生物膜污水處理技術(shù)

含油污水生物膜法處理技術(shù)研究學(xué)院：化工學(xué)院專業(yè)：環(huán)境工程學(xué)號：S090041276學(xué)生：翁藝斌生物化學(xué)課程論文摘要油田采出水是重要的工業(yè)污染源之一。由于其組成復(fù)雜，含有大量的石油類、懸浮物、礦化度、重金屬等物質(zhì)，且采出水的水溫較高，其穩(wěn)定達標外排處理是近年來國內(nèi)研究的熱點問題。針對油田采出水的達標外排處理，主要采用的生物法處理工藝大都采取經(jīng)過優(yōu)化培養(yǎng)的、針對性較強的優(yōu)勢菌種，實驗證明采用一體化生物膜水解酸化－曝氣生物濾池－生物濾池工藝處理含油污水，并實現(xiàn)污水達標外排是可行的。本工藝具有處理效率高、運行穩(wěn)定、抗沖擊性能強、無須污泥回流、產(chǎn)泥量少等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：含油污水生物膜水解酸化曝氣生物濾池AbstractOilysewageisoneofthemostindustycontaminationwhichhaslotsofinfectantssuchasoil,suspendedsubstance,mineralization,heavymetalandhightemperature，thesecomplicationgreatlychallengesewagedisposal.Presentlyoilywastewaterusuallybetreatedbybio-membranetechniquewhichadoptspredominantbacteriummicroorganismespeciallybeseparatedcomplexlyandgrowingofmicroorganisms,tissuecells,orotherlivingmatterinaspeciallypreparednutrientmedium.Itwastestifiedthatthemeanstodisposethewastewaterbythetechnicsofbio-membranehydrolysisacidification—BiologicalAeratedFilter—bio-membranesievetechnologyisfitfortreatmentofheavyoilproducedandextractedwatertodischargebypilotexperimentwhichistheembodimentoftheverywholedesigningideas,buthavethevirtueofhighefficiency、runstabilization、nocircumfluencemudandlessmud.Theoptimaloperationparametersweredeterminedinexperimenttoo,whichisthebaseforconstructionofengineering.Keywords:oily-sewage,bio-membrane,hydrolysis-acidification,BiologicalAeratedFilter目錄摘要 ⅠAbstract ⅡTOC\o"1-4"\h\z\u第1章前言 11.1含油污水簡介 11.2課題的提出及意義 2第2章含油污水生物膜法處理技術(shù)現(xiàn)狀及工藝 3國外含油污水生物膜法處理技術(shù)現(xiàn)狀 3國內(nèi)含油污水生物膜法處理技術(shù)現(xiàn)狀 42.2.1國內(nèi)含油污水的處理方法 42.2.2國內(nèi)油田含油污水生物膜法處理技術(shù)現(xiàn)狀 5含油污水生物膜處理技術(shù) 62.4.1生物膜法處理技術(shù)概述 62.4.2生物膜法類型及技術(shù)現(xiàn)狀 62.4.3影響生物膜法的主要因素 92.4.4生物膜填料的研究 14曝氣生物濾池工藝 15曝氣生物濾池的發(fā)展簡介 15曝氣生物濾池工藝原理及特點 16影響曝氣生物濾池處理效果的主要因素 17第3章實驗內(nèi)容設(shè)計及結(jié)論 183.1實驗內(nèi)容設(shè)計 183.2結(jié)論 18參考文獻 20第1章前言含油污水簡介隨著石油及石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，石油產(chǎn)品的用量急劇增加，使用范圍也迅速擴大。隨之而來的石油污染也日趨嚴重。石油現(xiàn)己成為我國海域、河流等水環(huán)境中的主要污染物之一。大量排放的含油廢水中除石油烴類外，還含有硫、酚、氰等有害物質(zhì)。因此，對含油廢水的治理己引起普遍重視。通常所說的含油廢水，其中的石油類污染物是指液態(tài)或低熔點的天然石油和石油產(chǎn)品，固體燃料熱加工過程中產(chǎn)生的焦油和焦油分餾物。有時也指動植物的油脂、機械切削乳化液和其他用油工藝隨水流失的雜油、脂及可被乙烷等溶劑萃取的物質(zhì)。其中以含石油和焦油的污染水排放量最大，造成的水污染廣泛性和嚴重性也最高[1]。進入水體的石油通常以三種狀態(tài)存在：(1)油品在污水中分散的顆粒較大，粒徑大于100，稱為浮油。浮油通常是水中油類物質(zhì)的主要部分，占60~80%。(2)油珠粒徑一般為10~100，以微小油珠懸浮于水中，不穩(wěn)定，稱為分散油，靜置一段時間后往往形成浮油。(3)油品在污水中分散的顆粒很小，呈乳化狀態(tài)，稱乳化油，不易從污水中分離出來。(4)少部分的油品呈溶解狀態(tài)，稱為溶解油。石油在水面形成的油膜厚度大于1時就可隔絕空氣與水體間的氣體交換，導(dǎo)致水體溶解氧下降，產(chǎn)生惡臭，水體惡化。分散油、乳化油和溶解油在動力學(xué)上具有一定穩(wěn)定性，所以較難處理[2]。生物處理技術(shù)被認為是未來最有前景的污水處理技術(shù)，一直是水處理工作者研究的重點和難點。特別是近年來，基因工程技術(shù)的長足發(fā)展，以質(zhì)粒育種菌和基因工程菌為代表的高效降解菌種的特性研究和工程應(yīng)用是今后污水生物處理技術(shù)的發(fā)展方向。生物法成本低、效益高、易管理、無二次污染、有利于生態(tài)環(huán)境的改善。另外，通過基因工程、分子生物學(xué)等技術(shù)應(yīng)用，可使生物具有更強的吸附、絮凝、整治修復(fù)能力。因此生物法具有更加廣闊的發(fā)展前景。課題的提出及意義含油污水是重要的工業(yè)污染源之一，其中所含的大量的油類、懸浮物、重金屬等物質(zhì)對環(huán)境和人類健康有很大危害。工業(yè)含油污水主要來自煉油廠污水、石油勘探開發(fā)采油廢水、油漆廠廢水、冶金、石化廠廢水、拆船廠廢水、油港原油壓艙水、機電和機械加工廠廢水等。隨著國內(nèi)石油工業(yè)的發(fā)展，經(jīng)過近30多年的開發(fā)建設(shè)，采油手段從單純的注水開采發(fā)展到二次采油和三次采油并舉的多樣化方式。油田采出液的含水率逐年上升[3]。目前，油田上對采油廢水的處理一般采用物化法，即“隔油－混凝（氣浮）－過濾”的“老三套”的工藝，處理后的污水只能滿足回注要求，即去除了污水中大量的石油類和懸浮物，達到了回注的標準，但不能滿足污水的外排標準，尤其是COD指標很難達到要求。若要使油田上多余的污水達標排放，只能采用含油污水的外排處理工藝。含油污水處理達標外排或再生利用都會巨大的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益，主要體現(xiàn)在：(1)降低油田給水處理和供水費用；(2)減少油田污水排放及相應(yīng)的排水工程投資與運行費用；(3)改善生態(tài)與社會經(jīng)濟環(huán)境，促進其他行業(yè)共同協(xié)調(diào)發(fā)展；(4)改善生存環(huán)境，促進和保障人體健康，減少疾病(特別是致癌、致畸、致基因突變)危害；(5)增加可供水量，促進經(jīng)濟發(fā)展并避免因缺水而造成的損失。第2章含油污水生物膜法處理技術(shù)現(xiàn)狀及工藝2.1國外含油污水生物膜法處理技術(shù)現(xiàn)狀我國石油石化企業(yè)含油污水處理工藝技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展顯得越來越重要，承擔(dān)著關(guān)鍵的角色和任務(wù)。了解和分析國外的現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài)，借鑒其先進的工藝、技術(shù)、方法與經(jīng)驗，對我國含油污水的處理和凈化，對工藝設(shè)備及技術(shù)的改造和研發(fā)具有重要的作用和意義。國外從20世紀70年代末期就開始了含油污水生物處理治理的探索[4]，所采用的處理方法主要有活性污泥法、生物轉(zhuǎn)盤法、生物接觸氧化法、生物流化床和穩(wěn)定塘法等。美國油田在加利福尼亞南部的Carpentaria和亨廷頓海灘進行了生物膜法處理采油污水的現(xiàn)場中試研究[4]。污水經(jīng)隔油和氣浮處理后進入生物處理設(shè)施進行生物處理，生物處理單元采用四級串聯(lián)生物轉(zhuǎn)盤。中試結(jié)果表明，兩級生物處理單元對BOD5、石油類、揮發(fā)酚及氨氮的去除率均在72%以上，但對COD的去除效果有限，亨廷頓海灘生物轉(zhuǎn)盤對COD的去除率僅為24%。為解決含油污水達標外排問題，90年代前半期，美國環(huán)境保護局(EPA)、新墨西哥州立大學(xué)和德克薩斯州大學(xué)聯(lián)合，就生物法處理油田采出水進行了試驗研究。這次研究的關(guān)鍵是生物反應(yīng)器。該反應(yīng)器分3個串聯(lián)室的鋼罐，其后是兩臺并聯(lián)慢砂濾器。最初的研究表明，生物法能有效去除油田采出水中的石油烴類，即使TDS濃度高達50000mg/L的條件下。各種流量下，所有正烷烴、BTEX以及全部石油烴類的去除率達99%。根據(jù)該系統(tǒng)的性能，2m3/d的處理規(guī)模估計直接能耗為31KW·h/d，石油烴類去除率達99%，費用僅為$0.21/bbL。與其它現(xiàn)有采出水處理/處置方式相比，生物法效果更佳可以看出，為了滿足日益嚴格的排放標準，國外在傳統(tǒng)的物理化學(xué)處理方法的基礎(chǔ)上，也開始著重引進生化處理單元，并開發(fā)了適于含油污水處理的生物處理技術(shù)，發(fā)展了含油污水外排處理工藝[6]。生物處理技術(shù)在含油污水處理中的應(yīng)用得到了明顯加強。與國內(nèi)不同的是，國外更注重新工藝、高效處理設(shè)備的研制與開發(fā)；更注重強化傳統(tǒng)含油污水治理設(shè)備的效能研究，開發(fā)了一些多功能一體化的高效污水處理設(shè)備。2.2國內(nèi)含油污水生物膜法處理技術(shù)現(xiàn)狀2.2.1國內(nèi)含油污水的處理方法對于浮油[7]，目前一般采用簡單的隔油池分離回收。微細的油珠分散于水中形成油－水乳化液，由于乳化液的油珠極細，其表面形成一層界膜，帶有電荷，油珠外圍形成雙電層，使油珠相互排斥極難接近，在動力學(xué)上有一定的穩(wěn)定性，較難處理。因此，要使油水分離，首先要破壞油珠的界膜，使油珠相互接近并聚集成大滴油珠，從而浮于水面，這個過程叫破乳[8]。乳化液經(jīng)破乳除油后，還需要進一步處理，才能達到排放標準。再處理方法和設(shè)備也多種多樣，概括起來可分為[9]：(1)重力分離法重力分離法是一種利用油水密度差進行分離的方法。采用重力分離法最常用的設(shè)備是隔油池。它是利用油比水輕的特性，將油分離于水面并撤除。(2)氣浮法氣浮法是使大量微細氣泡吸附在要去除的顆粒(油珠)上，利用氣體本身的浮力將污染物帶出水面，從而達到分離目的的方法。(3)吸附法吸附法是利用親油性材料吸附水中的油。最常用的吸附材料是活性炭，它具有良好的吸油性能，可吸附污水中的分散油、乳化油和溶解油。但吸附容量有限，且活性炭價格較貴，再生也比較困難，因此一般只用作低濃度含油污水處理或深度處理。(4)粗?；ù至；?聚結(jié)法)是將含油污水通過一種填有粗粒化材料的裝置，使污水中的微細油珠聚結(jié)成大顆粒，達到油水分離的目的。本法適用預(yù)處理分散油和乳化油。(5)膜過濾法膜過濾法除油是利用微孔膜攔截油粒，它主要用于去除乳化油和溶解油。膜過濾法工藝流程簡單，處理效果好，出水一般不帶有油，但處理量較小，不太適合大規(guī)模污水處理，而且過濾器容易堵塞。(6)電磁吸附法將磁性顆粒與含油污水混合，油珠被磁性粒子吸附，然后用磁分離裝置將含油磁粒分離，污水便可得到凈化，含油磁粒再作進一步處理，此即為電磁吸附法，這種方法應(yīng)用得比較少。(7)生物氧化法石油類是一種烴類有機物，可以利用微生物將其分解氧化成為二氧化碳和水。含油污水生物處理有活性污泥法和生物過濾法兩種。前者是在曝氣池內(nèi)利用流動狀態(tài)的絮凝體(活性污泥)作為凈化微生物的載體，通過吸附、濃縮在絮凝體表面上微生物來分解有機物。后者系在生物濾池內(nèi)，使微生物附著在固定的載體(濾料)上，污水從上而下散布，在流經(jīng)濾料表面過程中，污水中的有機物質(zhì)便被微生物吸附和分解破壞。2.2.2國內(nèi)油田含油污水生物膜法處理技術(shù)現(xiàn)狀經(jīng)調(diào)研，國內(nèi)外的油田含油污水外排處理技術(shù)主要有生物處理技術(shù)、化學(xué)氧化處理技術(shù)、植物濕地處理技術(shù)，其中生物處理技術(shù)是世界各國普遍采用的一種高效可行、經(jīng)濟合理的外排處理工藝[10]。通過對國內(nèi)幾大典型油田含油污水外排處理技術(shù)的調(diào)研可知，采用生物法處理油田含油污水（稀油污水和稠油污水）是可行的，并且有成功的典范。生物法以其能有效地去除溶解性有機物、具有處理效果好等優(yōu)點已逐漸成為油田采出水主要的外排處理術(shù)。其中厭氧水解－好氧氧化生物處理工藝，由于具有能提高含油污水的可生化性、有機物去除效率高、運行穩(wěn)定、抗負荷性強、投資少、并且能夠處理水質(zhì)條件苛刻的污水（如：水溫高、礦化度高、高有機負荷）等特點，備受油田以及含油污水外排處理技術(shù)研究學(xué)者的親睞。含油污水生物膜處理技術(shù)廢水的生物處理方法是利用生物的新陳代謝作用，對廢水中污染物進行轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定，使之無害化。對污染物進行轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定的主體是微生物，而微生物具有來源廣、易培養(yǎng)、繁殖快、對環(huán)境適應(yīng)性強等特點，且微生物生存條件溫和，其新陳代謝不需要高溫高壓，所以用生物法促使污染物轉(zhuǎn)化的過程與一般化學(xué)法相比，處理廢水的費用更低，運行管理更方便，能夠?qū)⒍喾N污染物較徹底去除，因而生物法是廢水處理工藝中較為重要的處理方法之一。.1生物膜法處理技術(shù)概述生物膜法[11]是與活性污泥法平行發(fā)展起來的生物處理工藝，是一大類生物處理法的統(tǒng)稱。在生物膜法中，微生物附著在載體表面生長而形成膜狀，當污水流經(jīng)載體表面和生物膜接觸的過程中，污水中的有機污染物即被微生物吸附、穩(wěn)定，最終轉(zhuǎn)化為H2O,CO2，NH3和微生物細胞物質(zhì)，污水得到凈化。在許多情況下，生物膜法不僅能代替活性污泥法用于城市污水的二級生物處理，而且還具有一些獨特的優(yōu)點，如運行穩(wěn)定、抗沖擊負荷、更為經(jīng)濟節(jié)能、無污泥膨脹問題、具有一定的硝化與反硝化功能、可實現(xiàn)封閉運轉(zhuǎn)防止臭味等，其主要設(shè)施是生物濾池、曝氣生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤等。.2生物膜法類型及技術(shù)現(xiàn)狀根據(jù)生物膜反應(yīng)器附著生長載體的狀態(tài)，生物膜反應(yīng)器可以分為固定床和流動床兩大類。在固定床中生長載體固定不動，在反應(yīng)器內(nèi)的相對位置基本不變；而在流動床中附著生長載體不固定，在反應(yīng)器內(nèi)處于連續(xù)流動的狀態(tài)?；诓僮鲿r是否有氧氣參與，各生物膜反應(yīng)器或處于好氧狀態(tài)，或者處于缺氧和厭氧狀態(tài)，具體劃分見圖2.1。圖生物膜法反應(yīng)器的分類生物接觸氧化法生物接觸氧化法是一種介于活性污泥法與生物濾池兩者之間的生物處理技術(shù)。1971年在日本首創(chuàng)，曝氣生物濾池內(nèi)設(shè)有填料，己經(jīng)充氧的污水浸沒全部填料，并以一定的流速流經(jīng)填料，填料上布滿生物膜，污水與生物膜廣泛接觸，在生物膜上微生物的新陳代謝功能的作用下，污水中有機污染物得到去除，污水得到凈化，因此，生物接觸氧化處理技術(shù)又被稱為“淹沒式生物濾池”。近年來，生物接觸氧化法的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，處理對象不僅局限于生活污水和城市污水，也可處理苯酚、丙酮等一些難降解的有毒工業(yè)廢水，如對石油化工、農(nóng)藥、輕工造紙、食品加工、發(fā)酵釀造等企業(yè)排污水的處理，都取得了較好的效果。生物濾池生物濾池是生物膜反應(yīng)器的最初形式，隨著對其研究的不斷深入和實際運行經(jīng)驗的不斷積累，生物濾池己由原來承受較低負荷的普通生物濾池逐步發(fā)展成為承受較高負荷的高負荷生物濾池、塔式生物濾池以及曝氣生物濾池，此外還有處于無氧操作條件下的厭氧生物濾池和與活性污泥曝氣池串聯(lián)在一起的活性生物濾池。在生物濾池處理污水的過程中，經(jīng)過預(yù)處理的污水以滴狀噴灑在濾池表面或淹沒狀流過濾料表面，經(jīng)過一段時間后，在填料表面形成生物膜，待生物膜成熟后，棲息在生物膜上的微生物即攝取流經(jīng)膜表面的有機物作為營養(yǎng)，從而使污水得以凈化。生物轉(zhuǎn)盤生物轉(zhuǎn)盤亦稱旋轉(zhuǎn)生物接觸器(RRC)，是有一系列平行的旋轉(zhuǎn)圓盤、轉(zhuǎn)動橫軸、動力及減速裝置和氧化槽等部分組成。自1954年在當時的聯(lián)邦德國建造第一套半生產(chǎn)性生物轉(zhuǎn)盤以來，目前已在國際范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)浸沒于污水中圓盤面積的多少運行方式又可分為好氧生物轉(zhuǎn)盤和厭氧生物轉(zhuǎn)盤。生物流化床生物流化床是采用比重大于1的細小惰性顆粒，例如砂、焦炭、陶粒、活性炭等為載體，使微生物生長于載體表面形成生物膜，污水在流化床內(nèi)自下而上流動，載體處于流化狀態(tài)。主要包括流化床反應(yīng)器、載體、布水裝置、充氧裝置和脫膜裝置等。與傳統(tǒng)的好氧生物處理及其他生物膜法相比，好氧生物流化床具有以下突出優(yōu)點：(1)生物固體濃度高，水力停留時間短，容積負荷高，基建費用小；(2)不存在污泥膨脹問題和污泥堵塞現(xiàn)象；(3)能適應(yīng)不同濃度范圍的廢水，能適應(yīng)較大的沖擊負荷。好氧生物流化床根據(jù)供氧方法、脫膜方式和床體結(jié)構(gòu)等因素，可分為兩相生物流化床工藝和三項生物流化床工藝。厭氧生物膜膨脹床厭氧生物膜膨脹床是為優(yōu)化污水處理甲烷發(fā)酵工藝于1974年研究和開發(fā)出來的，與生物流化床相似，它是在多為圓柱體結(jié)構(gòu)的床內(nèi)填充細小的砂、礫石、無煙煤等固體顆粒作為微生物附著生長的載體，但污水從床底部流入時僅使填料層處于膨脹而非流化狀態(tài)，即顆粒間仍保持互相接觸。厭氧生物膜膨脹床處理系統(tǒng)可用來處理多種不同類型的污水，包括生活污水、糖漿發(fā)酵污水、合成污水、牛糞便污水和乳清污水等，對COD小于600mg/L的低濃度污水的處理也是非常有效的。微孔膜生物反應(yīng)器微孔膜生物反應(yīng)器是最近幾年引起研究者關(guān)注的一種革新的生物膜反應(yīng)器，它采用特制的微孔膜使待處理污染物質(zhì)與微生物分開的方式，通過逆向擴散進行傳質(zhì)并通過微生物氧化作用去除污水中的有機污染物。該工藝主要用于處理有機工業(yè)廢水中毒性或揮發(fā)性的有機污染物。采用多孔纖維的微孔膜生物反應(yīng)器能使O2從膜的一側(cè)透過微孔膜傳到另一側(cè)的生物膜，可大幅度減少O2散逸到空氣中的可能性，并使得應(yīng)用純氧更為經(jīng)濟。移動床生物膜反應(yīng)器移動床生物膜反應(yīng)器是近年來頗受研究者重視的另一種新型生物膜反應(yīng)器，它是為解決固定床反應(yīng)器需定時反沖洗、流化床需要使載體流化、淹沒式生物濾池堵塞需清洗濾料和更換曝氣器的復(fù)雜操作而發(fā)展起來的。在移動床生物膜反應(yīng)器中，裝填有短管狀聚乙烯填料，這些填料隨反應(yīng)器內(nèi)混合液的回旋翻轉(zhuǎn)作用而自由移動，在好氧反應(yīng)器中這種回旋力是由曝氣提升力而提供的，而在缺氧反應(yīng)器中則來自于機械攪拌槳。該工藝可靠，易于操作，適用于設(shè)計小型污水處理廠或改造已有的超負荷運轉(zhuǎn)的活性污泥處理系統(tǒng)。復(fù)合式生物膜反應(yīng)器復(fù)合式生物膜反應(yīng)器是近些年來發(fā)展較快、引起研究者極大興趣的復(fù)合式處理工藝，這些反應(yīng)器將各單一操作的優(yōu)點結(jié)合在一起，是反應(yīng)器的凈化功能極大提高。有代表性且進行深入研究或應(yīng)用的復(fù)合式生物膜反應(yīng)器主要有復(fù)合式活性污泥－生物膜反應(yīng)器、序批示生物膜反應(yīng)器、升流式厭氧污泥床－厭氧生物濾池及附著生長穩(wěn)定塘。綜上所述，生物膜反應(yīng)器的類型眾多，有的己經(jīng)多年應(yīng)用于污水處理的生產(chǎn)實踐，有的則處于研究階段或?qū)⒁獞?yīng)用于實際，還有的只是剛剛與實驗室內(nèi)開發(fā)出來的新型工藝，有待于進一步總結(jié)研究。.3影響生物膜法的主要因素在生物膜法中，污水中有機污染物的降解主要是依靠附著生長的微生物的生物氧化作用。因此，凡影響微生物生長代謝活動的因素都會影響到生物處理的凈化效果，如水溫、pH值、溶解氧、填料類型及特征，有機負荷和水力負荷，還有生物膜本身的特性，如數(shù)量和活性等[12]。下面對生物處理的主要影響因素進行討論。(1)溫度溫度是影響微生物正常代謝的重要因素之一。任何一種微生物都有一個最佳生長溫度，在一定的溫度范圍內(nèi)，大多數(shù)微生物的新陳代謝活動都會隨著溫度的升高而增強，隨著溫度的下降而減弱。好氧微生物的適宜溫度范圍是10~35℃，一般水溫低于10℃水溫在接近細菌生長的最高生長溫度時，細菌的代謝速率達到最大值，此時，可使膠體基質(zhì)作為呼吸基質(zhì)而消耗，使污泥結(jié)構(gòu)松散而解體，吸附能力降低，并使出水由于漂泥而渾濁、出水SS升高，結(jié)果出水BOD5反而增加；溫度升高還會使飽和溶解氧降低，氧的傳遞速率降低，在供氧跟不上是造成溶解氧不足，污泥缺氧腐化而影響處理效果，超過最高溫度時，最終會導(dǎo)致細菌死亡。因此，對溫度高的工業(yè)廢水如印染廢水應(yīng)采取降溫措施。(2)pH值微生物生長、繁殖與p～8.5之間較為適宜。細菌經(jīng)馴化后對pH值的適應(yīng)范圍可進一步提高。一般來講，廢水中大多含有碳酸、碳酸鹽類、銨鹽及磷酸鹽類等物質(zhì)，是污水具有一定的緩沖pH值的能力。在一定范圍內(nèi)，對酸或堿的加入能起到緩沖作用，不至于引起pH值大的變化。生物反應(yīng)都是在酶的參與下進行，酶反應(yīng)需要合適的pH值，因此污水pH值對細菌的代謝活動有很大的影響。此外，pH值還會改變細菌表面電荷，從而影響它對營養(yǎng)的吸收。微生物對pH值的波動十分敏感，即使在其生長pH值范圍內(nèi)的pH值的突然改變也會引起細菌活性的明顯下降，這是由于細菌對pH值改變的適應(yīng)比對溫度改變的適應(yīng)過程慢的多。因此應(yīng)盡量避免污水pH值突然變化。(3)水力負荷水力負荷q[m3/(m2·h)]的大小直接影響到生物膜法的凈化效果，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。水力負荷的大小直接關(guān)系到污水在反應(yīng)器中與載體上生物膜的接觸時間。微生物對有機物的降解需要一定的接觸反應(yīng)時間作保證。水力負荷愈小，污水與生物膜接觸時間愈長，處理效果愈好。當然，這里所指的接觸時間，其前提是載體的高度不變，因而，水力負荷的本質(zhì)是指有機負荷Nf[kgBOD5/(m3·d)]對凈化效果的影響，兩者的關(guān)系如下式2-1：(式2-1)式中q—水力負荷，m3/(m2·h)；Nf—有機負荷，kgBOD5/(m3·d)；S0—進水BOD5濃度，g/L；H—載體高度，m。水力負荷的大小在控制生物膜厚度、改善傳質(zhì)方面也有一定的作用。水力負荷的提高，其紊流剪切作用對膜厚的控制以及對傳質(zhì)的改善有利，但水力負荷應(yīng)控制在一定的限度以內(nèi)，以免因水力沖刷作用過強，造成生物膜的流失。因此，不同的生物膜法工藝應(yīng)有其適宜的水力負荷。(4)溶解氧溶解氧是生物處理的一個重要控制因素。在廢水的好氧生物處理中，微生物以好氧菌為主，反應(yīng)器應(yīng)從外部另外供給氧，使得環(huán)境中有足夠的溶解氧供好氧微生物呼吸之需。如果溶解氧不足，好氧微生物由于得不到足夠的氧，輕則好氧微生物的活性受到影響，新陳代謝能力降低，重則正常微生物的生長規(guī)律遭到影響，甚至被破壞。而同時對溶解氧要求較低的微生物應(yīng)運而生。這樣，正常的反應(yīng)過程將受到影響，廢水中的有機物質(zhì)的氧化不能徹底進行，出水BOD濃度將升高，處理效果下降，微生物生長占優(yōu)勢。在這種情況下，反應(yīng)器中的活性污泥或生物膜惡化變質(zhì)，發(fā)黑發(fā)臭，出水水質(zhì)明顯下降。(5)載體表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)作為生物載體對處理效果的影響主要反映在載體的表面積的大小、表面親水性及表面電荷、表面粗糙度、載體的密度、堆積密度、孔隙率、強度等。因此載體的選擇不僅決定了可供生物膜生長得比表面積的大小和生物膜量的多少，而且，還影響著反應(yīng)器中水動力學(xué)狀態(tài)。在正常生長環(huán)境下，微生物表面帶有負電荷，如果載體表面帶正電荷，這將使微生物在載體表面附著、固定過程更易進行。粗糙的表面增加了細菌與載體間的有效接觸面積，比表面積形成的孔洞、裂縫等對己附著的細菌起到屏蔽保護作用，使其免收水力剪切的沖刷。(6)生物膜量及活性生物膜的厚度反映了生物量的大小，也影響著溶解氧和基質(zhì)的傳遞。當考慮生物膜厚度時，要區(qū)分膜的總厚度和活性厚度，生物膜中的擴散阻力限制了過厚生物膜實際參與降解基質(zhì)的生物膜量。只有在膜活性厚度范圍(70～100nm)內(nèi)，基質(zhì)降解速率隨膜厚度的增加而增加。當生物膜為薄層膜時，膜內(nèi)傳質(zhì)阻力小，膜的活性好。當生物膜超出活性厚度時，基質(zhì)降解速率與膜厚無關(guān)。由此推知，各種生物膜適宜的生物膜厚度應(yīng)控制在159nm以內(nèi)。隨生物膜厚度增加，膜內(nèi)傳質(zhì)阻力增加，單位生物膜量的膜活性下降，不能提高生物膜對基質(zhì)的降解能力，反而會因生物膜的持續(xù)增厚，膜內(nèi)層由兼氧轉(zhuǎn)入?yún)捬鯛顟B(tài)，導(dǎo)致膜的大量自動脫落(超過600nm即發(fā)生脫落)或填料上出現(xiàn)污泥，或出現(xiàn)填料堵塞現(xiàn)象，從而影響到生物池的出水水質(zhì)。(7)有毒物質(zhì)一般在工業(yè)廢水中，存在著對微生物具有抑制和殺害作用的化學(xué)物質(zhì)，這類物質(zhì)稱之為有毒物質(zhì)。如重金屬離子、酚、氰等。有毒物質(zhì)對微生物的毒害作用，主要表現(xiàn)在細胞的正常結(jié)構(gòu)遭到破壞以及菌體內(nèi)的酶變質(zhì)，并失去活性。如重金屬離子(砷、鉛、福、鉻、鐵、銅、鋅等)能與細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)結(jié)合，使它變質(zhì)，使酶失去活性。為此，在廢水生物處理中，對這些有毒物質(zhì)應(yīng)嚴加控制，不過它們對微生物的毒害和抑制作用，有一個量的概念。即當達到一定濃度時，這個作用才顯示出來。只要在允許的濃度范圍內(nèi)，微生物還是可以承受的。對生物處理來講，廢水中存在的毒物濃度的允許范圍至今還沒有一個統(tǒng)一的標準，還需通過試驗不斷完善。對某一種廢水來說，必須根據(jù)具體情況做具體的分析，必要時通過試驗，以確定生物處理對水中毒物的容許濃度。見表2.2。表2.2廢水生物處理的毒物容許濃度有毒物質(zhì)符號允許濃度(mg/L)有毒物質(zhì)符號允許濃度(mg/L)銅化合物Cu2＋1苯C6H6300鋅化合物Zn2＋5甲苯CH3C6H200鉻化合物Cr3＋、Cr6＋10苯胺C6H5NH2100鉛化合物Pb2＋1苯甲酸COOHC6H5150砷酸鹽、亞砷酸鹽As2＋/As3＋酚C6H5OH1000食鹽NaCl10000甲酚CH3C6H4＞5氯化鈣CaCl220000二硝基甲酚(NO2)C6H3OH20硫酸鈉Na2SO43000甲醛HCHO1000硫酸鎂MgSO410000TNTCH3C6H2(NO2)＞40硫化氫/硫化物H2S100二氯甲烷CH2Cl2250氯化汞Hg2＋氯仿CCl450氰酸根HCN50馬達油100(8)營養(yǎng)物質(zhì)污水處理中所謂的營養(yǎng)物質(zhì)是指能為微生物所氧化、分解、利用的那些物質(zhì)，應(yīng)包括組成細胞的各種元素和產(chǎn)生能量的物質(zhì)。微生物細胞主要是由碳、氫、氧、氮、磷、硫所組成，另外還含有鈉、鈣、鉀、鐵以及錳、銅、鉆、鎳、鋁等。生物濾池反應(yīng)器處理污水時，生物膜微生物以及污水中所含有的物質(zhì)作為營養(yǎng)物質(zhì)，為使得反應(yīng)器正常運行，污水中所含的營養(yǎng)物質(zhì)應(yīng)比例適當，其所需要的主要營養(yǎng)物質(zhì)比例為BOD5:N:P=100:5:l。生活污水中的營養(yǎng)物質(zhì)全面而且均衡，一般不需額外投加，但對于某些工業(yè)廢水，成份單一，能為微生物所利用的營養(yǎng)成分比例不當，則應(yīng)根據(jù)實際情況，按比例投加營養(yǎng)物質(zhì)。由于微生物種類多、食性廣、代謝類型多樣，因此可以通過篩選、馴化等手段來尋找適合于我們所排放的廢水中的各種有機污染物的微生物，達到凈化廢水的目的。在上浮式填料生化池微生物培養(yǎng)調(diào)試過程中，可人為投加某些營養(yǎng)物質(zhì)，以加快微生物的培養(yǎng)速度。如在啟動初期，投加一定量的鐵鹽和改變營養(yǎng)物質(zhì)的比例(人為培養(yǎng)絲狀菌)，有利于微生物在載體表面的固定，縮短調(diào)試周期。2.4.4生物膜填料的研究利用微生物在固體表面的附著生長對污水進行生物處理，從而有了生物填料[13,14]的出現(xiàn)。生物填料的材質(zhì)、比表面積的大小、布水、布氣性能、強度、密度和造價等因素，直接影響到污水處理的效率和運行的可行性。生物填料的種類及分類方法繁多，較常見的按填料安裝方法分類，生物填料大致可分為固定式、懸掛式、分散型和新型生物填料等幾種類型。(1)固定式填料固定式填料主要有蜂窩狀和波紋板狀等硬性填料。網(wǎng)狀蜂窩填料的特點是空隙率大，污水在填料中三維流動，充填材料質(zhì)輕，韌性強，長期使用不會變質(zhì)，而且網(wǎng)狀蜂窩填料相互交融，具有長久的穩(wěn)定性。硬性蜂窩填料的最大缺點是易堵塞。波紋板狀填料具有孔徑大、不易堵塞、流程長、處理效率較高、安裝運輸方便等特點，但也存在水在波紋通道內(nèi)流動不均，不利于生物膜更新等缺陷。(2)懸掛式填料這類填料應(yīng)用比較廣泛，使用壽命長，一般分為軟性填料、半軟性填料、組合填料和彈性填料等幾類。軟性填料：這種填料應(yīng)用比較廣泛，掛膜容易，不堵塞，但容易纏結(jié)、結(jié)塊、斷絲，中心繩易斷，影響使用壽命，特別是污水化學(xué)需氧量高時，纏結(jié)在一起的纖維中心很容易產(chǎn)生厭氧，從而大大縮短使用時間。半軟性填料：半軟性填料的出現(xiàn)主要是為了彌補硬性填料的易堵和軟性填料的纏結(jié)和斷絲兩方面不足。其不足在于比表面積相對較小，表面光滑，微生物附著性能相對較差。組合填料：組合填料既利用了軟性纖維填料中醛化維綸纖維具有耐酸堿、耐老化、耐生物降解的化學(xué)性能和比表面積大、重量輕、生物膜附著性能好等物理特征，又發(fā)揮了半軟性填料的不結(jié)團、氣水再分布能力強、氧傳質(zhì)效率高的優(yōu)點。彈性填料：彈性填料主要包括YDT型彈性立體填料、TA型彈性波形填料、PWT型立體網(wǎng)狀填料以及自變形彈性立體填料。(3)分散型填料分散型填料包括堆積式和懸浮式填料，如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、空心球和懸浮粒子等。懸浮式填料不需固定，不用安裝，具有大的比表面積，容易脫膜，不斷運動中能夠得到連續(xù)不斷的沖洗，不易堵塞。在水中運行時對氣泡的重復(fù)切割作用很明顯，因此，水中的溶氧值提高快，氧轉(zhuǎn)移效率大，微生物代謝旺盛。2.5曝氣生物濾池工藝曝氣生物濾池的發(fā)展簡介曝氣生物濾池(BiologicalAeratedFilter)簡稱BAF，是在20世紀70年代末80年代初出現(xiàn)于歐洲的一種膜法生物處理工藝，是與我國和日本的接觸氧化工藝幾乎在同一時期出現(xiàn)的新工藝[15,16]。它是在普通生物濾池的基礎(chǔ)上將生物接觸氧化工藝與給水過濾結(jié)合在一起的一種污水處理新工藝。其最大的特點是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了后續(xù)的二次沉淀池，即保證了良好的處理效果，又最大程度的簡化了處理工藝。我國在九十年代初就開始對曝氣生物濾池工藝進行試驗研究和開發(fā)。該工藝在我國正在呈現(xiàn)一個令人鼓舞的應(yīng)用前景[17]。.2曝氣生物濾池工藝原理及特點曝氣生物濾池處理污水原理是利用反應(yīng)器內(nèi)填料上生長的生物膜中微生物氧化分解作用、填料及生物膜的吸附截留作用和沿水流方向形成的食物鏈分級捕食作用以及生物膜內(nèi)部微環(huán)境和厭氧段的反硝化作用。曝氣生物濾池利用生物膜上強氧化降解能力對污水進行快速凈化。當污水流經(jīng)填料表面時，由于填料的粒徑一般都較小，以及生物膜的生物絮凝作用，污水中大量的固體懸浮物被截留，且脫落的生物膜不會流失。污水中的足夠有機營養(yǎng)物質(zhì)、溶解氧以及各種所必需微量元素在流動過程中，經(jīng)過液相擴散到達生物膜的表面，污染物被生物膜微生物分解和轉(zhuǎn)化，新微生物大量繁殖將以前生成的生物膜覆蓋，使得生物膜厚度逐漸增加，而當生物膜增加到一定的厚度，溶解氧和有機營養(yǎng)物向生物膜內(nèi)部縱深擴散、滲透所受到的阻力就會增加，位于深部的生物膜由于得不到充足的氧和有機營養(yǎng)物,使生物膜呈現(xiàn)出分層狀態(tài)。生物膜的最外層是厚度1～2mm的好氧生物膜層，有機污染物的降解主要在好氧層內(nèi)進行。一般來說，曝氣生物濾池具有以下特征[18]：(1)結(jié)構(gòu)合理，能形成不同的優(yōu)勢生物菌種，生物的食物鏈長，并能存活世代時間較長的微生物如硝化菌等，使除碳、硝化和反硝化能在同一個池子中發(fā)生，簡化了工藝流程。(2)以粒狀填料作為生物載體，如陶粒、焦碳、石英砂、活性炭等。填料具有較大的比表面積，使濾池單位體積內(nèi)保持較高的生物量，同時由于填料上的生物膜較薄，使其活性相對較高，因此可以保證工藝的有機物容積負荷和去除率都較高。(3)濾料對曝氣上升氣泡起到切割和阻擋作用，使氣泡的停留時間和氣液接觸面積增加，提高了氧的利用率，不但降低了能耗，同時可以在較低的氣水比情況下即可獲得良好的處理效果。(4)高水力負荷、高容積負荷及高的生物膜活性。(5)具有生物氧化降解和截留SS的雙重功能，生物處理單元之后不需再設(shè)二次沉淀池。(6)需定期進行反沖洗，清洗濾池中截留的SS，同時更新生物膜。曝氣生物濾池的優(yōu)點主要有[19,20]：(1)占地面積小，基建費用低。(2)出水水質(zhì)高；(3)高氧的傳輸效率，低曝氣量，低能耗；(4)抗沖擊負荷能力強，耐低溫；(5)易掛膜，啟動快；(6)曝氣生物濾池采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于后期改建、擴建。.3影響曝氣生物濾池處理效果的主要因素曝氣生物濾池是主要依靠在填料上固定生長的大量微生物體對有機物進行分解和對氨氮進行硝化從而去除水中污染物，因此，影響微生物生長代謝活性的因素就會影響生物濾池處理的凈化效果，影響曝氣生物濾池水質(zhì)凈化的主要環(huán)境因素有：(1)水溫；(2)pH值和堿度；(3)有機負荷；(4)氣水比[21]。第3章實驗內(nèi)容設(shè)計及結(jié)論3.1實驗內(nèi)容設(shè)計調(diào)研分析含油污水外排處理工藝的關(guān)鍵是采用生物處理單元的處理效果。為提高該單元的效能，許多生物技術(shù)包括活性污泥法、SBR法、生物膜法、氧化塘法、厭氧生物技術(shù)等已被用于油田含油污水的處理。但近三年的研究表明，油田廢水生化處理技術(shù)的關(guān)鍵在于生物菌種的培養(yǎng)和生物處理工藝的優(yōu)化開發(fā)，必須對油田污水的特點有深刻的認識，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)高效的生物特效菌種和生物處理工藝才可以達到理想的處理效果。但是優(yōu)勢菌種的培養(yǎng)條件要求較高，為此探索一種更為經(jīng)濟有效的菌種培養(yǎng)方式，使其能夠較好適應(yīng)工藝條件的改變并且可以滿足含油污水達標外排的處理要求是本課題研究的關(guān)鍵。在一體化裝置微生物掛膜成功后，根據(jù)實驗?zāi)康?，分別針對溫度、停留時間、礦化度、填料等不同工藝運行條件進行考察，探求其影響因素的規(guī)律性。本實驗具體內(nèi)容設(shè)計如下：(1)實驗裝置系統(tǒng)啟動過程填料掛膜的研究對生物膜系統(tǒng)啟動的過程以及生物膜的培養(yǎng)、馴化到成熟階段進行分析研究，同時觀察生物膜中的微生物相。(2)考察工藝設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化及其對污染物處理效果的影響實驗探索不同的水利負荷、停留時間、溫度、礦化度、水質(zhì)成分及填料性能等工況條件下對CODCr、BOD5、石油類等去除效果的影響。(3)對實驗過程中系統(tǒng)內(nèi)生物相進行觀察、分析，了解生物相分布隨工藝條件的變化及其對系統(tǒng)處理效果的表征。3.2結(jié)論利用生物膜法技術(shù)處理含油污水還需要考慮到工藝中微生物的量、進水營養(yǎng)物質(zhì)、PH、溶解氧、生物膜的厚度、溫度等影響因素?？疾旄鞣N工藝運行條件、水質(zhì)變化的情況對生物膜法處理含油污水的影響也是本課題的主要研究目的。隨著各國油田采出水外排緊迫性的日益增加，含油污水外排處理工藝的研究迫在眉睫，而生物法作為實現(xiàn)含油污水達標外排的處理主要技術(shù)逐漸引起了各國相關(guān)研究工作者的廣泛關(guān)注，通過國內(nèi)外研究與實踐證明，生物法處理含油污水達標外排在技術(shù)上是可行的、工藝上是可靠的，為我們解決油田多余的含油污水達標外排指明了方向。參考文獻[1]王良均,[M].北京:中國石化出版社,1996:24-25.[2]RichardG.etal.Surfacepropertiesofpetroleumrefinerywasteoilemulsion[J].EnvironmentalScienceandTechnology,1977,11(13):1211-1217.[3]鄧波,祝威.生化法處理高溫高鹽油田采出水[J].中國給水排水,2003,19(4):76-78.[4]PalmerL.L.BeyerA.H.StockJ.Biologicaloxidationofdissolvedcompoundsinoilfieldproducedwaterbyafieldpilotbiodisk.JournalofPetroleumTechnology,1981,33(6):1136-1140.[5]高明霞,張勁等.油田采出水達標外排處理技術(shù)[J].國外油田工程,2005,21(1):39-42.[6]ElmalehS,Ghaffor.Cross-flowUFofhydrocarbonandbiologicalsolidmixedsuspension.NJofMembraneSci,1996,118(1):111-120.[7]康萬利,孫春柳.油田乳狀液破乳方法研究進展[J].HYPERLINK":///KNS50/Navi/Bridge.aspx?LinkType=BaseLink&DBCode=cjfd&TableName=cjfdbaseinfo&F