SIDMBR在石油廢水處理中的應(yīng)用研究

陳 蘇

（遼寧省石油化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司廣東設(shè)計(jì)院， 廣東 惠州 516000）

SIDMBR在石油廢水處理中的應(yīng)用研究

陳 蘇

（遼寧省石油化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司廣東設(shè)計(jì)院， 廣東 惠州 516000）

在膜生物反應(yīng)器基礎(chǔ)上發(fā)展形成的序批式斜板動態(tài)膜生物反應(yīng)器（Sequencing Inclined Dynamic Membrane Biological Reactor，SIDMBR）有其獨(dú)特的性能。試驗(yàn)研究了140目不銹鋼絲網(wǎng)為基材在曝氣池內(nèi)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(yùn)行階段，停留時(shí)間為24 h，厭氧4 h，好氧20 h，溶解氧量為3 mg/L時(shí)，SIDMBR對石油廢水中COD、氨氮和石油的去除效果。結(jié)果表明：馴化期間反應(yīng)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(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定運(yùn)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(yīng)器；石油廢水；去除率

石油廢水具有排放量大且危害嚴(yán)重的特點(diǎn)，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(chǎn)、精煉、儲存、運(yùn)輸，還是在使用過程中都會產(chǎn)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(zhì)對土壤、水生生物、農(nóng)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(guān)系到企業(yè)的生存與發(fā)展。

近幾十年來，膜技術(shù)發(fā)展迅速。在國外，膜技術(shù)已廣泛應(yīng)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(yàn)[3-7]。該工藝特點(diǎn)如下：具有高效的固液分離作用，出水中懸浮物等固體雜質(zhì)含量很低；污泥濃度高，容積負(fù)荷高；生物種群豐富，污染物去除效果好；采用模塊化設(shè)計(jì)，占地面積??；操作簡單，可實(shí)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(jià)指標(biāo)，對SIDMBR處理石油廢水的進(jìn)行了啟動階段試驗(yàn)研究和穩(wěn)定階段試驗(yàn)研究，并對動態(tài)膜進(jìn)行鏡檢，從而為該技術(shù)在實(shí)際石油廢水處理中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和裝置

1.1 試驗(yàn)水樣

采用人工模擬石油廢水作為試驗(yàn)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(diào)節(jié)混合液的pH值為6.8～7.2。

1.2 活性污泥

試驗(yàn)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(yàn)裝置

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

2 試驗(yàn)方法

2.1 檢測項(xiàng)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(yīng)器的啟動方法

在生物法處理污水過程中，整個工藝正常運(yùn)行的先決條件是存在足夠的優(yōu)勢微生物，這樣才能達(dá)到高效穩(wěn)定的處理效果，因此反應(yīng)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(yàn)反應(yīng)器的啟動過程分為3個部分：（1）反應(yīng)器的調(diào)試；（2）動態(tài)膜的掛膜；（3）活性污泥的馴化。

2.2.1 反應(yīng)器的調(diào)試方法

在膜反應(yīng)器系統(tǒng)正式運(yùn)行前進(jìn)行反應(yīng)器的調(diào)試。主要是查驗(yàn)各種設(shè)備的安裝、膜組件安裝高度和反應(yīng)器中水位高度是否符合設(shè)計(jì)要求；查看整個膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)的自動控制及其它設(shè)備的運(yùn)行情況，在反應(yīng)器處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，整個系統(tǒng)是否能完整地自動完成間歇進(jìn)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(yàn)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(yīng)器，靜置24 h不曝氣，然后反應(yīng)器在小氣量條件下運(yùn)行24 h，再靜置2h后將反應(yīng)器中呈懸浮態(tài)狀的微生物排掉，再加入配好溶液重復(fù)以上步驟。經(jīng)過7 d的悶曝培養(yǎng)通過肉眼可以看到反應(yīng)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(diào)整曝氣量，停留時(shí)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(yàn)中每天從反應(yīng)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(jìn)水全為石油廢水。

2.3 反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行方法

反應(yīng)器采取SBR方式運(yùn)行，2 d 1個周期，每周期24 h，厭氧/好氧組合運(yùn)行，分為：厭氧4 h，好氧20 h，不設(shè)攪拌和沉淀，運(yùn)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(yùn)行15 d，考察SIDMBR對污染物的去除效率。

3 試驗(yàn)結(jié)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(yùn)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(jìn)行馴化，同時(shí)檢測進(jìn)出水COD、氨氮、石油含量指標(biāo)，以確定馴化的進(jìn)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(shí)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(yīng)器對總油的去除效果Fig.3 Oil removal efficiency during the domestication

當(dāng)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(dá)到70%左右。隨著培養(yǎng)時(shí)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(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行研究

系統(tǒng)在停留時(shí)間為24 h時(shí)，厭氧4 h，好氧20 h，溶解氧量為3 mg/L的運(yùn)行參數(shù)下穩(wěn)定運(yùn)行一定時(shí)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(jìn)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(dāng) COD進(jìn)水濃度保持在704～786 mg/L時(shí)，出水水質(zhì)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(yīng)器有較強(qiáng)的COD去除能力，能夠穩(wěn)定系統(tǒng)的出水水質(zhì)。

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(yīng)器中，在運(yùn)行過程中膜表面逐漸粘附了一層污泥層，相當(dāng)于在表面形成了生物膜，污水在穿過污泥層時(shí)，水中的COD被微生物進(jìn)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(jìn)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(dāng)氨氮進(jìn)水濃度保持在62.2～75.9 mg/L時(shí)，出水水質(zhì)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(yīng)器有較強(qiáng)的氨氮去除能力，能夠穩(wěn)定系統(tǒng)的出水水質(zhì)。

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(jìn)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(dāng)石油進(jìn)水濃度保持在141.7～174.0 mg/L時(shí)，出水水質(zhì)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(yīng)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(jìn)行有效降解。在新陳代謝過程中，依靠細(xì)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(jié) 論

a）反應(yīng)器的啟動過程分為反應(yīng)器的調(diào)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(yīng)器，并能較快達(dá)到穩(wěn)定、高效的除污效果。

b）穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)反應(yīng)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(shí)間為24 h時(shí)，厭氧4 h，好氧20 h，溶解氧量為3 mg/L時(shí)，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(zhì)完全可以滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8978-1996的一級標(biāo)準(zhǔn)中 COD≤60 mg/L，油≤10 mg/L，氨氮≤15 mg/L的要求。

c）SIDMBR應(yīng)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(shù)具有自動化程度高、易于改造易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，在具有類似特點(diǎn)的工業(yè)廢水處理領(lǐng)域其應(yīng)用價(jià)值不可低估。

［1］孫必旺.基于聚結(jié)分離和膜分離技術(shù)的油水分離試驗(yàn)研究［D].北京:北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

［2］林紅巖，于翠艷，許濤.含油廢水處理技術(shù)進(jìn)展［J］.油氣田地面工程，2006(10):29.

［3］Mueller, Jeffrey Cen，Yawei Davis,et al. Cross flow microfiltration of oily water[J].Journal of Membrane Science，1997，129(2):221-235.

［4］Gryta M,Karakulski K,Morawki A W. Purification of oily wastewater by hybrid UF/MD［J］.Water Research，2001，35(15):3665-3669.

［5］Yu Shuili，La Yan，Chai Baoxiang．Treatment of oily wastewater by organic-inorganic composite tubular ultrafiltration (UF) membranes[J].Desalination，2006，196(1-3)：76-83．

［6］Ren X, Shon HK, Jang N, et al. Novel membrane bioreactor (MBR) coupled with a nonwoven fabric filter for household wastewater treatment[J].Water Research, 2010, 44(3):751-76.

［7］P M Fontanos, K Yamamoto , F Nakajima. Effect of upflow velocity on the performance of an inclined plate membrane bioreactor treating municipal wastewater［J］.Water Science & Technology，2011(64.5)：1102-1107.

［8］韓志勇，蘇思，屈波,等.SIDMBR處理乳化油污水最佳工藝條件的室內(nèi)試驗(yàn)研究［J］.水處理技術(shù)，2013（12）:20-25.

［9］魏復(fù)盛，齊文啟,等.水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）［M］．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

［10］李偉.復(fù)合式預(yù)涂動態(tài)膜生物反應(yīng)器處理生活污水研究[D]. 鄭州:鄭州大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文,2011.

［11］馬自俊.乳狀液與含油污水處理技術(shù)［M].北京:中國石化出版社，2006.

［12］( [日] 株式會社)西原環(huán)境,著.污水處理的生物相診斷［M］. 趙慶祥等,譯.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2012.

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(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，研究方向：化工工藝設(shè)計(jì)。E-mail：416376219@qq.com。