不同温度条件水解酸化好氧工艺处理高矿化度采油废水

第２卷　第６期环境工程学报Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．６２００８年６月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｕｎ．２００８不同温度条件水解酸化好氧工艺处理高矿化度采油废水祝　威１　黄翔峰２　费晓明２　张　建１　桂召龙１　谷梅霞１　毛雷霆１（１．胜利油田胜利工程设计咨询有限责任公司，东营２５７０２６；２．同济大学环境科学与工程学院，污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海２０００９２）摘　要　采用不同温度组合的水解酸化好氧工艺对胜利油田某联合处理站经过“隔油混凝过滤”处理的高矿化度采油废水进行处理。结果表明：水解酸化反应器内的微生物能够适应高温（５５℃）的环境，而好氧反应器中微生物的活性会受到高温较大的抑制；“高温水解酸化中温好氧工艺”和“中温水解酸化中温好氧工艺”可以使出水ＣＯＤ达到低于８０ｍｇ／Ｌ的外排要求，停留时间分别为１５ｈ和７５ｈ。采用水解酸化好氧工艺处理高矿化度油田采油废水是可行的。关键词　采油废水　水解酸化　好氧　排放　温度中图分类号　Ｘ７４１　　文献标识码　Ａ　　文章编号　１６７３９１０８（２００８）０６０７５７０５ＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｏｉｌｆｉｅｌｄｐｒｏｄｕｃｅｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒｗｉｔｈｈｉｇｈｍｉｎｅｒａｌｉｔｙｕｓｉｎｇｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓＺｈｕＷｅｉ１　ＨｕａｎｇＸｉａｎｇｆｅｎｇ２　ＦｅｉＸｉａｏｍｉｎｇ２　ＺｈａｎｇＪｉａｎ１　ＧｕｉＺｈａｏｌｏｎｇ１ＧｕＭｅｉｘｉａ１　ＭａｏＬｅｉｔｉｎｇ１（１．ＳｈｅｎｇｌｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎ＆ＣｏｎｓｕｌｔａｔｉｏｎＣｏ．Ｌｔｄ．，ＳｈｅｎｇｌｉＯｉｌＦｉｅｌｄ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ２５７０２６；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅＲｅｕｓｅ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２）Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎｏｉｌｆｉｅｌｄｐｒｏｄｕｃｅｄｗａｔｅｒｗｉｔｈｈｉｇｈｍｉｎｅｒａｌｉｔｙ，ｗｈｉｃｈｗａｓｏｒｉｇｉｎａｌｌｙｔｒｅａｔｅｄｂｙ“ｏｉｌｓｅｐａｒａｔｉｏｎｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ”ｐｒｏｃｅｓｓａｔｓｏｍｅｕｎｉｔｅｄｓｔａｔｉｏｎｉｎＳｈｅｎｇｌｉＯｉｌＦｉｅｌｄｏｆＳｈａｎｇｄｏｎｇ，ｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｕｓｉｎｇｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｉｃｒｏｂｅｓｉｎｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｒｅａｃｔｏｒｃｏｕｌｄｂｅａｃｃｕｓｔｏｍｅｄｔｏｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（５５℃），ｗｈｉｌｅｔｈｅａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｍｉｃｒｏｂｅｓｉｎｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅａｃｔｏｒｗｅｒｅｇｒｅａｔｌｙｉｎｈｉｂｉｔｅｄｂｙｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ＷｈｅｎｉｎｆｌｕｅｎｔＣＯＤｗａｓ１１０～１５０ｍｇ／Ｌ，ｔｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔＣＯＤｃｏｕｌｄｍｅｅｔｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｎｄａｒｄｏｆ８０ｍｇ／Ｌａｆｔｅｒｕｓｉｎｇ“ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｉｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ”ｐｒｏｃｅｓｓａｎｄ“ｍｉｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｘｉｄａｔｉｏｎ”ｐｒｏｃｅｓｓｗｉｔｈｔｈｅｍｏｓｔｏｐｔｉｍａｌｒｅｔｅｎｔｉｏｎｔｉｍｅｗａｓ１５ｈａｎｄ７５ｈ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｔｗａｓｆｅａｓｉｂｌｅｔｏａｐｐｌｙｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｔｏｔｒｅａｔｏｉｌｆｉｅｌｄｐｒｏｄｕｃｅｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒｗｉｔｈｈｉｇｈｍｉｎｅｒａｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｏｉｌｆｉｅｌｄｐｒｏｄｕｃｅｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒ；ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ｄｉｓｃｈａｒｇｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ基金项目：上海市科委资助项目（０４５４５８０５８）收稿日期：２００７－０８－０６；修订日期：２００８－０１－３１作者简介：祝威（１９６８～），女，硕士，高级工程师，主要从事油田水污染控制研究。通讯联系人，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]　　在油田开发过程中，需向地层注入大量水以保持油层压力，随着采油过程的推进，油田采出的水量大大超过注水量的需求，所以部分废水需要外排。油田采油废水不仅含有原油，而且在原油脱水、集输、污水处理过程中都加入了许多化学药剂，其水质成分十分复杂。各油田的采油污水处理工艺绝大多数以传统的“老三套”工艺即“混凝沉降过滤”为基础，这些多为初级处理技术，处理后水质难以达到外排标准［１］。本试验所研究的废水为山东胜利油田某联合处理站经过“隔油混凝过滤”后的出水，高矿化度在１２０００ｍｇ／Ｌ左右，目的是实现达标外排。随着环保要求的提高，《污水综合排放标准》（ＧＢ８９７８１９９６）中ＣＯＤ低于１５０ｍｇ／Ｌ的要求已经不能满足需要，当地环保部门要求排放废水的ＣＯＤ小于８０ｍｇ／Ｌ。由于经“隔油混凝过滤”处理后的采油废水中含有环境工程学报第２卷的ＣＯＤ主要为溶解性有机物［２］，采用传统物化法难以去除，故本研究采用生物法进行处理。现场过滤罐出水温度为５５℃，考虑到降低温度需要一定的能耗，本试验研究了水解酸化、好氧反应阶段不同温度组合工艺的ＣＯＤ处理效果，同时还研究了升温过程对于处理效果的影响。１　试验材料与方法１．１　试验装置实验室试验研究采用的水解酸化好氧工艺流程，如图１所示，水解酸化反应器和好氧反应器串联运行，内置软性填料，内径５０ｍｍ，有效容积０７１Ｌ。图１　水解酸化好氧工艺流程图Ｆｉｇ．１　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｆｌｏｗｃｈａｒｔ本试验采用设立了２套反应器，采用上海浦东荣丰科学仪器有限公司产的数显电热培养箱（３０３Ａ４）来进行温度控制，温度调节精度为±０５℃，根据试验方案控制具体温度。１．２　启动方式水解酸化反应器和好氧反应器均采用好氧预挂膜［３］。接种污泥取自上海市高桥炼油厂生物处理工艺的污泥和上海市曲阳水质净化厂的二沉池回流污泥。按照体积比１∶１混合均匀后投加于水解酸化反应器和好氧反应器，使得投加后反应器内的污泥浓度为２ｇ／Ｌ。启动初期采用混合进水（采油废水∶生活污水∶炼油厂原水＝１∶１∶１），后根据挂膜情况逐渐减少生活污水与炼油厂原水的量，直至全部采用采油废水。１．３　试验用水试验采用的水样为山东胜利某联合处理站经过“隔油混凝过滤”后的出水，进反应器前按ＣＯＤ∶Ｎ∶Ｐ＝１００∶５∶１投加ＮＨ４Ｃｌ和ＫＨ２ＰＯ４，废水水质如表１所示，该废水属高矿化度废水，悬浮物等指标达到《污水综合排放标准》（ＧＢ８９７８１９９６），ＣＯＤ超出８０ｍｇ／Ｌ的排放要求。Ｃｌ－的平均浓度高达６２５１ｍｇ／Ｌ，会影响ＣＯＤ的测定［４］，所以在试验中对ＣＯＤ的测定方法有所调整。表１　试验用水水质Ｔａｂｌｅ１　ＷａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔＣＯＤ（ｍｇ／Ｌ）总硬度（ｍｇ／Ｌ）石油类（ｍｇ／Ｌ）矿化度（ｍｇ／Ｌ）ＳＳ（ｍｇ／Ｌ）Ｃｌ－（ｍｇ／Ｌ）范围１１０～１５０１４７９～２３８５７．２～９．５１０９０７～１３５５０３３．４～９１．３６０７１～６５３８平均值１２２１７６０８．３１２６００５８．８６２５１１．４　分析项目及方法ｐＨ：ＭｏｄｅｌＡＢ１５精密酸度计；ＤＯ：雷磁ＪＰＢ６０７便携式溶氧仪；ＣＯＤ：标准法，重铬酸钾与硫酸亚铁铵稀释一倍使用，硫酸汞投加量１２ｇ；其他指标参照国家环保局推荐方法［５］。１．５　试验方案采油废水为难降解有机废水，闻岳等［６］采用水解酸化好氧工艺处理某油田废水，水解酸化段和好氧段最佳停留时间分别为１５ｈ和１０ｈ。本研究中，为了研究在不同温度条件下水解酸化好氧工艺的处理效果，拟定试验方案如表２所示。同一温度条件下，每一停留时间稳定２～３周，待出水水质稳定表２　水解酸化好氧工艺受温度影响试验方案Ｔａｂｌｅ２　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｐｒｏｊｅｃｔｏｆｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ序号温度（℃）水解酸化反应器好氧反应器停留时间（ｈ）１３５３５２０、１５、１０、７．５、５２５５５５１５３５５３５１５、１２、７．５后连续检测５～７ｄ。其中，高温（５５℃）水解酸化中温（３５℃）工况中，水解酸化出水后设中间池，废水自然降温至３５℃后再进入好氧反应器。８５７第６期祝　威等：不同温度条件水解酸化好氧工艺处理高矿化度采油废水２　试验结果与讨论２．１　中温（３５℃）水解酸化－中温（３５℃）好氧工艺试验结果中温（３５℃）水解酸化中温（３５℃）好氧工艺试验结果如图２所示。从图２可以看出，中温水解酸化中温好氧处理工艺对于采油废水的处理效果较好，在停留时间２０ｈ，１５ｈ，１０ｈ和７．５ｈ的工况下，出水ＣＯＤ均能满足８０ｍｇ／Ｌ的要求。在停留时间１５ｈ的条件下，水解酸化反应器出水ＣＯＤ在９０ｍｇ／Ｌ左右，好氧反应器的出水ＣＯＤ在７０ｍｇ／Ｌ左右。最佳停留时间为７５ｈ，水解酸化反应器的出水ＣＯＤ在９５ｍｇ／Ｌ左右，好氧反应器的出水ＣＯＤ在７０ｍｇ／Ｌ左右。图２　不同停留时间中温水解酸化中温好氧工艺ＣＯＤ处理效果Ｆｉｇ２　ＴｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎＣＯＤｕｓｉｎｇｍｉｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｔｅｎｔｉｏｎｔｉｍｅｓ２．２　升温试验受到接种污泥性质的限制，生物反应器现场启动往往需从常温开始。为考察升温过程对启动效果的影响，进行了升温试验。升温试验在停留时间为１５ｈ的水解酸化好氧反应器中进行。采用分阶段升温方式，共历时２个月。分为４个阶段，分别为３５～４０℃、４０～４５℃、４５～５０℃和５０～５５℃，在试验初期每天升温１℃，后逐渐减少至每３ｄ升温１℃，每个阶段稳定时间均为２周左右。试验结果见图３。从图３可以看出，提升温度对生物反应器处理采油废水的效果具有较大的影响。温度从３５℃升至５０℃的过程中，水解酸化与好氧出水的ＣＯＤ出水均出现恶化。在４０～５０℃的温度段内，无论是水解酸化反应器的生物膜还是好氧反应器的生物膜都处于非常不利的条件下，所以此时的水解酸化及好氧反应器出水均不断恶化，好氧微生物比水解酸化微生物更不适应高温，在此温度段好氧反应器内生物膜脱落或老化，好氧反应器出水ＣＯＤ高于水解酸化反应器出水ＣＯＤ。图３　升温试验结果Ｆｉｇ．３　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｒａｉｓｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ与４０～５０℃温度段相比，在５０～５５℃的温度段内的出水水质得到一定程度的改善。这是因为５０～５５℃是水解酸化反应器的微生物除了３５℃之外一个有利的温度段［７］，由于比３５℃温度更高，某些嗜热微生物的活性也更强。虽然好氧段在此温度段下处于不利条件，但水解酸化段和好氧段的综合效果优于４０～５０℃温度段。从表观上来看，水解酸化反应器内生物膜的生长情况也优于３５℃。在这一温度条件下，水解酸化反应器运行良好，但好氧反应器由于受到温度条件的抑制，出水仍然达不到理想的效果，ＣＯＤ在９０ｍｇ／Ｌ左右。２．３　高温（５５℃）水解酸化高温（５５℃）好氧工艺试验结果从图４可以看出，高温水解酸化高温好氧工艺对于采油废水的处理效果不理想，在停留时间１５ｈ工况下稳