自然科学含油废水的处理工艺.docx

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自然科学含油废水的处理工艺

摘要

含油废水主要指来源于石油、石油化工、钢铁、焦化、煤气发生站、机械加工等工业部门以及生活废水中含有油分的有机废水。

废水中油类污染物质，除重焦油的相对密度为1.1以上外，其余的相对密度都小于1。

本文介绍了有关隔油—气浮—SBR工艺在处理含油废水方面的应用，涉及到具体的处理流程和设计的计算。

隔油—气浮—SBR工艺处理含油有机废水，是在先设法去除废水中油分的基础上进行有机物去除的工艺。

采用此工艺，不但使处理流程简洁、合理，还节省了运行费用，达到以污治污的目的。

关键词：

含油废水；气浮法；隔油；SBR

Abstract

Theoilywastewaterderivingfromoil,petroleumchemical,steel,coke,gasstation,machineryprocessingandotherindustrialsectors,aswellasdomesticwastewatercontainingoiloforganicwastewater.Oilpollutantsinthewastewater,inadditiontotherelativedensityoftheheavytar1.1,therestoftherelativedensityoflessthan1.Thisarticledescribestheapplicationofthegrease-flotation-SBRtechnologyinthetreatmentofoilywastewater,andrelatedtospecificprocessesanddesigncalculations.Grease-flotation-SBRprocessorganicoilywastewater,priortotryingtoremoveorganicsremovalprocessonthebasisofwastewaterPetroleumsub.Thisprocessnotonlymakesprocessessimple,reasonable,andsavingsinoperatingcosts,toachievethepurposeofpollutioncontroltopollution.

Keywords:

Oilywastewater；Flotationmethod；Greasetraps；SBR

第1章绪论

1.1课题研究目的与意义

含油废水是所有工业废水中最常见的一种废水。

如果不加以回收处理，会造成浪费；排入河流、湖泊或海湾,会污染水体,影响水生生物生存；用于农业灌溉，则会堵塞土壤空隙，妨碍农作物生长。

含油废水被排到江河湖海等水体后，油层覆盖水面，阻止空气中的氧向水中的扩散；水体中由于溶解氧减少，藻类进行的光合作用受到限制；影响水生生物的正常生长，使水生动植物有油味或毒性，甚至使水体变臭，破坏水资源的利用价值；如果牲畜饮了含油废水，通常会感染致命的食道病；如果用含油废水灌溉农田，油分及其衍生物将覆盖土壤和植物的表面，堵塞土壤的孔隙，阻止空气透入，使果实有油味，或使土壤不能正常进行新陈代谢和微生物新陈代谢，严重时会造成农作物减产或死亡。

另外，由于溢油的漂移和扩散，会荒废海滩和海滨旅游区，造成极大的环境危害和社会危害。

但更主要的危害是石油中含有致癌烃，被鱼、贝富集并通过食物链危害人体健。

因此，必须进行适当的处理后，使废水pH值处于6—9之间，COD、BOD及SS等达到废水排放标准后方能排放到受纳水体。

1.2课题设计背景

一般情况下，含油废水主要是指含有油分的废水。

其中主要的污染物是油类，含油量为几十至几千mg/L，较难处理。

其来源广、危害大、成分复杂，进入水体后会对生态、水环境等产生严重的影响。

污水中的油一般可以分为四类：

1.浮上油：

一般系指油粒粒径大于50μm，静止一段时间，能自行上浮的油分。

这种油一般占60~80%。

2.分散油：

油粒粒径较小为50-10μm，分散于水中。

在机械搅拌下，呈不稳定状态，要经过一段时间的静置，才能上浮。

这种油一般占10-30%。

3.乳化油：

油粒粒径在10μm以下，一般因使用界面活性剂或机械作用等使油乳化所形成的稳定分散系，水成乳浊状。

这种油占10%以下。

4.溶解油：

近似于分子状态，油的粒径小雨0.1μm，一般油的溶解度为5-15mg/L，这种油仅占0.2-0.5%。

含油废水是一种量大面广且危害严重的工业废水，会造成水质的恶化、危害水产资源、危害人体健康、污染大气、影响农作物生产、影响自然景观和洁净的自然水源等，如果直接排放，会严重污染人们的生产生活环境。

含油废水对环境的危害主要表现在：

1.含油废水被排放到江河湖海等水体后，会在水体表面形成一层油膜，阻断了空气和水体间的气体交换，导致水体中溶解氧减少，致使水体中浮游生物等因缺氧而死亡，同时影响水生植物的光合作用，进而影响水体的自净功能，甚至水体变臭，破坏水资源的利用价值。

2.鱼、虾、贝类长期在含油污水中生活将导致其肉内含有油味或毒性，不宜食用，严重时由于油膜蒙在鱼鳃上影响其呼吸，会直接导致其窒息死亡。

3.含油废水流入土壤，会由于土层对油污的吸附和过滤作用，在土壤中形成油膜，使空气难以渗入，影响到土壤微生物的增殖，破坏土层团粒结构。

4.通常浓度大于30mg/L的含油污水进入生物处理系统中时，就会影响到活性污泥和生物膜的正常代谢活动。

5.水体表面的聚结油，还有可能燃烧而产生安全问题。

目前，含石油废水的常规处理方法主要是采用“老三套”处理或在其基础之上改进的处理工艺，如在工艺中添加絮凝和混凝装置等。

处理后废水的去向主要有以下三种:

一是达到油田回注用水指标后作为回注水使用;二是经过老三套处理工艺之后，再采用高效的生化处理技术，实现达标外排;三是经过滤后作为某些工业用水的水源，如注汽锅炉用水。

当前国内目前普遍采用的“老三套”处理工艺，一般是指“隔油-浮选-过滤”这一工艺流程，以及在该工艺流程基础之上增加的混凝、絮凝等方法。

现将该工艺介绍如下:

a.隔油

隔油处理主要用于去除含油污水中的浮油和粗分散油，采油污水的处理中常将隔油装置作为核心设备。

隔油装置一般分为平流式（API、斜板式（CPI）和平流斜板组合式三种。

石油开发废水处理一般采用隔油罐，石化废水处理一般采用隔油池。

隔油池同时兼作初沉池，去除粗颗粒等可沉淀物质，减轻后续处理絮凝剂的用量。

b.浮选

浮选法也称为气浮法，其工作原理是设法在水中通入或产生大量气泡，形成水、气及被去除物质三相非均体系。

在界面张力、气泡上浮力和静水压力差的作用下，使气泡和被去除物质结合体上浮至水面，实现与水的分离。

气浮法在石油化工行业主要用来去除水中浮油类。

浮选法处理技术成熟、油水分离效果好且稳定，应用较为广泛，但是动力消耗大、构造复杂，维修保养困难。

c.过滤

过滤是以具有空隙的粒状滤料，如石英砂、无烟煤等对石油类、悬浮物的截留来达到对污染物质去除的目的。

过滤法一般用做二级处理或深度处理，除去水中的分散油和乳化油。

常见的颗粒介质过滤技术有多层滤料过滤法、双向过滤法、移动床过滤法、纤维过滤法、膜过滤法等。

该方法出水水质好，设备投资小，操作方便，但反冲洗操作要求较高。

絮凝和混凝也是工业水处理当中的常用技术手段。

d.絮凝

絮凝法主要用于去除乳化油，絮凝剂一般分为无机絮凝剂、复合絮凝剂以及有机高分子絮凝剂。

目前主要研究方向为无机高分子絮凝剂和复合絮凝剂。

无机高分子絮凝剂主要是铝盐和铁盐的聚合体系，如聚氯化铝、聚硫酸铁、聚硅氯化铝、聚硅硫酸铝和聚硅硫酸铁等。

常用的有机絮凝剂是聚丙烯酞胺，ZB型阳离子有机絮凝剂等。

乳化油通过絮凝剂进行破乳后，还需要进一步处理，才能达到排放标准。

e.混凝

混凝是工业水处理当中的一个重要方法，用以去除水中细小的悬浮物和胶体污染物质。

它的原理是通过向废水中投加混凝剂，使其中的胶粒物质发生凝聚和絮凝而分离出来，以净化废水。

在石化废水的处理中，混凝可降低水中的浊度、色度、某些无机或有机污染物，如油、硫、砷、表面活性物质、放射性物质、浮游生物和藻类等。

国内目前含油污水处理普遍采用的是“老三套”处理工艺，即“隔油-混凝-过滤”或“隔油-气浮-过滤”工艺。

这些工艺都是由上述的常规处理工艺组合而成，主要针对含油污水中的油和机械杂质进行分离处理，其目标主要是实现污水的回注，并未包含污水外排的一些指标，如COD、BOD5、氨氮等。

实践表明，用“老三套”注水处理工艺无法使含油污水达标排放。

如果这些不达标的含油废水排入水体当中，就会在水中形成油膜，阻碍大气复氧，同时有机物的分解会消耗水中的溶解氧，造成水生动植物因缺氧死亡，有机物分解的过程当中还会放出二氧化碳，使水体pH下降;进而使水体变臭，水质恶化，影响水资源的利用价值。

为满足污水外排的标准，一般的污水外排处理工艺是在“老三套”的基础上增加生化处理单元。

主要包括活性污泥法、SBR法、生物接触氧化法、氧化塘法以及曝气生物滤池法等。

但是由于油田污水成分复杂、可生化性差、温度高，矿化度大，因此在处理工艺的选择和实际工艺的运行上比普通生化技术有更高的要求。

传统技术包括混凝、沉淀、过滤、消毒等单元，具有占地面积大，操作复杂，出水水质不稳定等缺点。

当前膜分离、氧化技术和生物深度处理技术是处理石油、化工等行业废水研究的热点。

a.膜技术

膜技术被称为是21世纪的水处理技术，是近40年来发展最迅速、应用最广泛的技术。

膜技术在水处理中应用的基本原理是:

利用水溶液中的水分子具有透过分离膜的能力，而溶质或其他杂质不能透过分离膜，在外力作用下对水溶液（原水）进行分离，获得纯净的水，从而达到提高水质的目的。

与传统水处理技术相比，膜技术具有节能、投资少、操作简便、处理效率高等优点，膜技术的应用给人类带来了巨大的环境和经济效益。

b.氧化技术

氧化技术主要包括强氧化剂氧化、臭氧氧化、光催化氧化以及湿式氧化等。

强氧化剂氧化的报道最早见于美国，80年代美国对石油污染的地下水中的高分子烃类采用硝酸盐和过氧化物氧化的方法处理，效果很好。

1992年美国《石油学会文集》中，介绍了降解和清除聚合物注入后的残留物的方法，主要是采用氧化法，用次氯酸钠或二氧化氯做氧化剂，阴离子型水溶液聚合物诸如聚丙烯酞胺、聚丙烯酸脂等可以被上述方法分解，加入氧化剂放置4h一12h，可以使聚合物分解至微量。

这种方法的优点是成本较低，用次氯酸钠或二氧化氯做氧化剂是用过氧化氢或过硼酸钠的1/5，污染物的去除率也较高，但条件控制不好会产生二次污染，且不能回收废水中的有用物质。

臭氧氧化法主要是利用臭氧改变高分子污染物的分子结构，使长链分子部分断裂，大分子降解为小分子，从而使该废水用传统的生化方法易于处理。

这种方法主要用于传统生化处理方法是预处理，单独用此方法处理效果不明显。

光催化氧化降解法是目前研究的处理含油废水的另一高级氧化技术。

美国研究光催化氧化水中可能含有的21种有机污染物，最终产物都是二氧化碳，光源是太阳光，催化剂是TiO2、ZnO、CdS、和Fe2+。

其成本很低，不产生二次污染，但受自然条件限制，不易完全反应。

④生物深度处理具有去除污染物的种类多、效率高、抗冲击能力强且运行费用低等优点，再经过絮凝、过滤等后处理，能够获得良好的回用水。

现有的生物处理技术主要包括生物强化技术、生物固定化技术以及曝气生物滤池技术。

生物强化技术主要是通过向废水中直接投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因重组技术产生的高效菌种，以改善原处理系统的能力，达到对某一类有害物质的去除或某方面性能优化的目的。

生物固定化技术是强化技术与一般生物处理技术相结合的产物，用于废水处理，是近年来发展起来的废水处理新技术。

在水处理当中采用固定化细胞，可以提高生物反应器内的微生物浓度，有利于反应后的固液分离，有利于去除氨氮、高浓度有机物以及某种难降解的物质，是一种高效低能耗、运转管理容易、十分有前途的废水处理技术。

经过对污水水质及出水水质要求的分析，并在老三套工艺的基础上进行优化改进，决定采用隔油—气浮—SBR法。

1.2设计资料与依据

1.2.1设计资料

（1）污水来源：

工业废机油、柴油、生活废食用油等。

（2）进水水质：

SS=800mg/L;酸性部分：

Q=500t/d，COD=500mg/L，BOD=280mg/L，PH=5.3（含HCl），油=56mg/L，来自工业废机油、柴油；

碱性部分：

Q=300t/d，COD=480mg/L，BOD=220mg/L，PH=9.3（含NaClO、洗涤剂），油=21mg/L，主要为食用油

（3）设计量与水质

设计水量：

800t/d

出水执行《中华人民共和国污水综合排放标准》（GB8978-1996）二级标准，具体排放标准如下：

COD≤150mg/L；BOD5≤60mg/L；SS≤200mg/L；NH3-N≤25mg/L；油≤10mg/L；PH=6-9。

1.2.2设计依据

《中华人民共和国环境保护法》；

《中华人民共和国污水综合排放标准》（GB8978-1996）；

《总图制图标准》（GB/T50103-2001）；

《室外排水设计规范》（GBJ14-87）；

《建筑制图标准》（GB/T50104-2001）；

《给水排水制图标准》（GB/T50106-2001）。

1.3设计内容

1.3.1设计任务

（1）根据污水水质情况，地形等相关资料，确定污水与污泥处理流程；

（2）对污水与污泥处理流程中处理构筑物进行工艺计算，确定其型式，数量与尺寸，以及主要设备型号和数量等；

（3）构筑物的总体布置和污水，污泥处理流程的高程设计；

（4）构筑物工程造价计算；

（5）编写计算书；

（6）绘制6-8张图纸（A3及以上图幅），主要包括平面图，高程图，相关构筑物设计图等。

1.3.2绘图要求

按照机械制图规范，CAD绘制平面布置图、高程图及构筑物设计图纸。

1.3.3处理程度计算

在排放水体之前，都必须进行适当程度的处理，使处理后的污水水质达到允许的排放浓度。

污水的处理程度的计算公式为：

式中:

——污水的处理程度（％）

——未处理污水中某种污染物的平均浓度（mg/L）

——允许排入水体的已处理污水中某种污染物的平均浓度（mg/L）

（1）石油类去除率

;

（2）COD去除率

;

（3）BOD5去除率

;

1.3.4污水预处理

在对两部分污水进行除油及综合处理之前，考虑先将两部分污水进行混合，以达到酸碱中和达到以污治污的目的。

酸性废水中H+的浓度：

酸性废水中H+的量为：

n（H+）=5.01×500×103×10-5mol=2.51mol

碱性废水中H+的浓度：

C（H+）=1×10-9.3mol/L=

mol/L=5.01×10-10mol/L

故碱性废水中OH-的浓度：

C（OH-）=

mol/L=2.00×10-5mol/L

故碱性废水中OH-的量为：

n（OH-）=2×300×103×10-5mol=6mol

故将酸碱污水混合后：

C（OH-）=4.37×10-6mol/L

换算成PH为8.64.符合国家二级排放标准。

由处理程度公式计算：

油分去除率：

η=

×100%=87.01%

COD去除率：

η=

×100%=84.69%

BOD5去除率：

η=

×100%=88.00%

SS去除率：

η=

=75%

第2章污水处理工艺的选择和可行性分析

2.1选择污水处理工艺的原则

污水处理工艺技术方案在达到治理要求的前提下应优先选择基建投资和运行费用少，运行管理方便的先进工艺；所用污水和污泥处理技术和其他技术不仅要求先进，更要求成熟可靠；污泥及残渣处理应尽量完善，消除二次污染；尽量减少工程用地。

2.2污水处理方案的确定

含油污水组成复杂、排放量大、污染物种类多、对环境危害大，其中主要污染物有工业废机油、柴油、食用油等油类，此外还含有洗涤剂、硫化物、挥发酚、NH3以及其他的一些有毒物质。

COD含量相对较高，难降解物质多，而且受到其中酸碱的影响，污水PH变化较大。

针对此类含油废水的这种特点，一般采用隔油—气浮—生化法处理。

通过对各种生化法工艺的初步判定，现将工艺锁定在以下两种：

1.SBR法（SequencingBatchReactor）

SBR法又称序批式间歇活性污泥法，其操作流程由进水、反应、沉淀、出水和静置五个基本过程组成，所有处理过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行。

特点为工艺简单，由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般不设调节池，可节省占地和投资，耐冲击负荷且运行方式灵活。

缺点是抗浓度变化能力差，发生污泥膨胀少但处理困难，存在浮渣问题，水头损失大，池容利用不理想。

2.A/O法

A/O法又称前置式缺氧—好氧生物脱氮工艺，是目前广泛采用的一种脱氮工艺。

该工艺将反硝化段设在系统的前面，氨氮在好氧段通过硝化反应生成硝酸盐，硝酸盐通过内循环回流到缺氧池中，在缺氧池中以水中的有机物作为碳源进行反硝化脱氮。

沉淀池中的污泥一部分回流到缺氧段提供足量微生物，剩余污泥经处理后排放。

经过生产实践证明，SBR工艺处理含油废水，技术先进，运行可靠，具有良好去除有机物效果，出水水质符合国家标准。

表2-1工艺方案比较

工艺

内容

SBR工艺

A/O工艺

技术可行性

先进、成熟、应用广

先进、成熟、应用广

水质指标

出水水质好、稳定易于深度处理，对外界条件变化有一定的适应性

出水水质好、稳定易于深度处理，对外界条件变化的适应性较好

基础建设费用

较高

不太高

运行费用

较高

较高

运行

管理

运转

操作单元较多复杂

操作单元较少方便

维修

维修困难

维修较简单

占地

较大

较小

要求管理水平

高

较高

环境影响

噪音较大、臭味较小

噪音较大、臭味较小

结论：

经过比较，SBR工艺反应池的进水、曝气、排水过程变化频繁，对污水处理厂设备仪表的要求较高，基建费用高；而且不连续出水，使得SBR工艺串联其他连续工艺时较为困难，不利于扩大规模，但考虑到污水水质不含有氨氮的本身原因，故选择选择隔油—气浮—SBR工艺比较经济实用，而且参考国内处理相同水质的污水处理厂，此法法应用也较为广泛，前景甚好。

（1）技术方面：

技术先进，所处理的污水能够满足国家指定的污水排放标准，自动化设备的使用也使操作管理十分方便。

（2）经济方面：

采用新的工艺后，减少了污泥的产量，占地面积小，基建费用较少，运行费用低。

隔油—气浮—SBR工艺流程图：

图2-1工艺流程图

3污水处理系统

3.1泵房

3.1.1设计依据

（1）应根据远近期污水量确定污水泵站的规模。

泵站设计流量与进水管至设计流量相同。

（2）污水泵站的集水池与机器间合建在同一构筑物内，集水池和机器间需用防水隔墙分开，不允许渗漏。

做法按结构设计规范要求。

（3）泵站构筑物不允许地下水渗入，应设有高出地下水位0.5米的防水措施，具体设计见规范。

（4）泵站位置应结合规划要求，鉴于排水需要提升的管段，且距排放水体较近的地方。

并应尽量避免拆迁、少占地。

泵房可与其他构筑物统一布置。

3.1.2设计计算

本设计采用来水为一根污水干管，无滞留、涡流等不利现象，故不设进水井，来水管直接经进水闸门流入集水池，经机器间的泵提升来水进入出水井，然后依靠重力自流输送至各处理构筑物。

（1）设计流量Q=800m3/d=33.33m3/h=9.26L/s.

（2）考虑选用2台水泵，一用一备。

（3）集水池有效容积，采用一台泵5min的容量

V=33.33÷60×5=2.78m3.

有效水深采用H=2m,则集水池面积为

S=V/H=2.78÷2=1.39m2

地下集水槽平面尺寸为长×宽=1.5m×1m;

（4）总扬程估算

第一个构筑物即调节池高程定为15m，入流管道水面高程为8m，泵站进水池中最低水位在入流管道下1.5m左右，定为6.5m，最高水位比入流管道中水位低0.08—0.15m，定为7.85m，则净量程在7.15m—8.5m之间

根据入流量和净扬程损失，加上估计的管线水头损失2.0m和自由水头为1.0m。

水头总扬程约为10.15-11.5m，取12m。

（5）泵的选择

选泵原则：

①大小兼顾，调配灵活;②型号整齐，互为备用。

本设计单泵流量为9.26L/s，扬程12m。

查《给水排水手册》，选用50QW40-15-4型的污水泵。

其主要性能参数如下：

流量Q=40m3/h=11.11L/s，扬程15m；转速n=1440rad/min，轴功率N=4kW；

效率η=67.7%，配用功率10kW。

（6）污水泵房的设计：

污水泵房地下一层为集水井，深3.5m，平面面积为（4.0×1.5）m2，污水泵房地上一层，高2.5m，平面面积为（4.0×3.0）m2。

3.2格栅的计算

3.2.1格栅

在排水工程中，格栅是由一组（或多组）相平行的金属栅条与框架组成。

倾斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗粗大的悬浮物及杂质。

3.2.1.1格栅的作用

格栅的主要作用是将污水中的大块污物拦截，以免其对后续处理单元的机泵或工艺管线造成损害。

格栅的拦截物称为栅渣，其中包括数十种杂物，大至腐木，小到树权、木塞、塑料袋、破布条、石块、瓶盖等。

3.2.1.2格栅的分类

格栅一般由相互平行的格栅条、格栅框和清渣耙3部分组成。

格栅按不同的方法可分为不同的类型。

按格栅条间距的人小不同，格栅分为粗格栅、中格栅和细格栅3类，其栅条间距分别为4—10mm、15—25mm、大于40mm。

按清渣方式不同，格栅分为人工清渣格栅和机械清渣格栅两种。

人工清渣格栅土要是粗格栅。

按格栅耙的位置不同，格栅分为前清渣式格栅和后清渣式格栅。

前清渣式格栅要顺水流清渣，后清渣式格栅要逆水流清渣。

按形状不同，格栅分为平面格栅和曲面格栅。

平面格栅在实际工程中使用较多。

按构造特点不同，格栅分为抓扒式格栅、循环式格栅、弧形格栅、回转式格栅、转鼓式格栅和阶梯式格栅。

3.2.2设计的主要数据

设计流量：

Q=9.26L/s，设计一组细格栅，每组流量为10L/s；

栅前流速：

v1=0.5m/s，过栅流速：

v2=0.7m/s；

栅条宽度：

s=0.01m，格栅净间距：

b=0.01m；

栅前部分长度：

0.5，栅后部分长度：

1.0m；

格栅倾角：

70度；污水栅前超高：

h2=0.3m；

单位栅渣量：

w1=0.08m3栅渣/103污水。

3.2.3设计计算

（1）格栅前水深:

根据最有水力断面公式:

Q=

，计算得:

=0.2m，h=0.1m

所以栅前槽宽

=0.2m，栅前水深h=0.1m。

（2）格栅间隙数：

n=Qmax

/bhv2=

=12.73取n=15

式中

—最大设计流量，m³/s；n—格栅间隙数；

α—格栅倾角，度；b—栅条净间距；

h—栅前水深；v2—过栅流速

每组为一格，则每格格栅间隙数为n=15。

（3）格栅宽度：

B2=S（n-1）+bn=0.01×（15-1）+0.01×15=0.29m