水解酸化-膜生物反应器工艺处理含油废水的可行性研究

摘要

含油废水是一类污染严重、来源广泛的工业废水。它的成分非常复杂，其中含有大量的COD、悬浮物、石油类有机物、挥发酚、硫化物、氨氮等有害物质。此类废水主要来自于工业生产、船舱/船底、机械冷却、脱脂洗涤、润滑油制造、采油炼油等石化行业。一般来说，经过一级或二级处理的废水就能够满足排放要求，达到环境容纳标准。但是由于日益严格的污水排放标准以及工业、城市、农业对水资源的需求越来越大，污水的再生回用成为缓解水危机的必然选择，尤其是石化行业产生的含油废水。因此含油废水的处理就成为一项重要的研究课题，其中开发新型的水处理工艺是废水处理研究的主要方向。在本论文中提出了利用水解（酸化）工艺与聚四氟乙烯膜膜生物反应器的组合工艺来处理油田综合含油废水，通过选择合适的工艺参数实现过程优化控制。
　　 本研究通过考察不同的水力停留时间、进水有机负荷对水解（酸化）—膜生物反应器工艺对含油废水中的COD、氨氮、石油类污染物、挥发酚以及浊度的去除效果来评价该组合工艺处理含油废水的可行性。实验研究结果显示水解（酸化）—膜生物反应器工艺对实验室模拟的含油废水有良好的去除效果，出水水质能够满足国家综合污水排放一级标准(GB8978-1996)。作为预处理的水解酸化工艺与作为主体部分的膜生物反应器对污染物的去除均发挥了较大的作用，而且膜的截留分离作用使得组合工艺的出水水质更优。研究发现污染物的去除率与水力停留时间呈正相关关系，而与进水有机负荷呈反相关关系，而膜的截留作用与两者都没有直接的联系。
　　 实验研究中同时考察了膜通量、污泥负荷及曝气强度等因素对聚四氟乙烯膜在处理含油废水时膜污染速率的影响情况。实验结果显示膜污染速率随着膜通量的提升而加快，特别是在膜的运行通量超过临界通量时，跨膜压差近似直线上升。污泥负荷与膜污染速率也有相似的线性关系。但是曝气强度与膜污染速率却呈非线性关系，而是在曝气强度为23.15L/min时膜污染速率达到最小。当综合考虑系统能耗问题时，曝气强度为15.89L/min时可以实现膜污染速率和能耗的双重最优效果。借助扫描电镜、红外光谱、X射线荧光光谱等手段分析了膜表面污染物的形态结构及化学组成。分析结果说明在膜表面形成的致密的凝胶层的是膜透水率下降的主要原因，而糖类、蛋白质等有机成分以及Ca、Fe、Si、Mg、Al等元素及其化合物是构成凝胶层的主要成分。经过化学清洗，膜表面的凝胶层基本被清洗掉，透水率恢复到95.11％。通过聚四氟乙烯膜与聚偏氟乙烯膜的废水直接过滤比较试验进一步说明了聚四氟乙烯膜的抗油污性能。
　　 通过本研究发现水解（酸化）过程与聚四氟乙烯膜生物反应器的组合工艺能够很好地应用于工业含油废水的处理，为后期的中试实验及未来工业化应用提供了参考依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 含油废水概述

1．2．1 含油废水的来源

1．2．2 含油废水的特征

1．2．3 含油废水的危害

1．2．4 常见的含油污水处理技术

1．3 水解酸化-膜生物反应器工艺

1．3．1 膜生物反应器工艺

1．3．2 水解酸化工艺

1．3．3 水解酸化-膜生物反应器组合工艺

1．4 本课题的主要研究内容

第2章 实验设计

2．1 实验用水及装置图

2．1．1 实验用水

2．1．2 实验装置图

2．2 实验用品

2．2．1 药品与试剂

2．2．2 膜组件

2．2．3 设备与仪器

2．3 实验方案

2．4 分析方法

第3章 水解酸化-膜生物反应器工艺性能分析

3．1 装置的启动与污泥驯化

3．2 水解酸化工艺运行效果

3．2．1 水解酸化监测数据分析

3．2．2 进水有机负荷的影响

3．2．3 水力停留时间的影响

3．3 膜生物反应器运行效果

3．3．1 膜生物反应器监测数据分析

3．3．2 进水有机负荷的影晌

3．3．3 水力停留时间的影响

3．4 水解酸化-膜生物反应器工艺运行效果

3．4．1 COD的去除效果

3．4．2 NH3-N的去除效果

3．4．3 石油类污染物的去除效果

3．4．4 挥发酚的去除效果

3．4．5 浊度的去除效果

3．5 本章小结

第4章 膜生物反应器中膜性能分析

4．1 聚四氟乙烯膜对污染物的截留效果

4．1．1 不同有机负荷条件下膜的截留效果

4．1．2 不同水力停留时间下膜的截留效果

4．2 膜生物反应器中膜污染速率分析

4．2．1 有机负荷对膜污染速率的影响

4．2．2 膜通量对膜污染速率的影响

4．2．3 曝气强度对膜污染速率的影响

4．3 膜表面污染物分析

4．3．1 扫描电镜分析

4．3．2 红外光谱分析

4．3．3 能量色散X射线荧光分析

4．4 膜清洗效果分析

4．5 PTFE膜与PVDF膜亲水性比较

4．6 本章小结

第5章 主要结论与建议

5．1 主要结论

5．2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢