石化污水处理技术现状及研究进展

丁海燕 李玉堂 武燕 任国领 张虹 黄永红

摘要 水污染是一个全球性的问题，随着工业的发展和工业化程度的提升而不断加深。通过对生物法、物理法、化学法、物理化学法在石油化工污水处理中研究进展的介绍，说明了各种技术的优缺点和使用条件，指出由于污水成分的多样性，需要综合运用各种技术才能达到最佳的处理效果。总体而言，今后的发展方向是研究开发投入少、见效大的污水处理技术。

关键词 石化污水处理； 化学法； 生物法； 物理化学法

中图分类号 S181.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）16-05207-02

水资源的再生、回收和利用越来越被人们关注和重视，污水处理技术的发展应不仅仅是达标排放，未来的发展方向是排供结合，经过处理后的再生水作为自然资源进行循环利用，让自然生态中的水构成一个良性循环系统。国外在污水处理及回收的开发方面已取得的一些成果值得借鉴。他们一方面倡导节约用水，保护和科学开发水资源，另一方面研究开发了一些污水处理的新技术，例如日本绝缘材料公司已开发成功一种使用陶瓷膜过滤器的污水处理系统，该系统适用于中小型污水处理厂[1]。美国AVANTA 公司研制开发了SAF （淹没曝气滤池）生物膜法污水处理新技术。相对DAF（DissoIved Air FIoatation）工艺，SAF是同等规模DAF法处理污水能力的5倍，同时能减少建设成本50%，减少运行成本90%以上，据计算处理1 t污水的费用不到0.15元人民币[2]。目前，我国石化水污染处理技术的研究和应用已经取得了进展。该研究就目前采用的技术，如化学法、物理法、生物法等进行了综述。

1 生物法

目前，生物法处理污水常用以下4种具体方法：好氧生物处理法、厌氧生物处理法、组合工艺及膜生物反应器工艺。

1.1 好氧生物处理法 好氧生物处理是有氧存在下，好氧微生物降解有机物，使其无害化的一种处理手段。Scholz等研究了膜生物反应器，由生物反应器与超滤膜单元相联接，油去除率可达99.99%，COD（化学需氧量）和TOC（总有机碳）去除率分别为97%、98%[3]。王德河等介绍了采用循序间歇反应器（SBR）法为主体的处理工艺，运行结果表明，化学需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）、固体悬浮物（SS）的去除率分别达到了95%、98%和95%，并达到了排放标准[4]。

1.2 厌氧生物处理法 在无氧的条件下，通过微生物的协同作用，把有机物最终分解为CO2和甲烷。各种厌氧工艺成功应用于污水处理的案例屡见不鲜。王庆伟研究表明，在厌氧升流式流化床反应器（UBF）中处理高浓度的垃圾渗滤液，反应器添加阳离子和颗粒污泥，能明显提高有机物去除效率[5]。黄玉等探究在中温条件下，内循环反应器（IC）具有高效处理PTA（对苯二甲酸）污水的可能[6]。

1.3 组合工艺 石油化工业产生的废水具有污染物种类多，含有酚、硫化物等生物抑制物质及水质情况复杂等特点。厌氧和好氧有效结合的组合工艺要比采用单一的好氧或者厌氧处理工艺的效果好，可达到排放要求并且应用广泛。陈美荣等研究缺氧-兼氧-好氧的二级生物法处理石油化工废水，出水含油、COD、BOD、MLSS（Mixed Liquor Suspended Solids）分别低于10、100、30、70 mg/L[7]。邹茂荣等研究水解酸化-好氧生物处理-曝气生物滤池联用的工艺处理石油化工废水，结果表明出水水质好，氨氮、COD的去除率分别为73.4%、92.8%，酚类、油及硫化物的去除率均在90%以上[8]。关卫省等研究表明，采用上流式厌氧污泥床反应器（UASB）加曝气池的厌氧——好氧组合处理石油化工废水，污染物去除率高[9]。

1.4 膜生物反应器工艺 膜生物反应器（MBR）是一种由膜分离和生物处理两个单元相结合的一种水处理技术。目前在日本运行的膜生物反应器占全球的66%。在膜分离生物反应器的应用中，98%以上是好氧膜生物反应器，其中55%以上是一体式膜生物反应器。20世纪80年代以来，该技术愈来愈受到重视，成为水处理技术研究的一个热点。

使用生物法处理废水，二次污染少、处理效率高、具有能耗少、污泥沉降性能好、出水水质好等优点，但对水质要求比较高、运行过程复杂、适用地区限制等缺点[10]。

2 物理法

常用于污水处理中的物理方法包括重力分离法、过滤法、离心分离法等。一般来说，物理法可作为其他方法的预处理或重要组合。

2.1 重力分离法 重力分离法是比较典型的初级处理方法，它是利用油和水在密度上的差异和不相溶解的性质实现水、油珠与悬浮物分离。这种方法可以去除污水中的部分分散油、重油、油-固体物等不与水溶解的有害物质，但不能除去污水中的乳化油和溶解油。

2.2 过滤法 过滤法是将污水通过颗粒介质构成的过滤层，依靠它的截留、筛分、惯性撞击等作用使废水中的悬浮物和油分等一些有害物质清除。过滤能去除SS，对COD、BOD高的污水效果不大，而且过滤的动力消耗高，污水处理成本增加。相对于传统的深度处理工艺，采用转盘式过滤器处理工艺，由于滤布反冲洗时采用负压抽吸的方式，不需要反抽吸水池[11]。因此对于一般污水处理厂二级处理出水，采用简单的工艺处理流程就可大幅提高出水水质。

2.3 离心分离法 在高速旋转的离心力场中，因固体颗粒、污水与油珠的密度大小不相同，承受的离心作用力也不同，从而达到从污水中去除油珠、固体颗粒。常用的分离器是水力旋流。旋流分离器在液固分离方面的应用始于19世纪40年代，现在比较成熟，但在油/水分离方面的探索要迟很多。虽然液液分离与液固分离的基本原理是相同的，但二者设备的几何结构差别却比较大。英国人首先发明了脱油型旋流分离器。20世纪60年代，英国南安普顿大学 Martin Thew教授领导的多相流与机械分离研究室开始了水中的除油研究。离心分离法的分离器体积小、除油很明显，高流速易使分散油剪碎，常用于分離分散油，对乳化油的去除效果不太好，而且成本不菲，所以一般情况下水量少、场合比较受限制的海上油船、采油平台会比较适合用[12]。

3 化学法

化学处理法是经由化学反应去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元有氧化还原、混凝、中和等；以传质作用为基础的有萃取、吸附、吹脱、汽提、离子交换以及反渗透和电渗吸等。和生物处理方法比较而言，高效率、快速，可以除去比较多的污染物。另外，还具有容易实现自动检测、设备容易操作和控制、便于回收利用等优点。化学处理法能有效地去除废水中多种有毒的污染物。

3.1 污水臭氧化处理法 该法在环境保护和化工等方面应用广泛，是用臭氧作氧化剂，使用的是含低浓度臭氧的空气或氧气对废水进行净化和消毒处理的方法。这种方法主要用于水的脱色，水中铁、锰等金属离子的去除；水的消毒；去除水中酚、异味、臭味、氰等污染物质。具有反应迅速、流程简单、无二次污染的优点。

3.2 污水电解处理法 应用电解的基本原理，使废水中有害物质通过电解转化成为无害物质以实现净化的方法。

3.3 污水化学沉淀处理法 这是一种传统的水处理方法，广泛用于水质处理中的软化过程、工业废水处理等，以去除重金属和氰化物。向废水中投加可溶性化学药剂，使之与其中呈离子状态的无机污染物起化学反应，生成不溶于或难溶于水的化合物沉淀析出，从而达到净化废水的目的。

3.4 污水混凝处理法 向废水中投加混凝剂，其中的胶粒物质发生凝聚和絮凝而分离出来，使废水净化的一种方法。混凝是凝聚作用与絮凝作用的合称。凝聚作用是指投加电解质，胶粒电动电势降低或消除，以致胶体颗粒失去稳定性，脱稳胶粒相互聚结；絮凝作用是指高分子物质吸附搭桥，胶体颗粒相互聚结。水温、pH、浊度、硬度及混凝剂的投放量等常影响混凝效果[13-14]。

3.5 污水氧化处理法 氧化处理法几乎可处理一切工业废水，尤其是处理废水中难以被生物降解的有机物。利用强氧化剂氧化分解废水中污染物，如酚、氰化物、绝大部分农药、杀虫剂以及引起色度、臭味的物质等。强氧化剂能将废水中的这些污染物逐步降解成为简单的无机物，也能把溶解于水中的污染物氧化为不溶于水而易于从水中分离出来的物质。

3.6 污水中和处理法 基本原理是使酸性废水中的H+与外加OH-，或使碱性废水中的OH-与外加的H+相互作用，生成弱解离的水分子，同时生成可溶解或难溶解的其他盐类，从而消除它们的有害作用。

4 物理化学方法

应用于石油污水处理的物理化学方法目前主要有膜分离方法和吸附法。

4.1 膜分离方法 美国肯塔基大学研究出低压合成膜反渗透技术，这种膜由非纤维素薄膜材料制成，分离压力为1.0～2.0 MPa，pH为2～12，对多环芳烃等去除率为88%～98%[15]。该技术去除高分子有机物效率高，但运行费用和投资比传统处理设备高。

4.2 吸附法 纤维活性炭（ACF）于20世纪70年代初问世，目前在美、英、日已经形成了一定的研究规模[16]。在我国暂时还处于研究阶段[17]，中山大学最早用ACF成功处理了酚醛车间的废水。对CODCr（采用重铬酸钾作为氧化剂测定出的化学耗氧量表示为CODCr）、挥发酚、浊度、硫化物、石油类等有良好的去除效果。ACF作为一种新型吸附材料，具有吸附量大、速度快、解吸速度快等特点。此外，ACF可以长时间使用，可替代粒状碳，工艺流程相对简单，成本比较低，节约水资源[18]。

5 小结

研究高效、节能、环保的污水处理技术，系统开发不同工艺的有效组合，是石油化工废水处理技术研究的主要内容和发展方向[19]。其核心是水资源的循环利用、实施生产清洁化，在源头和生产过程中抑制和减少污染物质的产生；进行有效的末端治理，实现达标排放。

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责任编辑 徐丽华 责任校对 况玲玲