SIDMBR在石油废水处理中的应用研究.pdf

第 4 3卷第 1 1期 2 0 1 4年 1 1月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a 1 I n d u s t r y V o 1 ． 4 3． O ． 11 N o v e mb e r ，2 0 1 4 S I DM B R在石油废水处理 中的应用研究 陈 苏 辽宁省石油化工规划设计院有限公司广东设计院 ， 广东 惠州 5 1 6 0 0 0 摘 要在膜生物反应器基础上发展形成的序批式斜板动态膜生物反应器 S e q u e n c i n g I n c l i n e d D y n a mi c M e m b r a n e B i o l o g i c a l R e a c t o r ，S I D MB R 有其独特的性能。试验研究了 1 4 0目不锈钢丝网为基材在曝气池内形成 生物动态膜的启动过程和除污性能， 并考察了稳定运行阶段 ，停留时间为 2 4 h ，厌氧 4 h ， 好氧 2 0 h ， 溶解氧量 为 3 md L时，S I DM B R对石油废水中 C O D、氨氮和石油的去除效果。结果表明驯化期间反应器中 C O D、氨 氮的去除率先急速下降再缓慢回升 ，石油的去除率先缓慢上升后快速上升，直至达到稳定状态。稳定运行阶段 C O D、氨氮和石油的平均去除率分别为 9 3 ． 9 ％、9 3 ． 5 ％和 9 9 ． 0 ％。 关键词膜生物反应器；石油废水 ；去除率 中图分类号 X 5 0 5 文献标 识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 4 1 1 - 2 2 5 3 04 Ap p l i c a t i o n o f S I DM BR i n Pe t r o l e u m W a s t e wa t e r T r e a t me n t CHE N s u L i a o n i n g P e t r o l e u m c h e mi c a l I n d u s t r y P l a n n i n g De s i g n i n g I n s ti t u t e Co ． ， L t d ． Gu a n g d o n g Br a n c h ， Gu a n g d o n g Hu i z h o u 5 1 6 0 0 0 ， Ch i n a A b s t r a c t S e q u e n c i n g i n c l i n e d d y n a mi c me m b r ane b i o l o g i c a l r e a c t o r S DMB R d e v e l o p e d o n t h e b a s i s o f me mb r ane b i o r e a c t o r h a s i t s u n i q u e p e r f o r ma n c e s ．Th e s t a r t u p p r o c e s s and d e c o n t a mi n a t i o n p e r f o r ma n c e o f the d yn a mi c me mb r a n e f o r me d o n the 1 4 0 me s h s t a i n l e s s s t e e l wi r e me s h i n the a e r a t i o n t a n k we r e e x p e r i me n t a l l y s t u d i e d ． T h e e f f e c t o f S I DMB R f o r r e mo v i n g C O D， N H4 十 - N and p e t r o l e um f r o m p e tr o l e u m wa s t e wa t e r wa s i n v e s t i g a t e d i n the p h a s e o f s t a b l e o p e r ati o n wh e n HRT wa s 2 4 h ，the a n a e r o b i c t i me wa s 4 h ，the a e r o b i c t i me wa s 2 0 h ， p e tr o l e u m c o n c e n tr a t i o n o f s e wa g e wa t e r wa s 1 5 0 mg ／ L a n d DO c o n c e n t r a t i o n wa s 3 mg ／ L． T h e r e s u l t s s h o we d tha t ， d u r i n g the p e ri o d o f d o me s t i c a t i o n ，COD a n d a mmo n i a n i t r o g e n r e mo v a l r a t e s d e c l i n e d s h a r p l y ,a n d the n r o s e u p s l o wl y , p e tr o l e u m remo v a l r a t e s i n c r e a s e d s l o wl y a t fir s t ， t h e n s p e e d e d u p an d ten d e d t o a s t e a d y s t a t e fi n a l l y ． ／ n th e p h a s e o f s t a b l e o p e r a t i o n ， the a v e r a g e r e mo v a l r a t e s o f COD， a mmo n i a n i tro g e n and p e tro l e u m we r e 9 3 ． 9 ％， 9 3 ． 5 ％ and 9 9 ． 0 ％， r e s p e c t i v e l y ． K e y wo r d s M BR； P e tro l e um wa s t e wa t e r ； Re m o v a l r a t e 石油废水具有排放量大且危害严重的特点，其 主要来源为炼油工业和采油工业。无论是在石油生 产、精炼、储存、运输，还是在使用过程中都会产 生大量的石油废水。石油废水成为重要的工业污染 源之一，其中所含的大量油类、悬浮物、重金属等 物质对土壤 、水生生物 、农作物生长和人体健康等 危害都很大 。 ] ，因此，石油废水的处理直接关系到 企业 的生存与发展。 近几十年来 ，膜技术发展迅速。在国外 ，膜技 术已广泛应用于含油污水中乳化油、溶解油的去除 和脱盐的研究与工业化试验p 一 。该工艺特点如下 具有高效的固液分离作用，出水中悬浮物等固体杂 质含量很低 ；污泥浓度高，容积负荷高 ；生物种群 丰富，污染物去除效果好；采用模块化设计，占地 面积小；操作简单 ，可实现全程的自 动化控制。 本研究采用 S I D MB R处理石油废水 ， 选用 C O D、 N H 4 - N和石油的去除率作评价指标 ， 对 S I D MB R处 理石油废水的进行 了启动阶段试验研究和稳定阶段 试验研究，并对动态膜进行镜检， 从而为该技术在 实际石油废水处理 中的应用提供了理论依据。 1 试验材料和装置 1 ． 1 试验水样 采用人工模拟石油废水作为试验用水， 取一定 量的原油与配制好的溶液于超声波清洗器中震荡混 合 2 h ，调节混合液的 p H值为 6 ． 8 ～ 7 ．2 。 1 ． 2 活性污泥 试验采用的活性污泥取 白兰州市安宁一 七里河 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 5 0 3 作者简介 陈苏 1 9 8 6 - ， 男， 湖南浏阳人， 助理工程师， 2 0 0 8 年毕业于 z NN r - 大学化学工程与工艺专业， 研究方向 化工工艺设计。 E - m a i l 41 6 3 7 6 2 1 9 q q ． c o rn。 2 2 5 4 当 代 化 工 2 0 1 4 年 1 1月 污水处理厂的曝气池 。 1 ． 3 试验装置 试验装置为一体式动态膜生物反应器 ，即将由 不锈钢 1 4 0 目丝网构成的膜组件放置于有效容 积为 4 0 0 L的生物膜反应器内 。 S I D M B R是对常规 膜生物反应器的改进， 将动态膜组件倾斜 1 7 。安装 在反应器 ，并加 以固定 ，利用斜板沉淀池的原理达 到增强 固液分离效果的 目的。 天开始加入石油废水 ，以增加 1 6 L ／ d ，1 0 d天后进 水全为石油废水 。 2 ． 3 反应器的稳定运行方法 反应器采取 S B R方式运行， 2 d 1 个周期， 每周 期 2 4 h ，厌氧／ 好氧组合运行 ，分为 厌氧 4 h ，好 氧 2 0 h ，不设搅拌和沉淀，运行 1 d闲置 1 d 。每周 期 出水 4 0 0 L ，溶解氧量为 3 m L 。稳定运行 1 5 d ， 考察 S I D M B R对污染物的去除效率。 2 试验方法 3 试验结果与讨论 2 ． 1 检测项 目及分析方法 C O D重 铬酸 钾法 ， G B ／ T 1 6 4 8 8 1 9 9 6 ； N H 4 - N水杨酸一 次氯酸盐光度法 ；石油 紫外分 光光度法；D OH A C H S e n s io n 6 D O仪。 2 ． 2 反应器的启动方法 在生物法处理污水过程 中，整个工艺正常运行 的先决条件是存在足够的优势微生物，这样才能达 到高效稳定的处理效果，因此反应器的启动过程就 显得尤为重要，启动的成功与否直接影响到后续处 理 。 本试验反应器的启动过程分为 3个部分 1 反应器的调试 ； 2动态膜的挂膜 ； 3 活性污泥 的驯化。 2 ． 2 ． 1 反应器的调试方法 在 膜反应器 系统 正式运行前进行 反应器 的调 试。主要是查验各种设备的安装、膜组件安装高度 和反应器中水位高度是否符合设计要求；查看整个 膜生物反应器系统的自 动控制及其它设备的运行情 况 ，在反应器处于运行状态时，整个系统是否能完 整地 自动完成间歇进 出水和曝气等流程。 2 ． 2 ． 2 动态膜挂膜方法 采用人工模拟生活污水作为挂膜试验用水 。首 先将少量接种污泥与模拟生活污水混合后倒人反应 器 ，静置 2 4 h 不曝气 ，然后反应器在小气量条件下 运行 2 4 h ， 再静置 2 h 后将反应器中呈悬浮态状的微 生物排掉 ， 再加入配好溶液重复以上步骤。 经过 7 d 的闷曝培养通过 肉眼可以看到反应器 中的动态膜表 面已生 长 了薄薄一层 黄色生物膜 改为连续曝气 培 养 。调整曝气量 ，停 留时间控制为 2 4 h 。 2 ． 2 - 3 污泥驯化方法 污泥驯化采用逐渐增加石油废水的浓度逐渐施 加压力 的方法“ ” 。 本试验中每天从反应器 中取出 1 6 0 L处理过的水 ，第一天加入 4 O L生活污水 ，从第二 3 ． 1 驯化期 间的处理效果 驯化期间， 系统在溶解氧量为 1 mal L的条件下 运行 ，考察 S I D MB R对污染物的去除特性 。驯化开 始阶段，随着石油浓度的增加，部分污泥解体直至 死亡 ， 表现为污泥松散，大块上浮 。 约一个星期后 ， 污泥上浮情况基本消失 。继续添加污水进行驯化 ， 同时检测进出水 C O D、氨氮、石油含量指标 ，以确 定驯化的进展情况。 从图 1 3可以看出，驯化开始阶段 ，活性污泥 有较好 的活性 ，氨氮 、C O D 的去除率较高 此时 C O D主要来 自生活污水 ，保持在 7 0 ％左右。 一 ● ＼ 蠖 8 图 1 驯化期间 C OD的去除效果 Fi g ． 1 COD r e mo v a l e ffi c i e n c y d u r i n g t h e d o me s t i c a ti o n 时间／ d 图2 驯化期间氨氮的去除效果 F i g ． 2 NI LI - N r e mo v a l e ffi c i e n c y d u r i n g t h e d o me s tic a tio n 第4 3 卷第 1 1 期 陈 苏S I D M B R 在石油废水处理中的应用研究 2 2 5 5 图 3 驯化期间反应器对总油的去除效果 F i g ． 3 Off r e m o v a l e ffi c i e n c y d u r i n g t h e d o m e s tic a tio n 当继续增加石油废水 ，活性污泥受到较大的抑 制 ，C O D去除率降低至 1 0 ％左右 ， 氨氮去除率降低 至 7 ％左右。 从第 4 d 左右， 石油开始降解 ， 并呈直 线上升状态 ， 第 1 4 d 达到 7 0 ％左右。 随着培养时间 的增加，污泥的活性逐渐提高，C O D 、氨氮和石油 的去除率提高并保持稳定。 3 ． 2反应器稳定运行研究 系统在停留时间为2 4 h 时， 厌氧4 h ， 好氧2 0 h ， 溶解氧量为3 mg ／ L的运行参数下稳定运行一定时 间，考察 S I D M B R对污染物的去除特性。 3 ． 2 ． 1 对 C O D的去除效果 图 4表示 S I D MB R对 C O D的去除效果 。进水 C O D保持在 7 5 0 mg ／ L左右 。 一 ● ＼ 鹾 0 2 4 6 8 1 0 1 2 l 4 l 6 时间／ d 图 4 C OD的去除效果 F i g ． 4 COD r e mo v a l e ffi c i e n c y 1 0 0 9 O 8 O 槲 7 0 6 O 5 0 从 图 4 可 以看 出 当 C O D 进水 浓度保 持在 7 0 4 ～ 7 8 6 mg ／ L时 ，出水水质较稳定 ，C O D出水浓度 在 3 7 5 4 m g ， L之间变化 ，系统的 C O D 去除率 9 2 ． 9 ％～ 9 4 ． 7 ％之 间变化 ，这 说 明反应 器有较 强 的 C O D去除能力 ，能够稳定系统的出水水质 。 动态膜对 C O D 的去除主要是通过两个方面 一 方面，膜本身的孔径和斜板膜具有截留作用，另一 方面，膜组件置于反应器中， 在运行过程中膜表面 逐渐粘附了一层污泥层 ，相 当于在表面形成了生物 膜 ， 污水在穿过污泥层时 ， 水 中的 C O D被微生物进 一 步降解利用。 3 ． 2 ． 2 对氨氮的去除效果 一 6 0 5 0 囊 蒜2 。 0 O 一 1 0 时 间／ d 图 5 氨氮的去除效果 F i g ． 5 NH4 - N r e mo v a l e ffi c i e n c y 图 5表示 S I D M B R对氨氮的去除效果。进 水氨 氮浓度保持在 7 0 m g ／ L 左右。 图5 给出了S I D M B R各部分对氨氮的去除过程 及效果，由图 5 可以看出，当氨氮进水浓度保持在 6 2 ． 2 ～ 7 5 ． 9 mg ／ L时 ， 出水水质较稳定 ， 氨氮出水浓度 在 3 7 ～ 5 4 m g ／ L之间变化 ，系统的氨氮去除率在 9 2 ． 6 ～ 9 4 ． 1 ％之 间变化 ，这说明反应器有较强的氨氮 去除能力 ，能够稳定系统的出水水质。 3 ． 2 ． 3 对石油的去除效果 图 6 表示 S I D M B R对石油的去除效果。石油进 水浓度保持在 1 5 0 m L左右。 _ j ● ＼ 避 爱 图 6 石油的去除效 果 Fi g ． 6 Oi l r e m o va l e ffi c i e nc y 从 图 6中可以看 出，当石油进水浓度保持在 1 4 1 ． 7 ～ 1 7 4 ． 0 mg ／ L时 ， 出水水质较稳定 ， 出水 中含油 量 基 本 稳 定 在 2 m g ／ L 以下 ，石 油 去 除 率 在 9 8 ． 6 ％～ 9 9 ． 2 ％之间变化。 在反应器中，对石油的去除主要是依靠生物 膜中的微生物对水相中的石油作用来完成的。微 生物在适宜条件下能够以石油为碳源生长 ，对石 油进行有效降解。在新陈代谢过程中，依靠细胞 猢 m 舳∞蚰 0啪 咖咖啪 ㈣啪伽詈 ； 猢m o 2 0 1 4年 1 1月 分解代谢作用和酶的作用 ，能将石油最终降解为 二氧化碳和水。 4 结 论 a 反应器的启动过程分为反应器的调试、 动态 膜的挂膜和活性污泥的驯化 3 个部分 ，通过以上步 骤成功启动反应器 ，并能较快达到稳定 、高效的除 污效果 。 b 飚 定运行时反应器对污染物具有较好的处理 效果，采用 S D M B R处理工艺，在停留时间为 2 4 h 时，厌氧 4 h ，好氧 2 0 h ，溶解氧量为 3 mg ／ L时 ， C O D、氨氮 和石 油的平 均去除率分别为 9 3 ． 9 ％、 9 3 ．5 ％、9 9 ．O ％。出水水质完全可以满足 污水综合 排放标准G B 8 9 7 8 1 9 9 6的一级标准中 C O D≤6 0 mg ／ L ，油 ≤1 0mg ／ L ，氨氮 ≤1 5m g ／ L的要求。 C S I D MB R应用于石油废水对各种污染物均具 有很高的去除率 ，且该技术具有 自动化程度高 、易 于改造易于扩展等特点，在具有类似特点的工业废 水处理领域其应用价值不可低估。 参考文献 [ 1 ] 孙必旺．基于聚结分离和膜分离技术的油水分离试验研究 [ D ] ． 北 京 北京化工大学硕士学位论文 ，2 0 0 8 ． 『 2]林红岩 ，于翠艳 ．许涛． 含油废水处理技术进展 [ J 1． 油气田地面 工程 。2 0 0 6 1 0 2 9 ． 1 3 J Mu e l l e r ， J e ff r e y C e n ， Y a w e i D a v i s ，e t a 1 ． C r o s s fl o w mi c r ofi h r a t i o n o f o i l y w a t e 删 ．J o u r n a l o f M e m b r a n e S c i e n c e ，1 9 9 7 ，1 2 9 2 2 2 1 2 3 5 ． 1 4 j G r y t a M，K a r a k u l s k i K ， M o r a w k i A W． P u r i fi c a t i o n o f o i ly w a s t e w a t e r b y h y b r i d U F ／ MD l J j ． Wa t e r R e s e a r c h ，2 0 0 1 ，3 5 1 5 3 6 6 5 3 6 6 9 ． [ 5] Y u S h u i l i ，L aY a n ，C h a i B a o x i a n g ．T r e a t me n t o f o i l y w a s t e w a t e r b y o r g a n i c i n o r g a n i c c o mp o s i t e t u b u l ar u l t r a f i h r a t i o n r U F 1 m e mb r a n e s [ J ] ． D e s a l i n a t i o n ，2 0 0 6 ，1 9 6 1 - 3 1 7 6 - 8 3 ． 【 6 ]R e n X ，S h o n H K ， J ang N ，e t a 1 ． N o v e l m e m b r a n e b i o r e a c to r MB R c o u p l e d w i t h a n o n w o v e n f a b ri c fi l t e r f o r h o u s e h o l d wa s t e wa t e r tr e a t m e n t [ J ] ． Wa t e r R e s e arc h ， 2 0 1 0 ， 4 4 3 7 5 1 7 6 ． [ 7] PMF o n t a n o s ， KYa ma mo t o， FN a k a j i ma ． E ff e c t o f u p fl o w v e l o c i t y o n t h e p e r f o r ma n c e o f a n i n c l i n e d p l a t e me mb r an e b i o r e a e t o r t r e a t i n g mu n i c i p al w a s t e w a t e r [ J ] ．Wa t e r S c i e n c e ＆T e c h n o l o g y ，2 0 1 1 6 4 ． 5 1 1 0 2 -1 1 0 7． [ 8 ]韩志勇， 苏思 ， 屈波， 等．S I D M B R处理乳化油污水最佳工艺条件的 室内试验研究 [ J ] ． 水处理技术，2 0 1 3 1 2 2 0 2 5 ． [ 9]魏复盛 ， 齐文启， 等． 水和废水监测分析方法 第四版 [ M] ． 北京 中国环境科学出版社 ，2 0 0 2 ． [ 1 O] 李伟． 复合式预涂动态膜生物反应器处理生活污水研究【 D ] ． 郑州 郑州大学工学硕士学位论文， 2 0 1 1 ． [ 1 1 ] 马自 俊．乳状液与含油污水处理技术 【 M E 京 中国石化出版社， 2 o 0 6 ． [ 1 2] 【 日】 株式会社 西原环境，著．污水处理的生物相诊断 [ M]． 赵庆 祥等，译．北京化学工业出版社， 2 0 1 2 ． 中国化工学会会刊 化工进展期刊征订启事 化工进展 创刊于 1 9 8 1年，是中国化工学会会刊、全国中文核心期刊、科技核心期刊；是中国科学技术协会主管 、中国 化工学会和化学工业出版社共同主办，国内外公开发行的化工类综合性科技期刊。 化工进展以反映国内外化工及石油化工 等过程工业、行业的最新成果、动态，介绍高新技术，传播化工知识，促进化工科技进步为办刊宗旨。涵盖了化工过程与装备、 能源加工与技术、工业催化、材料科学与技术 、生物与医药化工、精细化工、资源与环境化工等众多学科和行业。 2 0 1 5 年， 化工进展杂志将继续倡导工业媒体为产业服务的理念 ，注重科学性、实用性和先进性，关注新技术、新产 品及新设备。 化工进展 面向化工及石油化工等过程工业 、行业的科研技术前沿，读者群包括高等院校及科研院所的科研人员和学 生，化工、石油化工等过程工业中的科研技术和管理人员。 化工进展 先后被美国 C A、C B S T科学技术文献速报 日、中国期刊全文数据库、中国科学引文数据库 、中国学术 期刊综合评价数据库 、万方数据数字化期刊群、中文科技期刊数据库、中国核心期刊 遴选 数据库等多种数据库收录。 获得第七届全国石油和化工行业优秀期刊评比一等奖 2 0 1 1年 、化工系统优秀信息成果二等奖等奖项。2 0 0 9 --2 0 1 1年荣获 科技部评选 “ 百种中国杰出学术期刊”称号 ； 2 0 0 6 --2 0 1 1 年入选中国科协精品科技期刊项 目；2 0 0 8 --2 0 1 1 年被中国科学信息 研究所评为中国精品科技期刊。 国内刊号 C N 1 1 - 1 9 5 4 ／ T Q ，国际刊号 I S S N 1 0 0 0 6 6 1 3 ，邮发代号 8 2 3 1 1 2 0 1 5 年定价8 5 元， 期 ，1 0 2 0 元， 年 银行汇款 开户银行中国工商银行北京和平里支行 账户名称北京进展期刊社 账 号 0 2 0 0 0 0 4 2 1 9 2 0 0 1 7 6 3 1 9 项 目 化工进展 订刊费 邮局汇款 通讯地址 北京东城区青年湖南街 1 3 号 1 0 0 0 1 1 收 款 人 化工进展编辑部 联系电话 0 1 0 6 4 5 1 9 5 0 2 ，6 4 5 1 9 5 0 3 传真 E - m a i l h g j z 2 6 3 ． n e t h t t p ／ ／ w w w ．h g j z ． c o m． c n