2 1 。 冯叶成、占新民等人考察了活性污泥耐盐浓度冲击性能，发现当冲击负荷小于 5 0 0 0 m g l 时，系统不会受到太大影响，o u r ( 氧摄入速率) 和t o c ( 总有机碳) 去 除率仍能保持正常，而当盐度冲击大于1 0 0 0 0 m g l 时，将对系统产生影响，活性污泥 o u r 降低约3 5 ，t o c 去除率降低约3 0 3 0 l 。 青岛化工厂采用接触氧化法处理含盐量为1 8 2 8 的氯丁橡胶废水，在对污泥 由淡水到高盐浓度的驯化过程中，微生物优势种属发生了变化，最后的优势菌为假单 胞菌，其数量占总菌数的8 0 以上【3 1 】。 梁展辉f 3 2 l 等对高盐度有机废水进行吹脱和冷却预处理后，再利用s b r ( 序批式生 物膜反应器) 处理，取得了良好的效果。 陈香柏l ”j 利用纯氧曝气活性污泥法一接触氧化一纤维球过滤一活性炭吸附工艺处 理齐鲁石化公司高含盐废水，其进水a 一的含量高达1 6 0 0 0 1 7 0 0 0 m g l ，出水b o d ， 去除率为9 9 8 ，c o d 。去除率为9 6 6 。 杨健f 3 4 1 采用s b r 活性污泥法处理高含盐量石油发酵工业废水，废水的t d s 为 5 0 0 0 0 6 5 0 0 0m g l ，c o d 。，为3 0 0 0 6 0 0 0m g l 。研究发现，高含盐量对驯化后的耐 盐活性污泥并无明显抑制作用，c o d c r 有机负荷为1 0k g k g v s s d ，c o d b 去除率稳 定在9 0 以上，b o d 5 去除率稳定在9 5 以上。 关卫省等【3 5 1 研究了新型絮凝剂x g 9 7 7 ，将其运用于延长油矿管理局永坪炼油厂商 氯根、高含盐含油废水的处理，结果表明：经x g 9 7 7 絮凝剂预处理后，高盐含油废水 可生化性提高，即使氯离子含量大于t o g l ，其生化处理效果仍很好。 于晓丽等【3 6 1 应用s b r 活性污泥法，选用从海水、采油废水及长期受原油污染的土 壤中筛选出的耐盐有机优势降解菌来处理高含氯采油废水，活性污泥通过驯化，可以 在c l 浓度约1 0 9 l 的废水环境中生存。镜检发现，活性污泥中的细菌、真菌和原生动 物、后生动物之间组成良好的生态系统。c o d 。，去除率6 5 8 9 2 1 ，出水可达标排放。 余杨【3 刀利用以生物接触氧化技术为基础的p c r c o r 串连系统对永坪炼油厂高氯 根、高含盐炼油废水进行处理，使出水达到国家一级排放标准，并且研究了高含盐有 机废水中的特征微生物光合细菌的特殊生理代谢方式。 王新刚f 3 8 1 采用水解酸化一两级生物接触氧化法处理高盐含油废水，结果表明：经 过水解酸化可以提高废水的可生化性。水解池h i l t 为8 h ，出水b o d s c o d 。可由进水 的o 4 9 提高到0 5 4 。水解酸化一两级生物接触氧化法处理商盐含油废水效果较好，当 h i l t 为1 4 h ( 水解8 h 十好氧6 h ) ，c o d 。的去除率达到8 4 5 ，油的去除率达到8 8 a ，出水水质稳定。 另外，处理高盐废水的方法还有反渗透处理和电渗析处理p 。 用反渗透法处理高盐废水，在国外已有成熟的工艺。例如美国有一种用于灌溉的 水，其食盐量为3 0 0 0 m g l 。为处理这些水，美国建成了世界上最大的反渗透工厂，目 处理高盐废水的能力达3 6 万吨，盐的去除率达9 7 1 。 电渗析处理法适用于含盐量在1 0 3 5 9 h 的废水处理，目前世界上最大的倒换电极 的电渗析厂日处理能力可达1 5 万吨废水，用这种方法盐的去除率达8 5 4 。 我国用电渗析法处理高盐废水也积累了较丰富的经验。例如甘肃会宁县用电渗析 法使高硬度的水淡化，去除率在8 0 以上。 1 4 膜生物反应器处理高盐含油废水的优越性 许多工业废水中含有烃类和表面活性剂等污染物质。例如炼油、冶金漂洗、压缩 制冷、润滑和冷却剂加工等工业的排放废水。目前应用的传统废水处理技术通常不能 彻底去除这种废水中稳定乳化状态的烃类化合物，原因是这些烃类化合物在这种乳化 状念下可生化性很差。反过来，利用物理法处理并不能真正生物降解，仅仅是这种异 型生物质在废水中的体积浓缩【4 0 】。 m b r 工艺克服了这些缺点，在这种废水处理中具有一定的优势，主要表现在以下 几点： ( 1 ) 膜的高效截留作用，克服了传统活性污泥法中污泥膨胀对处理效果的影响， 同时，超滤膜可以完全截留胶体、大分子有机物以及可生化性差、乳化状态的烃类化 合物，因而出水中悬浮物、浊度、c o d 、油等项目浓度很低。 ( 2 ) m b r 的h r t 与s r t 可以分别控制。水中大分子污染物可随活性污泥返回生 物反应池，不断在系统中循环，有足够的时间与微生物接触。较长的s r t 提高了对废 水中一些难降解化合物的降解能力。这是m b r 比普通生化水处理技术有较高功效的 一个重要原因。 ( 3 ) m b r 曝气池的活性污泥不因产水而损失，在运行过程中，活性污泥会因进水 有机物浓度的变化而变化，并达到一种动态平衡，这使系统出水稳定并有耐冲击负荷 的特点。 ( 4 ) 较大的水力循环导致了污水的均匀混合，因而使活性污泥有很好的分散性， 大大提高活性污泥的比表面积。m b r 系统中活性污泥的高度分散是提高水处理效果的 又一个原因。 ( 5 ) m b r 可以省去传统活性污泥法的后续处理设施，运行控制更灵活、稳定，占 地露积小，减少了基建费用和运行费用。 由此可见，m b r 是一种稳定、可靠的污水处理工艺，将其用于高盐含油废水的处 理是可行的。 1 5 论文研究的主要内容 本文将采用一体式膜生物反应器处理高盐含油废水，研究的主要内容如下： ( 1 ) 通过试验，研究不同操作压力对膜通量的影响，确定本试验的操作压力范围。 ( 2 ) 考察不同h r t 条件下，一体式膜生物反应器对污染物的去除效率，确定试验 运行的最佳h r t ，使出水水质达到国家一级排放标准。 ( 3 ) 通过提高盐浓度，考察系统的耐盐度冲击负荷能力，确定系统对盐度的适应 范围，并考察系统在不同容积负荷和污泥负荷条件下对污染物的去除效果。 ( 4 ) 研究系统上清液浊度的变化及对出水浊度的去除效果，并分析其原因。 ( 5 ) 通过试验，研究反应器的污泥特性，考察污泥浓度对污泥活性及污泥沉降性 能的影响。 9 ( 6 ) 膜污染堵塞问题仍然是膜生物反应器面临的主要问题，本文将分析膜堵塞发 生的机理并采取减缓措旖。 ( 7 ) 在试验数据的基础上对一体式膜生物反应器工艺进行经济分析。 l o 2 膜生物反应器技术简介 2 1 膜生物反应器的组成h 0 1 通常提到的膜生物反应器是将膜技术与生物反应器结合起来的污水处理工艺，主 要包括三类反应器，它们分别是膜曝气生物反应器( m e m b r a n e a e r a t i o nb i o r e a c t o r ， m a b r ) ；萃取膜生物反应器( e x t r a c t i v em e m b r a n eb i o r e a c t o r ，e m b r ) ：膜分离 生物反应器( b i o m a s ss e p a r a t i o nm e m b r a n eb i o r e a c t o r ，b s m b r ，简称m b r ) 。 ( 1 ) 膜曝气生物反应器无泡曝气m b r 最早见c o t e p 等于1 9 8 8 年的报道。它 采用透气性致密膜( 如硅橡胶膜) 或微孔膜( 如疏水性聚合膜) ，以板式或中空纤维式 组件