含油废水生物处理工艺综述

孙成家 陆文懿

（1 中国石油湖北销售仓储分公司 湖北武汉 430000 2 中国石油大学（北京）北京 102249）

0 引言

近年来，石油生产和加工规模随着工业的迅猛发展急剧扩大。结合石油工业现状，我国大多数油田已进入第三次采油阶段，原油开采和加工过程中会产生大量的含油废水［1］。含油废水可大致分为采油废水、炼油废水和运油废水，具有含油量高、矿化度高的特点，含有石油烃、硫、酚、氰等有毒有害物质。若不经处理即排入水体，对地表水、土壤和地下水都会产生严重的危害［2］。国家针对水资源保护制定了相关政策，石化企业需结合国家标准和行业标准，对含油废水进行处理，符合标准后方可排入水体。此外，为了响应国家零排放号召，含油废水可通过一定的处理方式实现再生回用［3］。生物处理含油废水因具有成本低、环境友好等优势而被广泛使用。本文对现有的含油废水生物处理工艺进行总结，旨在为含油废水生物处理工艺的选择提供依据。

1 好氧生物处理工艺

好氧生物处理含油废水是利用好氧微生物在有分子氧条件下对废水中的溶解性有机物进行降解，可分为活性污泥法、生物膜法和生物膜反应器法。

1.1 活性污泥法

活性污泥处理废水的原理是利用大量高活性的菌胶团对溶解性有机物进行吸附，并降解为水和CO2。利用活性污泥法处理含油废水，污泥浓度MLSS 占70%～90%，MLVSS 占10%～30%，持续曝气可保持污泥活性［2］。然而，活性污泥法不易控制微生物数量，抗冲击负荷能力差，往往需结合其它工艺以提升出水水质。

（1）厌氧好氧工艺。杜卫东等［4］基于活性污泥法的原理提出厌氧好氧工艺（A/O），工艺的核心在于高生物量可提高含油废水处理能力，并具有较好的抗冲击负荷性能。冀东油田选用厌氧好氧工艺处理含油废水，该工艺使冀东油田尚堡区块出水指标满足国家综合废水排放标准，COD 全年平均为65 mg/L，处理成本为0.66 元/m3，经济效益良好［5］。

（2）序批式反应器。序批式反应器（SBR）的原理与活性污泥法相似，将进水、曝气、静置、排水集于一体。李哲等［6］针对某油田含油废水的研究表明，在SBR 稳定运行8 h 后，COD 去除效率可达82.6%。冯爱辉［7］探索了SBR 法处理含油废水的工艺条件，研究表明当污泥质量浓度为3 g/L、pH 为6.5～8.5、温度为15 ℃～35 ℃、NaCl 浓度低于5 g/L 时，含油废水中COD 去除效率最好。

（3）CASS 反应器。随着废水处理难度增加，在SBR 基础上，开发出1 种新型高效的CASS 反应器，它可分为生物选择区、预反应区和主反应区。1 个反应器内同时结合好氧、厌氧条件，实现生物降解与泥水分离过程，减少了反应器的占地面积，抗冲击能力强，不易发生污泥膨胀［8］。刘彦婷等［9］利用CASS 单元处理四川某炼油厂的含油废水，BOD5、COD、氨氮的去除效率均在90%以上。

1.2 生物膜法

当含油废水与生物膜接触时，微生物对溶解性有机物进行固化和分解，实现废水净化的目的。生物膜法包括了生物接触氧化法、曝气生物滤池法和好氧颗粒污泥法。生物膜法减少了剩余污泥的产生和处理周期，无需设置二沉池和污泥回流环节，具有基建投资低、占地面积小和耐冲击负荷能力强的优势，因此在含油废水处理中具有良好的应用前景。

（1）生物接触氧化法。生物接触氧化法是通过在生物接触氧化池内添加填料，经充分曝气后形成生物膜，对污染物进行吸附降解，使有机物氧化分解。但该法易造成填料堵塞，影响氧气的传质效果［10］。

（2）曝气生物滤池。曝气生物滤池可通过滤料对污染物进行吸附和过滤，对可生化性差的含油废水，处理效果较好，但易发生滤层顶部堵塞的问题［11］。刘文洪等［12］利用曝气生物滤池对含油废水中的有机污染物进行降解。研究结果表明当水力负荷为0.20 m3/（m2·h）时，COD 容积负荷达2.08 kg/（m3·d），水力停留时间为5 h 时，COD 去除效率最大为78%。

（3）好氧颗粒污泥。好氧颗粒污泥具有沉降性优良、生物量高的特点而受到广泛关注。王硕等［13］经35 d 培养出了好氧颗粒污泥，将其应用于含油废水的处理，COD 和溶解性油含量去除率分别为86.0%和94.2%，处理效果显著。黄锐［14］利用SBR 对好氧颗粒污泥的培养进行研究，强化含油废水的生物处理效果。研究结果表明以3 h 为反应器运行周期、溶解氧为8 mg/L 时，颗粒化水平高，油含量、COD、NH4+-N、TN 的去除效率分别可达91.4%、92.5%、85.1%和80.2%。

1.3 膜生物反应器

膜生物反应器（MBR）结合了膜分离技术与生物处理技术，膜组件可取代传统生物处理技术末端二沉池，生物反应器内保持高活性污泥浓度，有效提高生物处理有机负荷，减少废水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量［15］。Pendashteh 等［16］利用膜生物反应器处理真实高盐度含油废水，并对工艺条件进行优化，结果表明当有机负荷率为1.124 kg/（m3·d）、TDS 为35 000 mg/L、运行 周期为48 h 时，COD、TOC、石油类的去除效率分别可达86.2%、90.8%、90.0%。李继宏等［17］利用浸没式MBR 工艺处理聚驱采油废水，以水力停留时间10 h、温度30 ℃、溶解氧2.0 mg/L～4.0 mg/L 时为最佳工艺条件，COD、聚丙烯酰胺和油类物质的去除率分别达78.9%、75.0%和98.8%，出水水质得以改善。

2 厌氧生物处理工艺

含油废水中的有机污染物大部分较难生物降解，不易被好氧微生物直接利用。厌氧生物处理通过水解发酵、产氢产乙酸、产甲烷、同型产乙酸4 个阶段，将大分子有机物逐步降解为小分子酸、醇、甲烷、二氧化碳等物质，提高含油废水的可生化性，促进污染物的降解［18］。针对含油废水的厌氧处理工艺，水解酸化池在实际应用中较为广泛，而上流式厌氧污泥床和厌氧折流板反应器多处于中试阶段。

2.1 水解酸化

水解酸化工艺通过水解酸化菌将大分子物质转化为小分子物质，主要目的是降低水质毒性并提高可生化性，有机物去除效率不高，与其它工艺组合，可为后续处理工艺提供稳定的进水条件［19］。熊攀攀［20］采用水解酸化处理石化废水，经GC-MS分析后，苯环结构物质显著减少，水质毒性降低。王一鸣等［21］对河南稠油油田的含油废水进行小试研究，并对微生物进行驯化培养和工艺参数优化，最终将“水解酸化+生物接触氧化”确定为运行工艺，水解酸化池将BOD5/COD 从0.20 提升至0.35，生物接触氧化段将COD、BOD5、总油分别降至90 mg/L、20 mg/L、5 mg/L 以下，整体出水水质满足《污水综合排放标准》要求。史铁锤等［22］采用“水解酸化+MBR”工艺处理石化仓储企业废水，整体工艺对COD、BOD5、氨氮、石油类的去除率均在95%以上，出水水质达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》中城市绿化用水要求。

2.2 上流式厌氧污泥床

上流式厌氧污泥床（UASB）可耐受较高的有机负荷和水力负荷，降低反应器的占地面积，提高水质的稳定性能。UASB 由反应区和三相分离器组成，反应区底部存在着大量活性高、沉降性能好的颗粒污泥，保证废水中的有机污染物得以高效降解并产生沼气。三相分离器可分离沼气、低活性松散污泥和上清液［23］，由此实现含油废水的高效厌氧处理。梁家豪等［24］利用UASB 处理含油废水，反应器经60 d 驯化稳定后，当有机负荷为8 kg/（m3·d）～10 kg/（m3·d）时，COD 的去除效率可达89.14%。

2.3 厌氧折流板反应器

厌氧折流板反应器（ABR）通过内部折流板，充分利用水力特性使含油废水与活性污泥充分接触，每个反应室相对独立，废水中的污染物逐步被微生物降解。ABR 反应器具有较强的水解酸化能力，结构简单、成本较低、水力停留时间短等优势，但第一个反应室往往承受的负荷冲击大，效果欠佳［25］。

3 组合生物处理工艺

生物处理工艺总结见表1。

表1 生物处理工艺总结

含油废水的好氧、厌氧处理方法各有特点，实际应用中仅用1 种方法难以满足出水水质要求，往往将多个工艺进行适当组合，取长补短，以实现含油废水的高效处理。

3.1 厌氧好氧组合工艺

以ABR 为厌氧处理单元，结合其他的好氧反应器如序批式反应器（SBR）、曝气生物滤池（BAF）处理含油废水取得了可观的处理效果。张华等［26］以“ABR+SBR”的组合工艺处理南海西部石油公司高盐采油废水，出水COD、含油量、SS 和氨氮均满足国家污水综合排放一级标准。张俊德等［27］将“ABR+BAF”组合工艺处理某石化含油废水，COD、BOD、氨氮、石油类、挥发酚、硫含量的去除效率都在90%以上。苏德林等［28］将“ABR+BAF”组合工艺用于处理江汉油田废水处理站采油废水，结果表明当废水流量为0.3 m3/h 时，ABR 中总油、COD 去除率分别为83.5%、40.8%，提高了废水可生化性能；BAF 水力负荷为0.6 m3/（m2·h）、进水平均COD 为203.5 mg/L 时，COD、SS 去除效率平均为57.9%、82.7%。组合工艺整体总油、COD、BOD5和SS 的去除效率分别为96.9%、75.1%、93.1%和87.1%，出水水质满足污水二级排放标准。

3.2 联合好氧工艺

BAF 组合工艺能有效提升处理效果，实际应用十分广泛［29］。韩国义等［30］针对含油废水，采用“隔油+气浮+CASS+BAF”组合工艺，COD、氨氮、石油类的去除效率均在98%以上。张铁刚等［31］针对多乳化油、高COD 的炼油厂废水，经物化预处理后，采用“CASS+BAF”组合工艺对废水进行生物处理，出水指标满足废水综合排放标准。王浩英等［32］联合A/O 与BAF 工艺处理中油庆阳石化新厂炼油废水，COD、氨氮、硫化物和石油类的去除效率分别可达95.80%、99.88%、99.72%和99.64%，出水水质满足《污水综合排放标准》中第二类污染物最高允许排放浓度一级标准。

4 结语

含油废水的生物处理技术对石油工业可持续发展至关重要，本文总结了目前应用广泛的生物处理工艺，包括好氧生物处理、厌氧生物处理和组合生物处理。对含油废水生物处理技术的选择应结合含油废水的水质特性、处理要求和投运成本等，因地制宜优选处理工艺，实现含油废水的高效生物处理。