微生物能夠降解石油烴已經(jīng)被大量文獻(xiàn)報(bào)道，水解酸化—好氧工藝應(yīng)用于油田采油污水處理時(shí)，水解酸化過程可使采油污水中的酮類、芳烴得到較好的降解，醇類和酸類的相對(duì)組成提高，可生化性提高，后續(xù)結(jié)合好氧處理能取得較好的處理效果。然而，很多油田采出水高溫、高礦化度的特點(diǎn)，在很大程度上制約了生化處理技術(shù)的使用。因?yàn)檩^高的污水溫度僅適合嗜熱微生物的生長，非嗜熱菌會(huì)發(fā)生原生質(zhì)膠體的變性、蛋白質(zhì)和酶的損傷、變性，生活機(jī)能異�；騿适В罱K導(dǎo)致死亡。在高鹽情況下，不論是使用好氧生物處理，還是厭氧、缺氧生物處理，均會(huì)對(duì)微生物的正常代謝產(chǎn)生不利影響，會(huì)發(fā)生微生物細(xì)胞原生質(zhì)分離、脫氫酶活性降低等，造成處理系統(tǒng)懸浮物增多，生物絮凝作用下降等現(xiàn)象。通過篩選、馴化復(fù)合高效耐鹽耐高溫微生物來保證處理效果，雖然能取得較好的效果，但投菌的成本較高，生物活性也容易降低。因此，研究能夠持續(xù)處理高溫、高鹽采油污水的生化處理技術(shù)難度很大。
本研究針對(duì)某油田稠油含油污水，通過馴化能夠降解此類污染物的復(fù)合菌，采用生物膜水解酸化—接觸氧化—兩級(jí)缺氧工藝對(duì)能夠持續(xù)處理該污水的適合條件進(jìn)行了研究。
1 試驗(yàn)材料與方法
1.1 試驗(yàn)裝置
采用水解酸化—接觸氧化—兩級(jí)缺氧聯(lián)合工藝，試驗(yàn)裝置為碳鋼制圓柱形反應(yīng)器。其中水解酸化和接觸氧化裝置有效容積分別為18 L，兩級(jí)缺氧裝置有效容積分別為9 L，裝置總?cè)莘e為54 L。裝置中填充體積為總?cè)莘e20%的復(fù)合填料，采用自制數(shù)顯電熱系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制，調(diào)節(jié)精度為±0.5 ℃。
1.2 試驗(yàn)用水
試驗(yàn)采用某油田稠油污水 ，其廢水COD 3 450 mg/L，BOD 5 699 mg/L，油830 mg/L，鹽12.5 g/L，氨氮7.85 mg/L，溫度58 ℃。實(shí)驗(yàn)中污水中的油含量根據(jù)需要進(jìn)行稀釋，鹽含量隨實(shí)驗(yàn)需要投加NaCl，且在進(jìn)反應(yīng)器前按m（COD）∶m（N）∶m（P）=100∶5∶1投加NH4Cl和KH2PO4。
1.3 分析項(xiàng)目及方法
COD：重鉻酸鹽法；油含量：紅外分光光度法；DO：OX1330型便攜式溶氧儀；pH：pHS-25型pH 計(jì)；微生物相：OLYMPUS COVER-108鏡檢。
1.4 微生物馴化和啟動(dòng)
接種污泥取自某污水處理廠。將污泥投加于各反應(yīng)器，使得投加后反應(yīng)器內(nèi)的污泥質(zhì)量濃度為20 g/L。啟動(dòng)初期采用混合進(jìn)水，即V（生活污水）∶V（含油污水）=1∶4，后根據(jù)掛膜情況逐漸減少生活污水，直至全部采用含油污水。待水解酸化和缺氧反應(yīng)器內(nèi)出水由渾濁逐漸變清，并伴有氣泡產(chǎn)生，填料上污泥呈灰黑色；好氧反應(yīng)器內(nèi)出水逐漸清澈，膜組件上懸掛了大量黃褐色生物膜，由此表明反應(yīng)器掛膜初步成功。微生物生長穩(wěn)定后，采取連續(xù)進(jìn)水試運(yùn)行，在出水COD和油的去除率均穩(wěn)定在60%以上時(shí)，認(rèn)為馴化成功。
2 結(jié)果與分析
利用水解酸化—接觸氧化—兩級(jí)缺氧工藝對(duì)該稠油污水進(jìn)行了6個(gè)月的處理試驗(yàn)�？疾炝送Ａ魰r(shí)間、溫度、油含量、鹽含量對(duì)去除效果的影響。試驗(yàn)階段，水解酸化池溶解氧保持在0.5 mg/L左右，pH為6.0左右，接觸氧化池溶解氧在2~4 mg/L，pH為7.0左右，而一級(jí)缺氧段溶解氧保持在0.9 mg/L以下，二級(jí)缺氧段溶解氧低于0.5 mg/L，pH在6.0~7.5。
2.1 水力停留時(shí)間對(duì)處理效果的影響
在溫度為30 ℃時(shí)，考察了水力停留時(shí)間分別為18、24、36、48 h時(shí)污水的處理情況，結(jié)果見圖 1。
由圖 1可以看出，進(jìn)水中油質(zhì)量濃度在20~60 mg/L時(shí)，原油去除率隨停留時(shí)間的增加而提高，不同停留時(shí)間下，出水中油質(zhì)量濃度均低于10 mg/L。其中水力停留時(shí)間為48 h時(shí)，原油去除率可達(dá)到82%，平均出水油質(zhì)量濃度為4.3 mg/L，這也基本說明了含油污水的生化降解速率較低，需要較長時(shí)間降解的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)表明，工藝較適合的停留時(shí)間為24 h，該段實(shí)驗(yàn)內(nèi)，在日均進(jìn)水油質(zhì)量濃度為39.6 mg/L時(shí)，出水油質(zhì)量濃度在10 mg/L左右。
2.2 溫度對(duì)處理效果的影響
選定工藝停留時(shí)間為24 h，采用整體工藝分階段升溫方式，考察溫度對(duì)處理效果的影響，試驗(yàn)分為6個(gè)階段，共歷時(shí)2個(gè)月。其中溫度為35~60 ℃，每間隔5 ℃作為一個(gè)考察階段，試驗(yàn)的每個(gè)階段首日升溫2 ℃，次日升溫3 ℃，穩(wěn)定運(yùn)行1 d后進(jìn)行一周的監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 2、圖 3。
實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行溫度達(dá)到55 ℃及以上時(shí)，從表觀上來看，水解酸化及缺氧段反應(yīng)器生物膜的生長情況良好，但接觸氧化反應(yīng)器由于受到溫度條件的抑制，出現(xiàn)膜脫落現(xiàn)象。延長適應(yīng)時(shí)間后，在溫度提高到60 ℃時(shí)未出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰的情況。在該反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行階段，COD和石油類的去除率均在70%左右，并沒有因?yàn)闇囟鹊纳仙忻黠@變化，表現(xiàn)出普通生物污泥馴化后處理含油污水較好的高溫適應(yīng)能力。
2.3 進(jìn)水油含量對(duì)處理效果的影響
因?qū)嶋H工藝過程中，水解酸化段溫度最高，之后的處理段溫度降低。根據(jù)污水處理廠的實(shí)際溫度，實(shí)驗(yàn)中，控制水解酸化段溫度為53 ℃，接觸氧化段和缺氧段溫度為35 ℃，停留時(shí)間為24 h。其間，采取按比例稀釋原水的方式，以間隔7 d為一階段，調(diào)節(jié)1次進(jìn)水油含量，各階段的平均油質(zhì)量濃度分別為15.7、28.8、42.5、58.9、139.5 mg/L。
運(yùn)行的結(jié)果如圖 4所示，進(jìn)水平均油質(zhì)量濃度為15.7、28.8 mg/L時(shí)，對(duì)油的去除率為70%左右，出水中油質(zhì)量濃度低于10 mg/L。而在進(jìn)水油含量較高時(shí)，去除率提高2%~14%，但出水油含量也隨著進(jìn)水油含量的提高而明顯增加，在進(jìn)水平均油質(zhì)量濃度大于42.5 mg/L時(shí)，出水油質(zhì)量濃度將超過15 mg/L。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，平均進(jìn)水油質(zhì)量濃度為139.5 mg/L的運(yùn)行階段，取得80%以上的去除率，但水解酸化池漂浮油量增加水面浮油增多，出水也變渾濁，裝置受油沖擊影響嚴(yán)重。因此，進(jìn)水油質(zhì)量濃度為30~40 mg/L是本生物法能否有效去除水中油的臨界范圍。
2.4 鹽含量對(duì)處理效果的影響
基于采油污水普遍鹽含量較高的特點(diǎn)，保持水解酸化段溫度為53 ℃，接觸氧化段和缺氧段溫度為35 ℃，考察了該生化處理工藝對(duì)不同鹽含量的抗沖擊能力，其中鹽含量以按比例添加單一NaCl的形式，調(diào)節(jié)至考察濃度。每次調(diào)節(jié)進(jìn)水鹽含量，穩(wěn)定運(yùn)行7 d，運(yùn)行結(jié)果見圖 5。
由圖 5可以看出，在進(jìn)水油質(zhì)量濃度約為30 mg/L，鹽質(zhì)量濃度為4~20 g/L的各階段，原油去除率穩(wěn)定在60%左右，但低于不加鹽時(shí)的去除率。此過程中，在初始鹽質(zhì)量濃度超過8 g/L時(shí)，出現(xiàn)了接觸氧化單元溶解氧降低，生物膜出現(xiàn)脫落，裝置出水渾濁的現(xiàn)象，表明生化系統(tǒng)受到?jīng)_擊。此時(shí)，控制進(jìn)水油含量不變，將水力停留時(shí)間由24 h提高至36 h后，運(yùn)行狀況逐漸改善。在油質(zhì)量濃度為12.8 mg/L，鹽質(zhì)量濃度為40 g/L時(shí)，出水油質(zhì)量濃度仍可穩(wěn)定在7.0 mg/L以下，去除率達(dá)到46%左右，表現(xiàn)出一定的高耐鹽性。
2.5 影響因素分析
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，增加水力停留時(shí)間并沒有使出水油含量降到非常低的水平，而進(jìn)水初始油含量降低也未能使原油得到徹底降解，這說明污水油含量低時(shí)微生物對(duì)原油的利用度降低。因此，用生物法對(duì)含油污水進(jìn)行深度處理時(shí)應(yīng)考慮對(duì)水中原油的富集，以提高生物法的處理效果。此外，微生物的生長數(shù)量及降解原油的速率并不因?yàn)橛秃康脑黾佣黠@提高，原油的物理狀態(tài)和化學(xué)性質(zhì)很可能影響了工藝對(duì)高濃度含油污水的去除。
相關(guān)研究表明，20 ℃時(shí)的石油烴微生物降解率比10 ℃時(shí)高，在40 ℃以上時(shí)，石油烴對(duì)細(xì)胞膜的毒性不斷增加，降解率的提高受到制約。觀察本實(shí)驗(yàn)在35~60 ℃運(yùn)行的情況，可以看出溫度對(duì)接觸氧化處理影響明顯，符合溫度高于40 ℃時(shí)生物活性降低的規(guī)律，但厭氧段微生物在該溫度范圍仍然能夠較好地生長，因此對(duì)該工藝對(duì)原油的去除率并沒有較大的影響。但從整個(gè)工藝運(yùn)行穩(wěn)定性方面來看，隨著溫度的升高穩(wěn)定性有所降低，活躍微生物的數(shù)量和種類也發(fā)生明顯變化。造成上述現(xiàn)象的原因可能是普通馴化污泥的適應(yīng)性問題。李大平等采用接觸氧化工藝進(jìn)行含油廢水的中試試驗(yàn)，篩選出的嗜熱降解功能菌在60～67 ℃可取得較好的處理效果，說明篩選馴化嗜熱微生物處理高溫含油污水具有一定的可行性。
本實(shí)驗(yàn)中，低鹽（4 g/L）條件對(duì)微生物有一定刺激作用，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好；隨著鹽含量的提高造成污泥量增多，缺氧段產(chǎn)氣量減少；可采取鹽含量緩慢提高的方式使微生物逐漸適應(yīng)新環(huán)境，沒有對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重沖擊。
延長適應(yīng)時(shí)間、降低油含量，系統(tǒng)在40 g/L的鹽質(zhì)量濃度下，仍然穩(wěn)定運(yùn)行。通過鏡檢發(fā)現(xiàn)，同未加入NaCl階段相比，微生物在不同的處理單元中呈現(xiàn)不同的種屬和數(shù)量的規(guī)律沒有變化。同樣，水解酸化段活躍微生物較少，接觸氧化段較多，一級(jí)缺氧段最少，活躍最多的為二級(jí)缺氧段，且此段的微生物種類也更多。這表明水解酸化段和一級(jí)缺氧段分解了難降解有機(jī)物，為接觸氧化和二級(jí)缺氧微生物提供了較好的碳源。
文獻(xiàn)表明，不同的污水、各種工藝的處理效果有所差別，但鹽含量對(duì)處理效果有明顯的負(fù)面影響是普遍的事實(shí)，本實(shí)驗(yàn)采用水解酸化、接觸氧化、缺氧結(jié)合的工藝，選擇的復(fù)合填料為微生物提供了較好的生存環(huán)境，在處理含油污水中表現(xiàn)了普遍的規(guī)律和良好的適應(yīng)性。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結(jié)論
（1）從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，試驗(yàn)用稠油污水的生化性尚好。通過馴化培養(yǎng)普通污泥細(xì)菌，采用水解酸化—接觸氧化—兩級(jí)缺氧工藝處理該污水，在進(jìn)水油質(zhì)量濃度不高于40 mg/L時(shí)，可以在35~60 ℃穩(wěn)定運(yùn)行，出水油含量和COD可以達(dá)到70%的去除率。
（2）在厭氧溫度為53 ℃，接觸氧化、缺氧溫度為35 ℃、HRT為36 h、進(jìn)水油質(zhì)量濃度約30 mg/L、鹽質(zhì)量濃度為4~20 g/L時(shí)，該工藝能夠穩(wěn)定運(yùn)行，原油去除率可達(dá)到60%左右。在低油負(fù)荷（油質(zhì)量濃度為12.8 mg/L），鹽質(zhì)量濃度為40 g/L時(shí)，原油去除率仍能保持46%左右，表明該工藝處理高溫高鹽含油污水具有技術(shù)可行性。
（3）生物法處理該稠油污水時(shí)，進(jìn)水油質(zhì)量濃度低于40 mg/L很重要，也是污水能否處理達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵。
