含油废水处理方法的研究现状及展望

徐昆鹏

（上海茸一检测技术有限公司，上海 201600）

0 引言

含油废水是工业排放废水的主要成分之一。大量含油废水是由食品和饮料产生的，但从脂肪、碳氢化合物和柴油、汽油和煤油等石油馏分来看，溶于水中的大部分来自石化和金属加工行业。这些成分以水包油乳剂的形式存在[1]。含油废水对人体健康具有致癌性和诱变性，对植物生长也有抑制作用。含油污水排放不经适当处理，会增加水体的生物需氧量和化学需氧量，在水面形成一层减少阳光对水体的渗透膜，从而破坏水生生态系统[2]。因此，处理含油废水对减少其对环境和人类的影响至关重要，从含油废水中回收油也具有经济效益[3]。2018年以来的三年里，在污水处理方面取得了许多技术进步。取得这些成就的主要原因是多学科的方法，材料科学的进步，特别是纳米材料和技术集成。在本文中，详细讨论了2018年以来利用常规技术所做的工作和现代技术的进步，将有助于研究人员和行业发现含油废水处理系统实际应用的差距，并引导他们努力朝着正确的方向发展，以获得更好的处理效果[4-7]。

1 传统的含油废水净化方法

1.1 物理法

含油废水净化的物理方法可分为重力分离法(GS)和溶解气浮法(DAF)。GS系统是基于油和水之间的密度差。油水之间需要有很大的密度差才能实现良好的分离。目前，GS作为分散浮油的一级分离工艺，不适用于乳化油的分离[8]。在20世纪90年代，人们开展了许多研究来评估重力分离器在漏油事故中的有效性，这些研究集中在风化作用对漏油事故的效率上。GS是一个非常简单的系统，但它有很多缺点，如分离能力有限，需要大面积的设置，管理和操作复杂等[9-10]。DAF的原理是在一个开放的盆的底部引入有压力的空气，当气泡上升到盆的顶部时，会带来污染物。传统的DAF产生的微气泡大小从20～100 µm不等。微气泡附着在油滴上，增加了油滴的浮力，使油滴向上移动。在DAF过程中，废水中空气的压力和饱和度是两个重要的监测参数。为了产生微气泡并浮到系统表面，必须将压力降低到含有过量溶解气体的大气条件下[11]。

1.2 化学法

絮凝技术是目前用于含油废水清洗的常用化学方法。絮凝法是在废水中加入絮凝剂，中和油悬浮液或乳化液的负电荷，将颗粒桥接在一起形成絮凝体[12]。该方法在处理棕榈油含油废水中得到了广泛的应用。该方法的效果在很大程度上取决于絮凝剂的种类和投加量、油的初始浓度以及废水的温度和pH。与膜过滤、DAF和生物技术等方法相比，絮凝法操作简单，资金和运行成本较低。然而，该方法的主要缺点与絮凝剂有关[13]。硫酸铝、聚合硫酸亚铁、聚合氯化铝等无机絮凝剂价格便宜、使用方便，但絮凝效果较差。使用无机絮凝剂时，需要调整pH值。聚丙烯酰胺等有机高分子絮凝剂在较低的投加量下具有较高的絮凝能力，在各种pH范围内均可使用，但由于其不能生物降解[14]，对健康和环境具有危害。

1.3 机械法

在机械方法中，使用机械聚结剂(MC)。在MC中，小油滴在聚结器中碰撞并粘附其他物质。形成更大的液滴，由于密度差异，这些液滴可以通过浮力分离[15]。采用MC法对乳化油进行机械分离是有效的，尤其是油滴粒径小于10 m时。由于空间的限制，海上经常采用MC处理含油废水。聚结剂的结构紧凑，使用周期长，能有效分离液-液相，并且需要的额外化学物质最少[16]。常见的聚结剂有板式聚结剂、填料聚结剂、聚结过滤分离器和纤维聚结剂。Lu等人在工作中报道了一种新型纤维聚结剂。该聚结剂在停留时间为1 h的条件下，可将海上采出水含油量从1 200 mg/L降至25 mg/L[17]。平板聚结器和填料聚结器用于分离液滴尺寸大于20 µm的乳化油，而过滤分离器和纤维聚结器用于液滴尺寸小于10 µm的乳化油。

2 含油废水清洗的现代技术

2.1 生物处理法

普通生物处理法可分为好氧和厌氧处理系统。厌氧系统由于消除了曝气过程，需要更少的能量，可以将有机污染物转化为甲烷气体，需要更少的营养物质，产生更少的污泥[18]。该过程还可以产生有价值的副产品，如可生物降解塑料。好氧生物处理法因其生物降解动力学加速特性，被用于处理高温、高污染物浓度的废水。然而，在这样的生物处理系统中，微生物细胞会受到有毒化学物质和高盐度废水的影响，从而降低系统的整体效率。为了解决这一问题，人们探索了好氧造粒技术及其在好氧颗粒活性污泥反应器中的应用。好氧颗粒活性污泥反应器由于微生物多样性、颗粒结构紧凑、沉降性好、良好的生物量保留率和对有毒污染物的稳定性，在含油废水处理中更加稳定。这些好氧颗粒具有更小的反应器体积要求，更低的投资成本和瞬时去除养分的能力。好氧造粒技术可以用来处理乳品工业废水、地沟污水和酿酒厂废水。

2.2 超临界水技术

超临界水氧化(SCWO)和超临界水气化(SCWG)用于处理含油污泥等稠油含油废水，是一种替代焚烧的技术。SCWO技术利用超过其热力学临界点(374 ℃, 22.1 MPa)的水作为反应介质，在很短的时间内通过加速氧化过程将碳氢化合物转化为水、分子氮和二氧化碳。氯、磷和硫等副产品经碱中和后转化为相应的无机酸或盐。液体和气体产品可以排放到环境中，而不需要任何后处理。SCWG利用超临界水溶解废水中有机生物质组分的能力和分解聚合物生物质结构的能力。其主要优点是能够通过含油废水的气化产生能量。

2.3 微量电解法

微电解用于处理高浓度含油废水，该废水中还含有大量的有机聚合物、盐和化学清洗剂，例如预电镀废水、酸性矿山排水和雨水。微电解是将氧化还原、电化学、物理吸附、絮凝等功能结合在一起的一个过程。该方法可实现脱色、改善絮凝、难降解有机氧化和提高生物降解性等处理工艺。

2.4 膜分离技术

近十年来，由于膜分离技术（MST）能够去除废水中的大部分化学物质和无机及有机化合物。与其他传统方法相比，MST需要更小的土地面积。MST可实现有效、选择性和一致性的污染物分离。MST还具有良好的生产率、稳定性、低故障率和使用经济性。目前，聚合物和陶瓷膜被广泛研究用于含油废水的过滤中。MST可以根据分离的驱动力分为三类：压力驱动，渗透驱动和热驱动。在这三种驱动力中，压力驱动是含油废水处理中最常用的一种。压力驱动膜可以进一步分为反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)和微滤(MF)。微滤和超滤工艺处理含油废水已有报道，超滤是一种低压操作，所需资金和运行成本低，是首选的技术。

3 含油废水处理的未来机遇

含油废水处理技术仍然是能源密集型、不稳定的，需要较高的运行和安装成本，并没有产生预期的产量。应用先进技术、纳米技术和系统集成是高效、经济地处理含油废水的必要条件。本部分重点讨论了各含油废水处理系统的未来发展方向。（1）为了解决纳米材料在聚合物涂料中分散性差等问题，需要引入新的方法制备聚合物涂料，如在乳液/乳液基体系中复合。（2）氧化石墨烯等含氧官能团的纳米填料很容易分散在乳液体系中。（3）聚合物膜的制备采用耐高温聚合物，可煅烧回收。（4）在转入生物处理之前，应更加注重系统的整合，通过其他处理方法降低有毒化学物质和盐度。（5）探索微生物在生物处理系统中暴露于化学冲击和热冲击时的稳定性。

4 结语

文章阐述了2018年至今含油废水处理的最新进展。在此期间，可以观察到综合各种技术来提高含油废水处理系统的性能、可靠性、消除二次废物或污染以及降低运行成本。与以往相比，更多的研究工作集中在系统的实地运行参数上。在此期间，与含油废水清洗系统相关的材料科学取得了进展，如膜材料和絮凝剂的广泛发展。通过这些材料的改性，实现优越的清洁性能和更高的清洁效率。然而还需要进行更多的研究来了解这些整合的化学、物理和经济方面。