1、污水除油的必要性
隨著經濟發(fā)展和人們生活水平的提高，城市污水的水質也在發(fā)生著變化，污水中動植物油及礦物油等油類物質逐漸增多。據有關資料報道，到2000年，我國已建成并投入運行的城市污水處理廠約180座，設計處理能力達到1050×104ｍ3 /ｄ，其中二級生化處理能力約750×10 4ｍ3 /ｄ，這些污水處理廠大多存在著油類物質的污染問題[1]；尤其是一些中小城鎮(zhèn)的污水處理廠，由于其水量較小，水質波動較大，在用水高峰期，大量餐飲污水進入處理廠，對污水處理廠的正常運行產生嚴重影響。
以西南科技大學污水處理廠為例，該廠占地20畝，日處理能力1×104m3/d，服務人口30000人左右，采用改進型三溝式氧化溝工藝。該污水處理廠在設計過程中沒有考慮進水中的油類物質，但自2003年5月運行以來，發(fā)現進水中油類物質逐漸增多，尤其是學校教師公寓和兩個學生食堂完工以后，其狀況更加嚴重。在過去的三年間，每到冬季，油類物質覆蓋整個氧化溝表面，嚴重影響了氧化溝的充氧效率和出水水質狀況，對進水中油類物質的測定發(fā)現其含量在86mg/L～420mg/L之間，其中夏季進水中油的平均含量為120mg/L，冬季為210mg/L。
2 污水的除油方法分析
目前，國內外對含油污水治理的研究方法主要有以下三類：化學處理法、物理處理法和生化處理法。化學處理法主要包括化學混凝法、化學沉淀法、催化氧化法及各種方法的結合運用；物理處理法包括離心分離法、過濾和超過濾法、澄清法和氣浮法；生化法包括生物接觸氧化法、生物轉盤法、活性污泥法等[2]。
2.1 化學處理法
化學處理法主要指投加一定的化學物質，使其與水中的油類物質發(fā)生絮凝、沉淀或催化氧化等反應，達到將油類物質從水中去除的目的。目前，在污水的除油過程中，化學法的研究主要集中在新型的絮凝劑的開發(fā)方面[3~8]。絮凝劑主要包括無機和有機絮凝劑，在無機絮凝劑方面，大慶石化總廠煉油廠曾對鐵鹽在煉油污水處理中的應用進行了研究[3]，認為在浮選投加復合聚合鋁鐵，在浮選除油的同時還具有除硫作用。有機絮凝劑主要包括非離子、陰離子、陽離子、兩性離子有機聚合物等類型，由于分子量大，吸附懸浮物及膠質能力強，形成的絮體尺寸大，沉降快，用量少，且產生的污泥量少，易脫水，對處理水不產生負面影響，近年來備受青睞。在其應用方面，已經批量生產的主要是聚丙烯酰胺（PAM）、聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）和曼尼期反應的陽離子聚丙烯酰胺。在對有機絮凝劑的研究方面，唐善法等人利用丙稀酰胺與二甲基二烯丙基氯化銨、烷基二甲基烯丙基氯化銨進行多元共聚對聚丙烯酰胺進行陽離子化和疏水改性而合成的JH系列絮凝劑具有良好的絮凝除濁、破乳除油和去除有機物的能力[4]；段宏偉等人利用改性環(huán)乙環(huán)丙陽離子聚醚等合成的RD－1反相破乳劑對污水中油類的去除具有較好的效果[5]；除此之外，還有對二硫代氨基甲酸鹽等絮凝劑的研究[6~8]。
近幾年，污水除油方法在能量化學領域也有研究[9~12]，如磁化學技術的研究[9~11]，廢水中的浮油或分散油可使用被服油膜磁粉法和油層懸浮磁粉過濾法來處理。前者是用一些化學物質對磁性顆粒進行表面處理，使其表面被服一層親油和疏水性物質的薄膜，磁種吸附油后，用磁場回收磁種即可除油；后者是利用吸附油膜的磁粉，或吸附油的磁種層來過濾油，通過磁場來固定濾層，為增加濾層與污水中油珠的碰撞，可使用交變磁場。另外，在電化學方面[11,12]，可運用直接電解、間接電解、電化學吸附與脫附等方法對污水進行除油。
2.2 物理處理法
物理處理法是污水除油系統中應用最多的一類方法，其核心思想是采用物理的方法達到油水的分離。在污水的除油過程中，物理法的研究主要集中在油水分離器的研究開發(fā)，其中包括浮選技術及浮選器、旋流技術及旋流器、膜技術及膜器等方面。
2.2.1 浮選技術
浮選凈化技術是國內外正在深入研究與不斷推廣的一種水處理新技術[13~15]。浮選除油就是在水中通入空氣或其它氣體產生微細氣泡，使水中的一些細小懸浮油珠及固體顆粒附著在氣泡上，隨氣泡一起上浮到水面形成浮渣，從而完成固、液分離的一種新的除油方法。根據在于水中形成氣泡的方式和氣泡大小的差異，浮選處理法大體上可分為四大類，即溶氣浮選法、誘導浮選法、電解浮選法和化學浮選法，其詳細分類及每種方法的優(yōu)缺點如表1所示。
表1浮選處理方法的分類
|
2.2.2 旋流技術
水力旋流器是利用油水的密度差，在液流高度旋轉時受到不等離心力的作用而實現油水分離的。含油污水切向進入圓筒渦旋段，并沿旋流管軸向螺旋態(tài)流動。在同心縮徑段，由于圓錐截面的收縮，使流體增速，并促使已形成的螺旋流態(tài)向前流動，由于油和水的密度差，使水沿著管壁旋轉，而油珠移向中心。流體進入細錐段，截面不斷縮小，流速繼續(xù)增大，小油珠繼續(xù)移到中心匯成油芯。流體進入平行尾段，由于流體恒速流動，對上段產生一定的回壓，使低壓油芯向溢流口排出，而水則從凈水出口排出。其工作原理見圖1。
 |
圖1 水力旋流器的工作原理示意圖
國外水力旋流除油研究始于1967年，經過多年的科學研究和工程應用，現已進入重大技術發(fā)展階段。目前，美國 Conoco公司、Krebs公司、Kvanemer公司、Mpe公司、Amoco公司，澳大利亞 BWN Vortoil 公司，瑞典 ALFALAVAL公司都開始生產油水旋流分離器。國內許多研究單位和企業(yè)也先后開展了水力旋流器的研制工作，如西安交通大學、西南石油學院、四川大學、大慶石油學院、大連理工大學、江漢石油機械研究所、河南石油勘探局設計院、勝利油田設計院、大港油田設計院、江都環(huán)保器材廠、沈陽新陽機器制造廠等單位[16~22]。
2.2.3 膜技術
膜處理技術是最近興起的一項污水除油的新技術[22,23]，其核心思想是利用半透膜作選擇障礙層，允許某些組分透過而保留混合物中的其他組分從而達到分離目的的技術總稱。它具有設備簡單、操作方便、無相變、無化學變化、處理效率高和節(jié)能等優(yōu)點，已作為一種單元操作在污水除油過程中日益受到人們的重視。
在膜技術的研究應用方面，天津天膜技術工程公司曾采用中空纖維超濾膜對含油污水進行處理研究[23]，表明中空纖維超濾膜用于處理經過預處理的含油量較低的污水較為理想，而對未經過處理的含油量高的污水除油除濁效果較好；中國計量科學研究院利用一種破乳功能膜處理含油污水，取得較好效果[24]。但在膜技術應用中，都不同程度的存在膜的清洗問題。
2.3 生化處理法
生化處理是利用水中的微生物處理污水中的有機污染物的一種工藝，現有的污水處理廠的生物處理單元，對污水中的油類物質有部分去除效率，但去除率較低。目前生物技術在污水除油中的應用主要集中在篩選優(yōu)化、培養(yǎng)和馴化嗜油微生物菌種。新疆環(huán)境監(jiān)測中心通過利用餐飲服務業(yè)的含油污水培養(yǎng)篩選出28株具有較強除油能力的菌種進行研究，發(fā)現將其回接污水后，平均除油率達68%，其優(yōu)選菌種回接污水24ｈ后的除油率達90 %，而同批污水自然存放10ｄ后的除油率僅為29%。采用選培優(yōu)良菌種集中快速處理，可以顯著提高此類污水的處理效率[25]。
3 除油方案探討
針對西科大污水廠的油類物質，2003年～2005年冬季我們曾采用水力沖刷氧化溝表面和在沉砂池前投加石灰的方法進行實驗。水力沖刷雖然可以暫時使氧化溝表面的油類物質吸附在污泥表面沉淀下來，但在下一個運行階段油類物質會重新布滿池面；沉砂池前投加石灰可以減少氧化溝中的油污，但石灰同時會對部分微生物產生抑止，其產生的沉淀物質在沉砂池中很難沉淀下來，帶到氧化溝后容易堵塞溝中微孔曝氣器，因此投加量受到限制，而其他的絮凝劑有存在價格偏高的問題。為了暫時避免氧化溝的缺氧問題，我們將氧化溝出水堰的擋板去掉，使漂浮的油污隨出水進入接觸池，在接觸池的起端清撈。可以說上述的措施并未達到理想的除油目的。
在選擇除油方案時，我們也考慮了水力旋流器等物理方法，但由于其細格柵和沉砂池之間的空間限制以及昂貴的能耗費用和分離出來的油類的去向等問題的困擾，故未能采用。
由于西科大污水廠的油類的來源較為單一，我們考慮在兩個學生食堂外的設置隔油池，分離出來的油污和食堂的潲水一起集中處理；同時在污水廠氧化溝中培養(yǎng)馴化嗜油微生物，通過微生物技術對其余的油類進行處理，從而達到節(jié)約費用，提高除油效率的目的。
4 結論
4.1 污水處理廠除油的方法很多，目前在化學、物理及生化處理方法方面均有研究應用。
4.2 中小城鎮(zhèn)的污水處理廠由于存在資金困難等因素，在設計過程中往往沒有考慮除油設施，而運行中油類的污染又直接影響其處理效果，因此其除油措施的實施必須結合各廠的具體情況。
4.3 對于油類物質來源比較單一的城鎮(zhèn)污水處理廠，從源頭治理會起到簡單、經濟和實用的效果。
4.4 微生物技術作為一種新興的技術，在污水除油領域的研究應用正在不斷深化，篩選優(yōu)化、培養(yǎng)和馴化嗜油微生物菌種對于中小型污水處理廠的除油具有節(jié)能、高效等優(yōu)點。
參考文獻：
[1] 張建文，張海燕. 城市污水處理廠運行管理優(yōu)化方案[J]. 城市環(huán)境與城市生態(tài)，2001，14（4）：18～19
[2] 賈立敏. 食用植物油工業(yè)廢水處理工藝研究[J]. 給水排水，1998，24（6）：29～32
[3] 劉德君，劉鋒. 鐵鹽在煉油污水處理中的作用[J]. 石油化工環(huán)境保護，1997，2：49～51
[4] 唐善法，歐陽勇. JH系列絮凝劑的合成與凈水性能評價[J]. 化學工程師，2003，96（3）：3～5
[5] 段宏偉，黨孟杰等. RD－1反相破乳劑的研制與應用[J]. 油氣田地面工程，1999，18（6）：32～33
[6] 葛際江，張貴才. 二硫代氨基甲酸鹽除油機理[J]. 石油學報（石油加工），2002，18（5）：1～8
[7] 葛際江，宋昭崢等. 二硫代氨基甲酸鹽的除油機理及PH值對其除油性能的影響[J]. 應用化學，2002，19（12）：1170～1174
[8] 甄玉東. 含油污水處理研究——混凝劑的選擇與應用[J]. 鈾礦冶，2001，20（4）：264～268
[9] 朱又春，曾勝. 磁分離法處理餐飲污水的除油機理[J]. 中國給水排水，2002，18（7）：39～41
[10] 趙明慧，周集體等. 磁化學技術在水處理中的應用[J]. 環(huán)境污染治理技術與設備，2003，4（4）79～84
[11] 朱素芳，袁斌等. 聲光電磁廢水處理技術[J]. 化工環(huán)保，2004，24（2）：111～115
[12] 郭琳. 含油有機廢水的電化學除油褪色[J]. 廣東教育學院學報，2003，23（2）：44～47
[13] 張繼武，張強等. 浮選技術凈化含油污水的現狀及展望[J]. 過濾與分離，2002，12（2）：8～11
[14] 徐建民，畢明德等. 浮選機從采油污水中除油的若干問題[J]. 油氣田環(huán)境保護，1998，8（3）：14～15
[15] 高光才，文聯奎等. 噴射誘導氣浮處理含油污水性能研究[J]. 石油學報，2001，22（4）：108～112
[16] 劉樹亮，呂成魁等. 高含水原油旋流預脫水及污水除油試驗與研究[J]. 石油機械，2001，29（9）：9～12
[17] 王同生，王萬福. 污水除油旋流器的研究[J]. 油氣田地面工程，1998，17（2）：27～30
[18] 李自力，賴光愚. 旋流器在煉油裝置污水處理中的應用[J]. 煉油設計，1999，29（10）：43～45
[19] 孫偉香，張建. 液—液旋流分離工藝的實踐與認識[J]. 油氣田地面工程，2000，19（5）：22～24
[20] 王軍，胡紀軍等. 雙錐型液液旋流分離器分離特性試驗研究[J]. 河南石油，2002，16（3）：48～49
[21] 閻安，王玉江等. 油田含油污水除油新技術[J]. 水處理技術，1998，24（2）：117～121
[22] 侯天明，韓子興等. 含硫污水油—水旋流分離技術研究[J]. 石油化工環(huán)境保護，2000，2：9～13
[23] 張玉忠，李然等. 中空纖維超濾膜處理油田含油污水[J]. 環(huán)境化學，1997，16（3）：241～245
[24] 顧國興，郭毅力等. 膜分離技術在原油破乳和含油污水處理中的應用[J]. 現代計量測試，1997，3：47～49
[25] 牛永綺. 微生物技術處理飲食服務業(yè)含油污水的實驗研究[J]. 干旱環(huán)境監(jiān)測，2002，16（3）：173～174
作者: 康軍利
