AMBRFenton活性炭吸附组合工艺处理海上钻井含油废水的初步研究

第29卷第4期2014年8月天津科技大学学报JournalofTianjinUniversityofScience&TechnologyVol.29No.4Aug.2014收稿日期：2013–12–13；修回日期：2014–03–12基金项目：天津市科技支撑计划重点资助项目(13ZCZDSF01000)作者简介：王伟燕（1987—），女，河北石家庄人，硕士研究生；通信作者：杨宗政，教授，[e-mail]:10.13364/j.issn.1672-6510.2014.04.015A-MBR-Fenton-活性炭吸附组合工艺处理海上钻井含油废水的初步研究王伟燕1，杨宗政2，曹井国2，杨阳3，曹丽华3(1.天津科技大学海洋科学与工程学院，天津300457；2.天津科技大学材料科学与化学工程学院；3.天津市庆安特种设备研发有限公司，天津300451)摘要：针对石油工业含油废水排放量大、对环境污染严重的问题，以渤海某钻井平台的钻井盐屑含油废水为研究对象，采用A–MBR、Fenton氧化与活性炭吸附组合工艺对其进行处理．实验表明：当进水COD为3,930.1～5,119.0,mg/L、NH3–N和油的质量浓度分别为203.2～232.1,mg/L和903.4～936.9,mg/L时，组合工艺对废水COD、NH3–N和油的平均去除率分别为98.8%、97.7%和99.6%，处理效果好，出水水质稳定，水质达到天津市《污水综合排放标准》(DB12/356—2008)的二级排放要求，可为同类废水处理提供参考．关键词：含油废水；厌氧；膜生物反应器；Fenton；活性炭吸附中图分类号：X703.1文献标志码：A文章编号：1672-6510(2014)04-0072-06TreatmentofOilyWastewaterfromOffshoreDrillingPlatformthroughCombinedProcessofA-MBR-Fenton-ActivatedCarbonAdsorptionWANGWeiyan1，YANGZongzheng2，CAOJingguo2，YANGYang3，CAOLihua3(1.CollegeofMarineScienceandEngineering，TianjinUniversityofScience&Technology，Tianjin300457，China；2.CollegeofMaterialScienceandChemicalEngineering，TianjinUniversityofScience&Technology，Tianjin300457，China；3.CompanyofTianjinQing’anEquipmentResearchandDevelopment，Tianjin300451，China)Abstract：Withthedevelopmentofpetroleumindustry，thetreatmentofoilywastewaterhasalwaysbeenaproblemforhumanbeings，andithasthecharacteristicsoflargeamountofdischarge，seriousenvironmentalpollution，andsoon.Acom-binedprocessofA-MBR-Fenton-ActivatedcarbonadsorptionwasusedtotreattheoilywastewaterfromonerigonBohaiSea.TheresultshowsthatwhentheconcentrationsofCODoftherawwaterwas3,930.1-5,119.0,mg/L，andtheconcentra-tionsofNH3-Nandoilinitwere203.2-232.1,mg/Land903.4-936.9,mg/L，thecorrespondingaverageremovalrateswere98.8%，97.7%and99.6%，respectively.ThehybridprocessofA-MBR-Fenton-Activatedcarbonadsorptioniseffectiveinoilywastewatertreatmentandoperatessteadily．TheeffluentqualitymettherequirementsforsecondarywaterstandardofDB12/356-2008,ofTianjin，whichmakesthecombinedprocessagoodreferenceforsimilarwastewatertreatment.Keywords：oilywastewater；anaerobic；MBR；Fenton；activatedcarbonadsorption含油废水主要来源于油田、炼油工业和机械加工行业，其污染物的种类和性质相对复杂，属于难降解工业废水，是目前水环境的主要污染源之一[1]．若含油废水大量排入环境中，将会严重影响地表水及地下水水质，从而影响居民的饮用水安全，甚至威胁人们的身体健康[2]．目前，处理含油废水的方法主要有物理处理法、化学处理法和生化处理法[3]，但各种方法都有一定的局限性，在实际应用中通常将几种方法组合以实现较好的处理效果．现有技术主要采用隔油–浮选–生物2014年8月王伟燕，等：A-MBR-Fenton-活性炭吸附组合工艺处理海上钻井含油废水的初步研究·73·处理复合工艺，然而由于含油废水成分复杂、含油量高，此工艺在实践中逐步暴露出其缺陷，如出水含油量仍较高，处理过程能耗较大等[4]．从环境保护与节约能源的角度考虑，寻找一种高效可行、安全可靠的方法来处理含油废水具有一定的现实意义．本文采用A–MBR–Fenton–活性炭吸附组合工艺对渤海海上钻井盐屑含油废水进行处理，通过将各方法有机地结合取得了较好的处理效果，可为同类废水的处理提供参考．1材料与方法1.1废水来源及水质以渤海某钻井平台的盐屑含油废水作为实验原水，其水质指标见表1．此类含油废水中的油类以乳化油和溶解油为主，溶解油所占比例较大．表1实验废水的主要水质指标Tab.1Mainwaterqualityindexesoftheexperimentalwastewater指标数值COD/(mg·L-1)3,930.1～5,119.0BOD5/(mg·L-1)977.8～1,040.2ρ(NH3–N)/(mg·L-1)203.2～232.1ρ(油)/(mg·L-1)903.4～936.9ρ(Cl-)/(mg·L-1)6,000～6,500pH7.8～8.3由表1可知，本实验所用废水COD、NH3–N和油的质量浓度均较高，B/C在0.19～0.26范围，可生化性较差，属于污染物含量高、降解难度大的工业废水．1.2工艺流程及运行参数1.2.1工艺流程工艺流程如图1所示．图1工艺流程图Fig.1Flowchartofthecombinedprocess采用A–MBR–Fenton–活性炭吸附组合工艺对含油废水进行处理．首先，利用微生物的水解酸化作用将大分子有机物分解为小分子物质，提高废水的可生化性[5]．然后，用膜生物反应器进行处理．膜生物反应器可富集较多的专性好氧微生物，适用于对难降解废水的处理，并有利于污泥驯化，提高降解效率．废水经较长水力停留时间的生物处理后，可去除水中大部分溶解油和有机污染物质．随后，利用Fenton氧化技术深度降解废水中的有机物，将其分解为CO2和H2O；最后，利用活性炭较强的吸附性能[6]深度处理此废水．1.2.2实验装置的运行参数在生物处理阶段，进出水流量均为0.5,L/h．厌氧反应器有效体积为12.5,L，膜生物反应器有效体积为6.5,L，内设膜组件，材料为聚偏氟乙烯中空纤维微滤膜，膜孔径约为0.22,µm，膜面积约为0.5,m2，膜组件下部设置曝气装置，曝气量为0.25,L/min，曝气可为微生物提供必要的氧气，同时在空气的扰动下减缓膜污染[7]．1.3实验方法1.3.1污泥驯化实验所用厌氧污泥为取自某污水处理厂的厌氧池污泥，好氧污泥为取自此污水处理厂二沉池回流污泥．将钻井盐屑含油废水经沉淀后所得污泥与这两种泥混合并在厌氧和好氧两反应器内对污泥进行驯化．两反应器内的污泥质量浓度分别为12.7,g/L和6.6,g/L．将上述混合污泥5,L、2.5,L分别投入到厌氧、好氧反应器中，并加水稀释至12.5,L和6.5,L进行污泥的驯化．实验中污泥驯化采用间歇培养，厌氧反应器中搅拌24,h，好氧反应器中闷曝24,h，然后开始驯化．每天停止搅拌和曝气0.5,h，沉降后排出1/3左右上清液，再补充相应量的污水和少量新鲜污泥，直至污泥性状和去除效果稳定．取样分析水质变化情况．1.3.2Fenton氧化实验取300,mL膜出水于500,mL锥形瓶中，将锥形瓶置于搅拌器上．用H2SO4调节pH(根据反应条件不同分别控制pH为2～5)，并向水样中加入一定量的FeSO4、H2O2之后，迅速搅拌混合，反应一段时间后(H2O2加入后开始计时，根据反应条件的不同分别控制反应时间1～4,h)，用NaOH调节水样pH至10.0以终止反应．取样分析处理前后废水COD，NH3–N和油的质量浓度变化情况．1.3.3活性炭吸附实验活性炭吸附柱为有机玻璃制成，内径20,mm，其中活性炭的填装高度为70,mm．设两组活性炭柱，柱中过水流速分别为1.0和3.0,m/h．进水通过蠕动泵·74·天津科技大学学报第29卷第4期提至吸附柱上方，由顶部进入吸附柱内与活性炭接触，在重力作用下出水．吸附柱内活性炭填装量约为120,g．填装活性炭后，先连续通入蒸馏水进行洗炭，并将活性炭空隙中的空气排除干净．然后启动蠕动泵进水并开始计时，每间隔一段时间对出水进行取样分析．1.3.4污染指标的测定方法含油废水的特征污染指标COD、BOD5、NH3–N等的检测方法参见文献[8]．2结果与讨论2.1污泥驯化污泥驯化过程中，每天对厌氧和好氧反应器中的污泥、污水进行定时取样观察、监测．驯化开始阶段的1～2,d内，好氧反应器中的污泥由黑色逐渐变为褐色，两反应器内污泥的絮凝性和沉降性变化均不明显，对废水中COD的去除也不明显，这是因为活性污泥所接触的废水水质突然改变，活性污泥中的大量微生物无法适应环境而死亡，从而降低了微生物对废水的处理能力[9]．随着驯化时间的延长，各种异养微生物开始适应并大量繁殖，活性污泥逐渐成熟，出现各种原生动物和后生动物，对废水的处理能力也逐渐增强．污泥经15,d的驯化后，厌氧反应器中污泥絮凝性和沉降性良好，污泥沉降比下降至41%，对废水COD的去除率达到46%，且厌氧出水pH下降至7.1左右，说明厌氧污泥的驯化基本完成；好氧反应器中污泥呈黄褐色，污泥沉降比下降至32%，废水COD的去除率达到57%，微生物镜检发现钟虫、鞭毛虫等原、后生动物，生物链趋于完善，说明好氧污泥的驯化基本完成．之后开始连续进出水，进行连续运行实验．2.2A–MBR连续运行过程对污染物的去除效果A–MBR是利用活性污泥法对含油废水进行生物氧化，通过吸附、浓缩在活性污泥表面上的微生物将有机物氧化分解，使其稳定化、无害化[10]．A–MBR反应装置共运行45,d，每天对含油废水的处理效果进行监测．2.2.1A–MBR对废水COD的去除效果A–MBR对废水COD的去除效果见图2．由图2可以看出：进水COD波动较大，在0～11,d期间，进水COD为3,930.1～4,134.2,mg/L，平均值为4,048.1,mg/L；由于同一批废水水量有限，在第11天后实验所用废水换作另一批，废水水质也有所改变，因此，在12～45,d期间的进水COD有所改变，为4,986.8～5,119.0,mg/L，平均值为5,015.7,mg/L．经A–MBR处理后，出水COD相对