SIDMBR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 516000）

SIDMBR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 516000）

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（Sequencing Inclined Dynamic Membrane Biological Reactor，SIDMBR）有其独特的性能。试验研究了140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24 h，厌氧4 h，好氧20 h，溶解氧量为3 mg/L时，SIDMBR对石油废水中COD、氨氮和石油的去除效果。结果表明：驯化期间反应器中COD、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COD、氨氮和石油的平均去除率分别为93.9%、93.5%和99.0%。

膜生物反应器；石油废水；去除率

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[1,2]，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[3-7]。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SIDMBR处理石油废水，选用COD、NH4+-N和石油的去除率作评价指标，对SIDMBR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pH值为6.8～7.2。

1.2 活性污泥

试验采用的活性污泥取自兰州市安宁-七里河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（140目）丝网构成的膜组件放置于有效容积为400 L的生物膜反应器内[8]。SIDMBR是对常规膜生物反应器的改进，将动态膜组件倾斜17°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。

2 试验方法

2.1 检测项目及分析方法

COD：重铬酸钾法，（GB/T16488 -1996）；NH4+-N：水杨酸-次氯酸盐光度法[9]；石油：紫外分光光度法；DO：HACH Sension6 DO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[10]。

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入反应器，静置24 h不曝气，然后反应器在小气量条件下运行24 h，再静置2h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24 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[11]。本试验中每天从反应器中取出160 L处理过的水，第一天加入40 L生活污水，从第二天开始加入石油废水，以增加16 L/d，10 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SBR方式运行，2 d 1个周期，每周期24 h，厌氧/好氧组合运行，分为：厌氧4 h，好氧20 h，不设搅拌和沉淀，运行1 d闲置1 d。每周期出水400 L，溶解氧量为3 mg/L。稳定运行15 d，考察SIDMBR对污染物的去除效率。

3 试验结果与讨论

3.1 驯化期间的处理效果

驯化期间，系统在溶解氧量为1 mg/L的条件下运行，考察SIDMBR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COD、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、COD的去除率较高（此时COD主要来自生活污水），保持在70%左右。

图1 驯化期间COD的去除效果Fig.1 COD removal efficiency during the domestication

图2 驯化期间氨氮的去除效果Fig.2 NH4+-N removal efficiency during the domestication

图3 驯化期间反应器对总油的去除效果Fig.3 Oil removal efficiency during the domestication

当继续增加石油废水，活性污泥受到较大的抑制，COD去除率降低至10%左右，氨氮去除率降低至7%左右。从第4 d左右，石油开始降解，并呈直线上升状态，第14 d达到70%左右。随着培养时间的增加，污泥的活性逐渐提高，COD、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24 h时，厌氧4 h，好氧20 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SIDMBR对污染物的去除特性。

3.2.1 对COD的去除效果

图4表示SIDMBR对COD的去除效果。进水COD保持在750 mg/L左右。

图4 COD的去除效果Fig.4 COD removal efficiency

从图 4可以看出:当 COD进水浓度保持在704～786 mg/L时，出水水质较稳定，COD出水浓度在 37～54 mg/L之间变化，系统的 COD去除率92.9%～94.7%之间变化，这说明反应器有较强的COD去除能力，能够稳定系统的出水水质。

动态膜对COD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COD被微生物进一步降解利用。

3.2.2 对氨氮的去除效果

图5 氨氮的去除效果Fig.5 NH4+-N removal efficiency

图5表示SIDMBR对氨氮的去除效果。进水氨氮浓度保持在70 mg/L左右。

图5给出了SIDMBR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62.2～75.9 mg/L时，出水水质较稳定，氨氮出水浓度在 37～54 mg/L之间变化，系统的氨氮去除率在92.6～94.1%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SIDMBR对石油的去除效果。石油进水浓度保持在150 mg/L左右。

图6 石油的去除效果Fig.6 Oil removal efficiency

从图 6中可以看出，当石油进水浓度保持在141.7～174.0 mg/L时，出水水质较稳定，出水中含油量基本稳定在 2 mg/L以下，石油去除率在98.6%～99.2%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）稳定运行时反应器对污染物具有较好的处理效果，采用SDMBR处理工艺，在停留时间为24 h时，厌氧4 h，好氧20 h，溶解氧量为3 mg/L时，COD、氨氮和石油的平均去除率分别为 93.9%、93.5%、99.0%。出水水质完全可以满足《污水综合排放标准》GB8978-1996的一级标准中 COD≤60 mg/L，油≤10 mg/L，氨氮≤15 mg/L的要求。

c）SIDMBR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。

［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，2008.

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［12］( [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,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

陈苏（1986-），男，湖南浏阳人，助理工程师，2008年毕业于江西理工大学化学工程与工艺专业，研究方向：化工工艺设计。E-mail：416376219@qq.com。