（环境工程专业论文）sbr工艺处理高含盐采油废水试验研究.pdf

摘要 在石油开采，炼制及加工过程中会产生大量的含油废水。这种含油废水不仅含有大 量难降解有机污染物，而且含有大量溶解性无机盐物质，采用经济可靠的生物处理技术 进行处理，对于保护环境具有重要的意义。 论文在对既往研究综述后，总结了间歇性活性污泥法( 简称s b r ) 处理高含盐采油 废水的优越性，在实验室规模下，采用s b r 反应器驯化接种活性污泥处理人工配制的 高含盐采油废水，得出了驯化所需时间以及系统最佳运行参数和控制条件；并在此基础 上，以s b r 反应器中的泥水混合液为样品，进行了嗜盐菌的分离试验。主要研究结论 如下： 1 有关污泥驯化方面的研究：采用s b r 工艺，通过逐步提高盐浓度对接种污泥驯 化培养，完成污泥驯化需要4 9 天时间。在每个提高盐浓度的最初阶段，出水效果都有 一个变差的过程，但幅度一直在减小，c o d c r 去除率逐步提高，出水效果逐渐变好，当 盐浓度提高到最高阶段，经稳定后，c o d c r 去除率8 0 左右。 2 有关s b r 系统运行条件的研究：曝气时间、温度和p h 对系统c o d c r 和氨氮去 除率效果有一定的影响。本试验s b r 系统的最佳运行条件设定为：曝气时间为6 h ，运行 周期为8 小时，一天三个周期，控制温度在3 0 左右，调节p h 在7 5 左右。 3 有关s b r 系统在最佳运行条件下抗冲击负荷的能力的研究：有机负荷、氨氮负 荷和盐度对s b r 反应器都有一定的冲击效果。但综合来看，反应器抗盐度的冲击略差 于其它两项，受冲击后恢复稳定需要的时间较长。受有机负荷冲击后，系统经过1 0 2 小 时后基本能恢复稳定；受氨氮负荷冲击需要1 2 0 小时，而盐度冲击需要1 4 4 小时。 4 关于活性污泥方面的研究：在整个试验过程中，s b r 反应器中污泥具有较好的 污泥沉降性能，8 3 9 2 的s v 3 0 指数都介于1 5 - - 4 0 之间；s v i 指数都在1 5 0 m l g 以 下，6 4 9 2 的s v i 指数在6 0 - 1 0 0 m l g 范围。 5 关于嗜盐茵分离的研究：经过富集、培养、分离、纯化，采用两种不同的培养 基，各分离出两种在宏观表现形态上不同的细菌。再将分离的a a 和b b 两种细菌投加 进反应器并做强化对比试验，但对比试验效果不明显。 关键词：高含盐采油废水、s b r 、嗜盐菌 a b s t r a c t a b u n d a n to fo i l yw a s t e w a t e rw i l lb eg e n e r a t e df r o mo i le x p l o r a t i o n , r e f i n i n ga n d m a c h i n i n gp r o c e s s e s h i g h s a l i n i t yo i le x p l o r a t i o np r o d u c e dw a s t e w a t e ri sd i f f i c u l tt ob e t r e a t e da si tc o n t a i n sp l e n t yo fd i s s o l v e di n o r g a n i cs u b s t a n c e sa n do r g a n i cp o l l u t a n t sw h i c h a r ed i f f i c u l tt ob ed e g a r d e d t h e r e f o r e ，t h ed o a b l ea n de c o n o m i c a lb i o l o g i c a lt r e a t m e n ti sf u l l o fs i g n i f i c a n c ei ni m p r o v i n ge n v i r o n m e n t t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h ea d v a n t a g e so fa d o p t i n gs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ( r e f e r r e d t oa ss b r ) f o rt r e a t i n gh i g hs a l i n j t ) ，o i le x p l o r a t i o np r o d u c e dw a s t e w a t e ro nt h eb a s i so ft h e r e s e a r c ht op a s ts t u d i e s i na d d i t i o n ，a c c l i m a t i o nc o m p l e t i o nt i m ea n do p t i m u mo p e r t i o n c o n d i t i o n so fs b rs y s t e ma r ec o n c l u d e di na c c o r d a n c ew i t ht h et e s t i n gr e s u l t so fa d o p t i n g s b rm e t h o dt ot r e a tm a n u a lh i g h s a l i n i t yo i le x p l o r a t i o np r o d u c e dw a s t e w a t e r f u t h e rm o r e ， h a l o p h i l i cb a c t e r i as e p a r a t i o nt e s t i n gi sc o n d u c t e db yu s i n gt h es l u g e w a t e rm i x e dl i q u i d s f r o ms b rr e a c t o ra ss a m p l e s t h em a i nc o n c l u s i o n sa r el i s t e db e l o w ： 1 r e s e a r c ho ns l u d g ea c c l i m a t i o n ：i tt a k e s4 9d a y st oc o m p l e t et h es l u d g ea c c l i m a t i o nb y a d o p t i n gs b r m e t h o da n de n h a n c i n gt h es a l tc o n c e n t r a t i o ni nt h ew a s t e w a t e r 。e n h a n c i n gt h e s a l tc o n c e n t r a t i o nw i l lg e n e r a t ea na d v e r s ee f f e c tt ot h ew a t s t e w t a e rt r e a t m e n te f f e c to n l ya t e a c hi n i t i a l s t a g e ，t h e nt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d e rw i l lb ep r o m o t e da st h es a l t c o n c e n t r a t i o ni se n h a n c e d n l er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d c rr e a c h e sa t8 0 w h e nt h es a l t c o n c e n t r a t i o ni nt h ew a s t e w a t e ri sm a x i m u m 2 r e s e a r c ho no p e r a t i o nc o n d i t i o n so fs b rs y s t e m ：a e r a t i o nt i m e ，t e m p e r a t u r ea n dp h h a v ei m p a c t st ot h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d e ra n dn h 3 - n a c c o r d i n gt ot h et e s t i n gr e s u l t s ， t h eo p t i m u m o p e r a t i o nc o n d i t i o n so fs b rs y s t e ma r e ：6 h o u r sf o ra e r a t i o nt i m e ，8h o u r sf o r o n eo p e r a t i o ns h i f t ，t h r e es h i f t sp e rd a y , 3 0 cf o rc o n t r o l l i n gt e m p e r a t u r ea n d7 5f o rp h 3 r e s e a r c ho nt h es h o c kl o a d i n gr e s i s t a n c ec a p a c i t yo fs b rs y s t e mu n d e rt h eo p t i m u m o p e r a t i o nc o n d i t i o n s ：t h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h es b r r e a c t o ri n c l u d e dt h eo r g a n i cl o a d ，l o a d o fa m m o n i an i t r o g e na n ds a l i n i t y b a s e d0 1 1a i lo v e r a l lc o n s i d e r a t i o no fv a r i o u sf a c t o r s ，t h e a n t i s a l i n i t yi m p a c to fr e a c t o rw a sw e a k e rt h a nt h eo t h e rt w oa n dl o n gt i m ew a sr e q u i r e dt o r e s t o r es t a b i l i t ya f t e rt h ei m p a c t t h er e s t o r e s t a b i l i t yt i m eo fs y s t e mt oo r g a n i cl o a di s10 2h ， t oa m m o n i an i t r o g e nl o a di s12 0ha n dt os a l i n i t yi s14 4h ，r e s p e c t i v e l y 4 r e s e a r c ho na c t i v a t e ds l u d g e ：d u r i n gt h ew h o l ee x p e r i m e n tp r o c e s s ，t h es l u d g ei n s b rr e a c t o rs h o w sg o o ds e t t l e a b i l i t y 8 3 9 2 o ft h es v 3 0i n d e xf a l l sb e t w e e n15 a n d4 0 a n dt h es v ii n d e xi sl e s st h a n1 5 0 m l g ，6 4 9 2 o f t h es v ii n d e x r a n g e sf r o m6 0 1 0 0 m l g 5 r e s e a r c ho nt h es e p a r a t i o no fh a l o p h i l i cb a c t e r i a ：t w od i f f e r e n tb a c t e r i aa r ef o r m e do n t w od i f f e r e n tc u l t i v a t i o nm e d i a sa f t e re n r i c h m e n t , c u l t i v a t i o n , s e p a r a t i o na n dp u r i f i c a t i o n a a a n db ba r ea d d e dt ot h er e a c t o r s e p a r a t e l y f o rc o m p a r i s o nt e s t i n gb u tn o s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e k e yw o r d s ：h i g h s a l i n i t yo i le x p l o r a t i o np r o d u c e dw a s t e w a t e r ；s b r ；h a l o p h i l i cb a c t e r i a 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 高含盐采油废水的来源和特点 1 1 1 采油废水的来源 高盐度废水是指含有有机物和3 5 左右的总溶解固体物( t o t a ld i s s o l v e ds o l i d ，简 称t d s ) 的废水1 1 1 。采油废水就是在开采和炼制石油的过程中产生的大量废水，是常见 的高盐度废水之一。含油废水来源复杂，导致其污水的种类和性质非常繁杂，但其主要 的来源还是集中于油田、炼油和机械加工业【2 1 。采油废水可以主要分为以下几种： ( 1 ) 油田采出水在石油开采过程中，采出的原油含有大量的水分，一般情况下含 水率高达7 0 - 9 5 。采油废水主要是随原油一起被开采出来，经过油气分离和脱水处 理后脱出的废水。通常情况下采油废水经处理后作为注入水重新注入地下，进行二次采 油。然而，随着油田开采期的延长，尤其是到了油田开发的中后期，采出原油的含水量 越来越高，分离后产生的采出水将大大超过注水量的需求，剩余的采油废水必须排入环 境【3 】。根据油田所处的位置，采出水可细分为陆上( o f f s h o r e ) 采油废水和海上( o n s h o r e ) 采油废水【4 】。 ( 2 ) 钻井废水在钻井过程中，在下钻作业中泥浆的流失、泥浆循环系统的渗漏， 钻井用的机械设备所用的柴油和润滑油泄漏，以及冲洗地面设备及钻井工具上的泥浆和 油污形成的废水5 1 。 ( 3 ) 清洁废水清洗注水井管路的配水器滤网产生的废水以及原油炼制的各种装置 如电脱盐、蒸馏塔等都不断地排出大量废水【2 】。 近年来，随着经济发展对石油需求量的不断增长，石油勘探开发活动日趋增多，石 油采油废水的外排量增大，但处理达标率很低，目前处理达标率为5 0 左右 2 1 。石油和 天然气企业在提供大量清洁原料和化工原料的同时也产生了严重的环境污染问题，如何 有效治理开采和使用石油过程中造成的环境污染，已称为世界各国面临的重要课题。 1 1 2 采油废水的特点 采油废水主要是从地层中随原油一起被开采出来的，经过了原油采集和初加工的整 个过程，不仅为原油所污染，而且在高温高压的油层中溶解了地层中的各种盐类和气体， 在采油过程中从油层中携带大量悬浮固体，在原油收集和运输过程中加入了各种化学药 剂，含有大量的有机物【6 】。采油废水的水质极其复杂，其成分与油田的地理位置及开采、 炼制工艺、油田性质、油层性质、原油采集工艺、原油输送条件等密切相关，但采油废 第一章绪论 水普遍具有以下特剧7 】： ( 1 ) 含油量高。一般在1 0 0 0m g l 以上，除一部分浮油外，主要是9 0 岬以下的分 散油和乳化油。由于各类脱水转油站脱水运行条件的不同，产出的含油废水中油水的分 散度也不同。而且由于目前陆上油田多是利用废水回注技术进行开采，因此采油废水的 性质既和原油性质有关，也和油田注入水的性质有关。 ( 2 ) 悬浮物含量高采油废水中的悬浮固体颗粒细小，直径大约在l - - 1 0 0 肛m ，主 要有泥砂、各种腐蚀产物及垢、细菌和有机物等杂质，而这些悬浮物由于粒径小，在重 力的自然作用下沉降缓慢【8 1 。 ( 3 ) 含盐度高，具有一定的腐蚀性采油废水的矿化度一般在1 0 0 0 m g l 以上，最 高甚至达到1 4 x 1 0 4 m g l 。采油废水中含有大量的无机阴离子和阳离子，其主要成分含 量见表1 1 9 1 。 表1 1 采油废水无机成分含量 t a b l e1 1 i n o r g a n i cc o m p o s i t i o no fo i l - f i e l dw a s t e w a t e r 名称 c 一+ m 9 2 + f e pc i 5 0 4 厶h c o s 。 s 厶 c o s 厶 采油废水的高矿化度加剧了废水在管道输送过程中的腐蚀作用，高含盐使废水的生 化处理造成了一定的困难【l o 】。 ( 4 ) 含有多种有机化学药剂由于在原油收集和运输过程中需要添加降黏剂、破乳 剂和絮凝剂等各种化学药剂，这些药剂形成了采油废水中的高c o d ，可生化性差，难 以被生物降解，也成为废水处理中的难点【l l 】。 ( 5 ) 含有铁细菌、硫酸盐还原菌等类型的微生物原油输集系统的厌氧环境及采油 废水中丰富的营养物质，使废水中易滋生各种有害细菌其中数目最大的一种是硫酸盐还 原茵，它可以把废水中的硫酸盐还原成为具有腐蚀性的硫化物，导致输油管道和设备的 腐蚀，甚至产生污泥堵塞管道1 2 1 。 1 1 3 采油废水的危害 采油废水排入环境后，对环境的危害主要分为对自然环境( 包括水体、土壤、大气) 以及对人体健康的危害。 ( 1 ) 恶化水质，危害水资源采油废水排入水体后，携带的石油类污染物漂浮于水 面，并迅速扩散，可形成一层极薄的油膜，阻止大气中复氧，妨碍水生浮游生物的光合 2 长安大学硕士学位论文 作用，对水生植物产生严重的危害，破坏水体的生态平衡。油膜还会堵塞鱼鳃，使其呼 吸困难直至死亡。微量的石油污染会导致水产品有异臭。废水中的有机物质在被水体中 微生物降解过程中要消耗水中大量的溶解氧，导致水体缺氧，变黑变臭。废水中多种石 油烃都是“三致物质”，排入水体中难以自然降解或需要花较长的时间才会被降解。石油 烃类又会被鱼、贝类富集，从而通过食物链危害人体健康【1 3 - 1 4 1 。 ( 2 ) 影响农作物生长石油类污染物进入土壤后，高分子的石油烃黏着于土壤颗粒 表面就会影响土壤的通透性，破坏土壤结构及土壤微生物的生存环境。同时在植物根系 上形成一层黏膜，阻塞植物气孔，影响植物的蒸腾、呼吸和光合作用，引起植系腐烂。 ( 3 ) 污染大气采油废水在水体中以油膜形成浮在水面，表面积极大，在各种自然 因素作用下，其中一部分组分和分解产物就挥发进入大气，污染和毒化水体上空和周围 的大气环境。由于扩散和风力的作用，可以使污染范围扩大【l5 1 。 ( 4 ) 危害人体健康石油污染能使人体发生急性中毒、慢性中毒，当石油通过食物 链的作用进入到人体，特别是当在人体内发生积累性毒性作用时，可使肠、胃、肝、肾 等器官组织发生病变，可诱发癌症、畸形、突变等效应，对人类产生严重的危割1 6 】。 1 2 高含盐采油废水处理技术的研究现状 1 2 1 采油废水处理技术的现状 1 2 1 1 传统的初级处理技术 虽然各油田因地质条件、开发方式、油层改造措施、注水水质和集输工艺等的不同， 油田采油废水的性质差异很大，但2 0 世纪9 0 年代以前国内外多数油田采油废水的处理 都是以物理化学方法为主，处理工艺都是以传统的“老三套”工艺为基础的初级处理技 术。该工艺由自然除油、化学混凝和过滤等物理化学处理技术组合而成，主要去除对象 是以浮油、分散油形式存在的石油类和悬浮固体物质，处理后的出水主要用于油田回注 1 1 7 】。表1 2 介绍了化学混凝法和过滤法的定义和各自优缺点。 第一章绪论 表1 2 化学混凝法和过滤法一览表 方法定义优点缺点 1 2 1 2 采油废水的深度处理技术 随着油田的开采，油层的综合含水率提高，采油废水的产生量也不断增加，已超过 注水量的需求，大部分要排到环境中，这就对处理后废水中的污染指标提出了更高的要 求。同时，我国大部分油田开采已经进入三次采油阶段，开采过程中大量使用表面活性 剂，使得废水中油的乳化程度加剧，处理难度进一步加大。因此，在原有工艺基础上， 研究以去除乳化油、有机物为目的的深度处理技术，使采油废水的各项指标达到外排和 回注要求，已成为一项重要任务。近年来，在采油废水处理方面研究较多的深度处理技 术有化学氧化法、吸附法、膜分离法、电解法、生物化学法。下面重点介绍生物化学法。 生物化学法就是利用微生物的代谢作用，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物 转化为稳定的无害物质【1 8 】。生物化学法主要分为好氧生物处理和厌氧生物处理两种，并 延伸出多种工艺。采用生化法处理采油废水具有运行能耗低，运行过程中不需添加化学 试剂，避免造成二次污染，降解有机物彻底，出水水质稳定等优点。 1 厌氧生物处理法在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生 物化学作用，对有机物进行生化降解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。 厌氧消化原理复杂有机物的厌氧消化过程要经历数个阶段，由不同的细菌群接替 完成。根据复杂有机物在此过程中的物态及物性变化，可分三个阶段。在第1 阶段( 即 水解阶段) ，废水及污泥中的不溶性大分子有机物如蛋白质、多糖类、脂类等经发酵细 4 长安大学硕士学位论文 菌水解后，分布转化为氨基酸、葡萄糖和甘油等水溶性的小分子有机物。紧接着是第2 升华阶段( 即酸化阶段) ，它包括两次酸化过程。在酸化( 1 ) 中，发酵细菌将小分子有 机物进一步转化为以下两类简单有机物：第1 类为能被甲烷细菌直接利用的有机物，如 乙酸、甲酸、甲醇和甲胺等；第2 类为不能被甲烷细菌直接利用的有机物，如丙酸、丁 酸、乳酸、乙醇等。不完全厌氧消化活酸发酵到此结束。 在第2 类生化阶段的酸化( 2 ) 中，产氢产乙酸菌将上述第2 类有机物进一步转化 为氢气和乙酸。 在第3 升华阶段中，甲烷细菌把甲酸、乙酸、甲胺和( c 0 2 + 1 - 1 2 ) 等基质通过不同 的径路转化为甲烷，其中最主要的基质为乙酸和( c 0 2 + h 2 ) 。 参与厌氧消化的细菌，除以上三个种群外，还有一个同型产乙酸细菌种群。这类细 菌可将中间代谢产物的h 2 和c 0 2 ( 甲烷细菌能直接利用的一组基质) 转化为乙酸( 甲 烷细菌能直接利用的另一种基质) 。由于它是中间产物的横向转换，因而没有将它算作 独立的有机物纵向降解的阶段。 参与厌氧消化的四个微生物种群和转化有机物的全过程见图1 1 。 图1 1 厌氧消化图式 f i g u r e1 1 s c h e m a t i co fa n a e r o b i cd i g e s t i o n a 代表甲酸、甲醇、甲胺、乙酸四种甲烷细菌可利用的有机物 b 代表a 以外的有机物，主要为丙酸、丁酸、乙醇、丙酸等 高含盐采油废水中的有机污染物大多属于难生物降解的高分子物质，经过厌氧生物 处理，使之降解为低分子的酸和醇类，可提高废水可生化性。 5 第一章绪论 2 好氧生物处理法生物处理的主要作用者是微生物，特别是其中的细菌。在生化反 应中主要依赖好氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺，称为好氧生物处 理法。 好氧生物处理时，一部分被微生物吸收的有机物氧化分解成简单无机物( 如有机物 中的碳被氧化成二氧化碳，氢与氧合成水，氮被氧化成氨、亚硝酸盐和硝酸盐，磷被氧 化成磷酸盐，硫被氧化成硫酸盐等) ，同时释放出能量，作为微生物自身生命活动的能 源。另一部分有机物则作为其生长繁殖所需要的构造物质，合成新的原生质。这种氧化 分解和同化合成过程可以用下列生化反应式表示。 有机物的氧化分解( 有氧呼吸) ： c x h y o z + f x + 三y 一昙z 1o z 墨x c 0 2 + i l y h z o + 青皂量 c x h y o z + 卜+ ；y i 才o z x c + 云 + 霄毫量 原生质的同化合成( 以氨为氮源) ： n ( c x h y o z ) + n h 3 + ( n x 辛一兰z s ) 0 2 墨c 5 i 1 7 n 0 2 - - ( 缎- - 5 ) c 0 2 + 三( n y 一4 ) h 2 0 原生质的氧化分解( 内源呼吸) ： c 5 h 7 n o z + 5 0 2 酶5 c 0 z 2 h 2 0 + n h 3 + 能量 由此可以看出，当废水中营养物质充足，即微生物既能获得足够的能量，又能大 量合成新的原生质时，微生物就不断增长；当废水中营养物质缺乏时，微生物只能依靠 分解细胞内贮藏的物质，甚至把原生质也作为营养物质利用，以获得生命活动所需的最 低限度的能量。这种情况下，微生物无论重量还是数量都是不断减少的。 主要的好氧生物处理法有活性污泥法和生物膜法，并发展出多种工艺。 3 好氧生物处理与厌氧生物处理的区别 好氧生物处理与厌氧生物处理的主要区别见表1 3 。 6 长安大学硕士学位论文 表1 3 好氧生物处理与厌氧生物处理主要区别 t a b l e1 3t h em a i nd i f i e r e n c eo fa e r o b i cb i o l o g i c a lt r e a t m e n ta n da n a e r o b i cb i o l o s i c a it r e a t m e n t 淡 好氧生物处理厌氧生物处理 起作用的微生物群由一大类群好氧微生物一次完成 产物 反应速率 有机物转换成c 0 2 、h 2 0 、n i l 3 、p 0 4 孓、 s 0 4 2 等无机物，且基本无害 由于有氧作为氢受体，有机物转化速 率快，处理单位废水所需处理设备较 小 要求充分供氧，对其它环境条件要求 对环境条件要求 不太严格 由两大类群的厌氧微生物接替完 成 有机物依次转化为为数众多的中间 有机物，以及c 0 2 、h 2 、h 2 s 、n i l 3 等，产物复杂，有异臭，一些气态 产物可作燃料 反应速率慢，处理单位废水所需设 备较大 要求绝对厌氧环境，对其它环境条 件( 如p h 值、温度等) 要求甚严 好氧生物处理和厌氧生物处理都能完成对有机污染物的稳定化，但在实际中究竟采 用哪种方法，视具体情况而定。一般废水中有机物浓度若低于1 0 0 0 m g l ，比较适于好 氧生物处理；浓度更高时，可考虑采用厌氧生物处理【1 9 1 。 采油废水尤其是海洋石油采出水一般具有盐度高、水质复含难降解物质较多的特 点，而高盐度对微生物具有较强的抑制作用，对含油废水进行生化处理前，应对其可生 化性进行考察，并进行微生物的驯化和培养。表1 4 是评价废水可生化性指标【2 0 1 。 表1 4 废水可生化性指标 ! 垒垒! 呈! ：璺垒1 2 空! g ! 苎空璺垒! ! i 垃i 翌空! 兰2 11 苎兰兰：! 旦苎! ! b o d s c o d c r o 4 5 0 3 0 4 50 2 0 3 0 2 可生化性可生化性较好可生化性较难不宜 从表中可以看出b o d 5 c o d e r 0 3 的废水可采用生化处理，否则，应考虑先提高可 生化性。主要方法有接种嗜盐微生物，驯化培养污泥或采用水解酸化等。 1 2 2 高含盐采油废水生物化学处理的研究现状 1 2 2 1 国外高含盐工业废水生物处理研究 国外对高含盐废水的处理始于2 0 世纪4 0 年代。研究表明，高盐度环境下，微生物代 7 第一章绪论 谢酶活性受阻，微生物生长速率减慢，产率系数降低【2 l 】。 k i n c a n o n 2 2 1 和g a u d y 研究发现，盐浓度的降低对微生物造成的影响比盐浓度的增加 更为严重。当在无盐污泥中加入3 0 9 l 的n a c l 溶液时，b o d 的去除率降低了约3 0 。 然而，当在驯化好的能耐受3 0 l 的n a c i 溶液的活性污泥中加入无盐水，b o d 的去除 率降低了约7 5 。大幅度的盐度变化可引起细胞的急剧失水，从而导致溶液中可溶的 c o d c r 的增加。急剧的盐度变化对微生物的负面影响比盐度的逐渐变化要大。 p a n s w a d t 2 3 】和a n a n 采用a 2 o ( a n a e r o b i c a n o x i c a e r o b i cp r o c e s s ) 工艺利用在高含 盐条件下驯化得到接种污泥处理含盐量为3 的合成废水，c o d 去除率达到7 1 。 d i n c e r t 2 3 - 2 5 】和k a r g i 采用好氧生物转盘( a e r o b i cb i o l o g i c a ld i s cs y s t e m ) 在逐渐提高 盐度( o 1 0 ) 的条件下处理一种人工合成废水。研究表明，在盐浓度低于5 0 9 l 的情 况下，c o d 的去除率可以超过8 0 。 s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r 简称s b r ) 工艺被公认为在水质恶劣的条件下的一 种有效的处理系统【2 6 】。所以s b r 工艺被广泛用来处理高含盐废水 2 7 1 。w o o l a r d t 2 8 也明和 i r v i n e 研究采用s b b r 工艺并接种从大盐湖( g r e a ts a l tl a k e ) 分离出的中度嗜盐菌处理 含盐量高达1 5 0 9 l 的模拟含酚( 约1 0 0 m g l ) 油田废水，苯酚的去除率高达9 9 。 u y g u r l 3 1 1 和k a r i g i 采用s b r 工艺处理高含盐有机废水，研究表明，当含盐量从o 增 加到6 ，c o d 去除率从9 0 降低到3 2 。 l a w t o ng w 【3 2 】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，同时污泥絮凝性变差，出水s s 升高，硝化细菌活性受到抑制。 l y a n g 3 3 - 3 4 1 和c t l a i 采用生物滤池和滴滤塔处理高含盐含油废水。进水t o c 浓度 逐渐增加到1 0 0 0 m g l ，盐度逐渐增加，分别为3 4 9 l 、3 6 9 l 、4 0 9 l ，h r t = 1 8 h ，t o c 的容积负荷为1 5 k g m 3 d ，t o c 去除率高达9 5 。 d a l m a c i j a 3 5 1 等指出，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 j ) 将会使处理系统的污泥减少、有机物去除率降低、出水s s 升高。他们 通过试验证明，向曝气池投加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 c r 分别为2 0 m g l 和5 0 m g l 。 d a v i s e m t 3 6 j 通过试验发现，从生活污泥中接种的菌种经驯化后，处理含盐量6 8 的废水，t o c 的去除率达到8 0 ；处理含盐量为1 2 的废水，t o c 去除率能达到4 3 。 1 2 2 3 国内高含盐工业废水生物处理研究 国内对高盐度废水生化处理的研究起步较晚。1 9 9 3 年，安林和顾国维3 7 1 采用二段 8 长安大学硕士学位论文 生物接触氧化法处理人工模拟的高盐有机废水，通过试验表明，在盐浓度达到3 5 9 l 时， 对溶解性有机物和s s 均有较好的去除效果，而温度对处理效果的影响程度小，盐浓度 对处理效果有一定的影响，研究得出，2 5 9 l 盐度下的效果要优于3 5 9 l 盐度下。 1 9 9 9 年，张雨山1 3 8 1 等研究了海水冲厕对城市废水处理系统的影响。研究表明，当 海水的比例超过4 8 时，原处理系统c o d e r 的去除率显著降低，随着盐度的提高，污泥 容积指数逐渐降低。 同济大学重点研究了m b r 工艺在高浓度含盐石化废水方面的应用前景。他们研究 采用好氧膜生物反应器处理石化废水，膜组件采用管式膜和平板膜组成的超滤膜。研究 表明：该反应器能有效处理高含盐有机废水。连续式膜生物反应器有机负荷在0 0 9 6 , - - , o 1 4 k g c o d k g m l s s d 范围内时，c o d 去除率超过8 9 ；间歇式膜生物反应器有机负荷 在0 0 8 - - 0 5 l k g c o d k g m l s s d 范围内时，c o d 去除率超过9 7 ，出水c o d 达到一级 标准。同时，由于膜生物反应器的膜通量受盐度等因素的影响，必须定时清洗以维持膜 的水通量【3 9 】。 冯叶成【删等研究了盐浓度对活性污泥系统的冲击，研究表明，当冲击负荷小于 5 0 0 0 m g l 时，盐浓度对系统的影响不太大，而当盐冲击大于1 0 0 0 0 m g l 时将对系统产 生影响，t o c 去除率降低3 0 左右。 杨健【4 1 1 等采用s b r 工艺处理高含盐石油发酵工业废水。研究结果显示，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 去除率稳定在9 0 左右，b o d 5 去 除率稳定在9 5 左右。 何健1 4 2 】等驯化出能耐受高浓度盐分并具有良好降解性能的活性污泥。在进水n a c l 浓度为4 5 0 0 0 m g l ，容积负荷为1 6 k g c o d c r m 3 d 的条件下，其c o d 订的去除率为9 6 6 。 1 2 3 生物强化技术在高含盐采油废水中的应用 1 2 3 1 生物强化技术概述 生物强化技术( b i o a u g e m e n t a t i o n ) 又叫生物增强技术，它产生于上世纪7 0 年代中 期，在8 0 年代后得到广泛的研究和应用。生物强化技术就是通过向废水处理系统中直 接投加从自然界筛选活通过基因工程技术重组得到的高效菌种，以改善原来系统处理能 力，大道对某一种或某一类有害物质的去除或某方面性能的优化的目的。生物强化技术 主要有直接投加特效降解微生物、直接投加共代谢基质类物质优化处理系统环境、引入 生物强化制剂和固定化生物强化技术四种方式。“投菌法”是新兴的废水处理方法，通过 9 第一章绪论 向废水中投加高效优势菌种改善常规活性污泥法的处理效果，具有专门处理某些污染物 指标或特种废水的特点，尤其适用于难降解有机废水【4 3 】。 b r i n 【删等研究表明用生物强化技术可使有机物去除率比普通活性污泥法提高2 0 ， 污泥产量降低3 4 ，同时，控制了臭气的产生，减轻了二次污染物。 d i n c e r l 4 5 】等利用生物转盘处理含盐废水，并向反应器中投加嗜盐微生物，在盐度不 超过3 时，获得较好的去除效果，c o d o 去除率超过9 0 ；盐度为5 时，c o d c ，去除 率为8 5 ；盐度为1 0 时，c o d c ，去除率为6 0 。 p e y t o n t 4 6 1 利用耐盐微生物处理高盐度工业废水，以苯酚为模型化合物，进行了盐度 ( 1 0 ) 对苯酚的生物降解动力学的探讨。试验结果表明，生物降解为苯酚浓度( 0 - - 5 0 m g l 的零级动力学。 1 2 - 3 2 嗜盐菌的研究 1 嗜盐菌的分类 通常把能在含盐量高于1 5 的环境中生长的细菌称为极端嗜盐菌，它能在 5 5 m o l l n a c l 溶液中生存 4 7 1 。嗜盐微生物种类繁多，既有极端耐盐的古细菌，也有真细 菌、放线菌和藻类。常见的种类有盐细菌属和盐球菌属，见表1 5 【4 引。 表1 5微生物的不同嗜盐类群 ! 垒垒! ! ! ：主! 垒竺垒i ! ! 至坚翌! g 竺竺巳12 1 墅苎1 2 巳塾i ! i ! 垒苎! ! ! i 垒 嗜盐类群最适生长盐浓度n a c l实例 2 嗜盐菌的特性和嗜盐机理 从微生物角度讲，无机盐类对微生物生长过程中起着促进酶反应，维持膜平衡和调 节渗透压等重要作用。但高盐环境对微生物具有抑制作用，主要原因在于【4 9 】： ( 1 ) 盐浓度高，渗透压高，造成细胞脱水，引起细胞原生质分离； ( 2 ) 高盐度下，因盐析作用造成脱氢酶活性降低； 1 0 长安大学硕士学位论文 ( 3 ) 高氯离子浓度对细菌有毒害作用； ( 4 ) 盐浓度升高，造成水的密度增加，活性污泥容易上浮流失。 嗜盐菌之所以能在高盐环境下良好生长，是通过在细胞内积累一些被称为相容性溶 质( c o m p a t i b l es o l u t e s ) 的物质来抵抗细胞外的高渗透压。相容性溶质可以保证任何处 于高渗环境中的生物细胞内外渗透压平衡，维持细胞的形态、结构和生理功能。通常这 些物质不同于细胞外的主要溶质，但它又不能妨碍细胞的其它代谢途径。相容性溶质可 以在高n a c l 浓度中保持细胞内酶的活性。不同的生物所积累的相容性溶质是不同的【5 0 】。 嗜盐菌特别是极端嗜盐菌对高盐环境都有很好的适应性。在嗜盐菌的细胞内具有相 当高的离子浓度，基本上与细胞外的离子浓度相等，这样可以抵抗细胞外高盐浓度对细 胞的脱水作用。同时，嗜盐菌又具有浓缩k + 和排斥n 矿的能力，对环境中离子有选择作 用，在细胞内k + 浓度比n a + 浓度大得多，所以，即使在n 矿占优势的高盐环境中，也不 会有过多的n a + 进入细胞。并且，在嗜盐菌的生理活性中，k + 比n a + 更显重要。因此， 嗜盐菌在高盐环境中才能保持细胞结构和显示生理活性，使其能很好地在高盐环境中生 存。 嗜盐菌一般为革兰氏阴性菌，多为好气化能异养，能利用的碳源十分广泛，适宜于 偏碱性的环境( p h 为9 - - - 1 0 ) ；该种群具有极高的生长速率，其时代周期约为4 h ；菌体 多为圆形，直径为2 - - 4 j _ t m ；外观呈红色、紫色或浅褐色；不运动或丛鞭毛运动；这些 异养型和自养型的中度和极端嗜盐菌的特性非常适用于处理含盐有机工业废水【5 卜5 4 1 。 1 3s b r 反应器处理高含盐采油废水的优越性 s b r 是通过在时间上的交替实现传统活性污泥法的整个过程，它在流程上只有一个 基本单元，将调节池、曝气池和二沉池的功能集中在一个池子上，兼有水质水量调节， 微生物降解有机物和固液分离等功能【5 5 1 。经典的s b r 反应器的运行过程见图1 2 。 第一章绪论 图1 2 经典的s b r 反应器的运行过程 f i g u r e1 2 c l a s s i cr u n n i n gp r o c e s so fs b rr e a c t o r 经典s b r 反应器的优点【5 6 】： 表1 6s b r 优点的汇总和分析 t a b l e1 6t h es u m m a r ya n da n a l y s i so fs b ra d v a n t a g e s 优点机理 沉淀性能好 有机物去除效率高 提高难降解废水的处理效率 抑制丝状菌膨胀 可以除磷脱氮，不需要新增反应器 不需要二沉池和污泥回流，工艺简单 理想沉淀原理 理想推流状态 多样性的生态环境( 出现厌氧，缺氧 和好氧状态多种状态) 选择性准则 生态的多样性( 出现厌氧，缺氧和好 氧状态多种状态) 结构本身特点 1 4 本论文主要研究的意义和内容 1 4 1 研究的意义 随着我国经济的快速、健康、稳定发展和石油工业的发展，石油作为一种能源物质 在国民经济发展中的作用越来越重要。但石油工业的生产活动不可避免地会对生态环境 造成危害，石油污染已成为我国面临的主要污染源之一。 采油废水往往具有难降解、易乳化、高含盐等特点，而高含盐这一特性是影响采油 废水处理效果的一个重要因素，而采用常规方法处理往往难以达到理想效果，使之未能 得到有效处理就排放，对采油区环境也在不同程度上造成了污染。因此，寻找一种高效 可行、经济可靠、管理方便的高含盐采油废水处理工艺具有广泛的现实意义。 1 2 长安大学硕士学位论文 1 4 2 研究主要内容 本文将采用s b r 反应器处理高含盐采油废水，研究的主要内容如下： ( 1 ) 通过试验，驯化接种活性污泥，考察驯化所需要时间，对出水水质做全面分 析。 ( 2 ) 收集和监测系统运行参数，对出水水质做全面监测分析，考察系统最佳运行 条件。 ( 3 ) 筛选微生物菌种。 ( 4 ) 考察筛选出的微生物菌种对高盐有机废水的强化作用。 1 4 3 课题来源 本研究课题来源于陕西省自然基金项目“陕北能化基地石油烃对水体的污染规律及 降解技术研究”。项目编号：2 0 0 6z 0 6 。 第二章试验设计方案 第二章试验设计方案 2 1 试验设计 2 1 1 试验装置与流程 试验采用序批式反应器( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ，s b r ) 进行。如图2 1 和2 2 所 示，反应器所用的材料为透明有机玻璃，反应器外径1 7 c m ，高度6 0 c m ，有效高度4 7 c m ， 有效容积1 0 l 。 进水水箱s b r 反应器出水水池曝气泵自动控制装