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        中小城鎮污水處理廠除油方案研究
        加入時間:2019-12-23 08:12:04 瀏覽

        1、污水除油的 必要性
        隨著經濟發展和人們生活水平的 提高,城市污水的 水質也在發生著變化,污水中動植物油及礦物油等油類物質逐漸增多。據有關資料報道,到2000年,我國已建成并投入運行的 城市污水處理廠約180座,設計處理能力達到1050×104m3 /d,其中二級生化處理能力約750×10 4m3 /d,這些污水處理廠大多存在著油類物質的 污染問題[1];尤其是一些中小城鎮的 污水處理廠,由于其水量較小,水質波動較大,在用水高峰期,大量餐飲污水進入處理廠,對污水處理廠的 正常運行產生嚴重影響。
        以西南科技大學污水處理廠為例,該廠占地20畝,日處理能力1×104m3/d,服務人口30000人左右,采用改進型三溝式氧化(oxidation)溝工藝。該污水處理廠在設計過程中沒有考慮進水中的 油類物質,但自2003年5月運行以來,發現進水中油類物質逐漸增多,尤其是學校教師公寓和兩個學生食堂完工以后,其狀況更加嚴重。在過去的 三年間,每到冬季,油類物質覆蓋整個氧化溝表面,嚴重影響了氧化溝的 充氧效率和出水水質狀況,對進水中油類物質的 測定發現其含量在86mg/L~420mg/L之間,其中夏季進水中油的 平均含量為120mg/L,冬季為210mg/L。
        2 污水的 除油方法分析
        目前,國內外對含油污水治理的 研究方法主要有以下三類:化學處理法、物理處理法和生化處理法;瘜W處理法主要包括化學混凝法、化學沉淀法、催化氧化法及各種方法的 結合運用;物理處理法包括離心分離法、過濾和超過濾法、澄清法和氣浮法;生化法包括生物接觸氧化法、生物轉盤法、活性污泥法等[2]。
        2.1 化學處理法
        化學處理法主要指投加一定的 化學物質,使其與水中的 油類物質發生絮凝、沉淀或催化氧(Oxygen)化等反應,達到將油類物質從水中去除的 目的 。目前,在污水的 除油過程中,化學法的 研究主要集中在新型的 絮凝劑的 開發方面[3~8]。絮凝劑主要包括無機和有機絮凝劑,在無機絮凝劑方面,大慶石化總廠煉油廠曾對鐵鹽在煉油污水處理中的 應用進行了研究[3],認為在浮選投加復合聚合鋁鐵,在浮選除油的 同時還具有除硫作用。有機絮凝劑主要包括非離子、陰離子、陽離子、兩性離子有機聚合物等類型,由于分子量大,吸附懸浮物及膠質能力強,形成的 絮體尺寸大,沉降快,用量少,且產生的 污泥量少,易脫水,對處理水不產生負面影響,近年來備受青睞。在其應用方面,已經批量生產的 主要是聚丙烯酰胺(PAM)、聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)和曼尼期反應的 陽離子聚丙烯酰胺。在對有機絮凝劑的 研究方面,唐善法等人利用丙稀酰胺與二甲基二烯丙基氯化銨、烷基二甲基烯丙基氯化銨進行多元共聚對聚丙烯酰胺進行陽離子化和疏水改性而合成的 JH系列絮凝劑具有良好的 絮凝除濁、破乳除油和去除有機物的 能力[4];段宏偉等人利用改性環乙環丙陽離子聚醚等合成的 RD-1反相破乳劑對污水中油類的 去除具有較好的 效果[5];除此之外,還有對二硫代氨基甲酸鹽等絮凝劑的 研究[6~8]。
        近幾年,污水除油方法在能量化學領域也有研究[9~12],如磁化學技術的 研究[9~11],廢水中的 浮油或分散油可使用被服油膜磁粉法和油層懸浮磁粉過濾法來處理。前者是用一些化學物質對磁性顆粒進行表面處理,使其表面被服一層親油和疏水性物質的 薄膜,磁種吸附油后,用磁場回收磁種即可除油;后者是利用吸附油膜的 磁粉,或吸附油的 磁種層來過濾油,通過磁場來固定濾層,為增加濾層與污水中油珠的 碰撞,可使用交變磁場。另外,在電化學方面[11,12],可運用直接電解、間接電解、電化學吸附與脫附等方法對污水進行除油。
        2.2 物理處理法
        物理處理法是污水除油系統中應用最多的 一類方法,其核心思想是采用物理的 方法達到油水的 分離。在污水的 除油過程(guò chéng)中,物理法的 研究主要集中在油水分離器的 研究開發,其中包括浮選技術及浮選器、旋流技術及旋流器、膜技術及膜器等方面。
        2.2.1 浮選技術
        浮選凈化技術是國內外正在深入研究與不斷推廣的 一種水處理新技術[13~15]。浮選除油就是在水中通入空氣或其它氣體產生微細氣泡,使水中的 一些細小懸浮油珠及固體顆粒附著在氣泡上,隨氣泡一起上浮到水面形成浮渣,從而完成固、液分離的 一種新的 除油方法。根據在于水中形成氣泡的 方式和氣泡大小的 差異,浮選處理法大體上可分為四大類,即溶氣浮選法、誘導浮選法、電解浮選法和化學浮選法,其詳細分類及每種方法的 優缺點如表1所示。
        表1浮選處理方法的 分類
        方法名稱
        具體方法
        浮選成因
        主要優點
        主要缺點
        溶氣浮選法
        加壓溶氣浮選法
         
        真空浮選法
        在加壓下,使氣體溶解于污水,又在常壓下釋放出氣體,產生微小氣泡。
        在減壓下,使溶解于水中的 氣體釋放出來,產生微小氣泡。
        氣泡的 尺寸小、均勻、操作穩定、設備(shèbèi)簡單、管理維修方便、除油率高
        上浮穩定、絮凝體破壞可能性小、能耗小
        流程較復雜、停留時間長、設備龐大、操作麻煩
         
        溶氣量小、操作及結構復雜
        誘導浮選法
        機械鼓氣浮選法
        葉輪浮選法
         
        射流浮選法
        讓氣體通過無數個微小的 孔隙或縫隙,產生微小氣泡。
        葉輪轉動產生負壓吸入氣體,并依靠其剪切力使吸入氣體變成小氣泡。
        依靠水射器的 作用使污水中產生微小氣泡
        能耗小、浮選室結構簡單。
         
        溶氣量大、停留時間短、處理(chǔ lǐ)速度高于溶氣浮選工藝、除油效率高、設備造價低、耐沖擊負荷。
        噪聲小、工藝簡單、總體能耗低、產生氣泡小、除油效率好于葉輪式
        需投加表面活性劑才能形成微小氣泡、使用范圍受限、微孔易堵。
        浮選中必須添加浮選助劑、氣泡大小不均勻、可能產生些無效氣泡、制造維修麻煩。
        水射器要求高
        電解浮選法
        電解浮選法
        電絮凝浮選法
        選用惰性電極,使污水電解產生微小氣泡。
        選用可溶性電極(F
          E、Al等)在陽極上產生微小氣泡,在陰極上有混凝作用的 離子
        氣泡小、除油率高。
         
        氣泡小、浮選與絮凝同時進行、除油率高
        極板損耗大、運行費用高。
         
        同上
        化學浮選法
        化學浮選法
        依靠物質之間的 化學反應,產生微小氣泡(生成CO2,O2)。
        設備投資低、氣泡量易于控制(control)、尤適用于懸浮物含量高的 污水
        污泥量增加、勞動強度大。
        2.2.2 旋流技術
        水力旋流器是利用油水的 密度差,在液流高度旋轉時受到不等離心力的 作用而實現油水分離的 。含油污水切向進入圓筒渦旋段,并沿旋流管軸向螺旋態流動。在同心縮徑段,由于圓錐截面的 收縮,使流體增速,并促使已形成的 螺旋流態向前流動,由于油和水的 密度差,使水沿著管壁旋轉,而油珠移向中心。流體進入細錐段,截面不斷縮小,流速繼續增大,小油珠繼續移到中心匯成油芯。流體進入平行尾段,由于流體恒速流動,對上段產生一定的 回壓,使低壓油芯向溢流口排出,而水則從凈水出口排出。其工作原理見圖1。
        圖1  水力旋流器的 工作原理示意圖
        國外水力旋流除油研究始于1967年,經過多年的 科學研究和工程應用,現已進入重大技術發展階段。目前,美國 Conoco公司、Krebs公司、Kvanemer公司、Mpe公司、Amoco公司,澳大利亞 BWN Vortoil 公司,瑞典 ALFALAVAL公司都開始生產油水旋流分離器。國內許多研究單位和企業也先后開展了水力旋流器的 研制工作,如西安交通大學、西南石油學院、四川大學、大慶石油學院、大連理工大學、江漢石油機械研究所、河南石油勘探局設計院、勝利油田設計院、大港油田設計院、江都環保器材廠、沈陽新陽機器制造廠等單位[16~22]。
        2.2.3 膜技術
        膜處理技術是最近興起的 一項污水除油的 新技術[22,23],其核心思想是利用半透膜作選擇障礙層,允許某些組分透過而保留混合物中的 其他組分從而達到分離目的 的 技術總稱。它具有設備簡單、操作方便、無相變、無化學變化、處理效率高和節能等優點,已作為一種單元操作在污水除油過程中日益受到人們的 重視。
        在膜技術的 研究(research)應用方面,天津天膜技術工程公司曾采用中空纖維超濾膜對含油污水進行處理研究[23],表明中空纖維超濾膜用于處理經過預處理的 含油量較低的 污水較為理想,而對未經過處理的 含油量高的 污水除油除濁效果較好;中國計量科學研究院利用一種破乳功能膜處理含油污水,取得較好效果[24]。但在膜技術應用中,都不同程度的 存在膜的 清洗問題。
        2.3 生化處理法
        生化處理是利用水中的 微生物處理污水中的 有機污染物的 一種工藝,現有的 污水處理廠的 生物處理單元,對污水中的 油類物質有部分去除效率,但去除率較低。目前生物技術在污水除油中的 應用主要集中在篩選優化、培養和馴化嗜油微生物菌種。新疆環境監測中心通過利用餐飲服務業的 含油污水培養篩選出28株具有較強除油能力的 菌種進行研究,發現將其回接污水后,平均除油率達68%,其優選菌種回接污水24h后的 除油率達90 %,而同批污水自然存放10d后的 除油率僅為29%。采用選培優良菌種集中快速處理,可以顯著提高此類污水的 處理效率[25]。
        3 除油方案探討
        針對西科大污水廠的 油類物質,2003年~2005年冬季我們曾采用水力沖刷氧化溝表面和在沉砂池前投加石灰的 方法進行實驗。聚丙烯酰胺為使污水達到排入某一水體或再次使用的水質要求對其進行凈化的過程。水力沖刷雖然可以暫時使氧化溝表面的 油類物質吸附在污泥表面沉淀下來,但在下一個運行階段油類物質會重新布滿池面;沉砂池前投加石灰可以減少氧化溝中的 油污,但石灰同時會對部分微生物產生抑止,其產生的 沉淀物質在沉砂池中很難沉淀下來,帶到氧化溝后容易堵塞溝中微孔曝氣器,因此投加量受到限制,而其他的 絮凝劑有存在價格偏高的 問題。為了暫時避免氧化溝的 缺氧問題,我們將氧化溝出水堰的 擋板去掉,使漂浮的 油污隨出水進入接觸池,在接觸池的 起端清撈?梢哉f上述的 措施并未達到理想的 除油目的 。
        在選擇除油方案時,我們也考慮了水力旋流器等物理方法,但由于其細格柵和沉砂池之間的 空間限制以及昂貴的 能耗費用和分離出來的 油類的 去向等問題的 困擾,故未能采用。聚丙烯酰胺為使污水達到排入某一水體或再次使用的水質要求對其進行凈化的過程。
        由于西科大污水廠的 油類的 來源較為單一,我們考慮在兩個學生食堂外的 設置隔油池,分離出來的 油污和食堂的 潲水一起集中處理;同時在污水廠氧化溝中培養馴化嗜油微生物,通過微生物技術對其余的 油類進行處理,從而達到節約費用,提高除油效率的 目的 。
        4 結論
        4.1 污水處理廠除油的 方法很多,目前在化學、物理及生化處理方法方面均有研究應用。
        4.2 中小城鎮的 污水處理廠由于存在資金困難等因素,在設計過程中往往沒有考慮除油設施,而運行中油類的 污染又直接影響其處理效果,因此其除油措施的 實施必須結合各廠的 具體情況。
        4.3 對于油類物質來源比較單一的 城鎮污水處理廠,從源頭治理會起到簡單、經濟和實用的 效果。
        4.4 微生物技術作為一種新興的 技術,在污水除油領域的 研究應用正在不斷深化,篩選優化、培養和馴化嗜油微生物菌種對于中小型污水處理廠的 除油具有節能、高效等優點。
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        作者: 康軍利
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