CBR法處理高鹽高聚合物海上油田廢水中試試驗

付勝楠，王亮，王照，黃閏帆

（中國海洋石油集團有限公司節能減排監測中心，天津 300452）

近年來，為提高海上油田采油率，在作業過程中加入大量聚合物[1-3]。聚合物在采油平臺不能有效去除，隨著廢水流向陸地處理廠，導致處理廠廢水中聚合物含量大幅度增加。含聚廢水黏度大、難降解、懸浮物含量高、乳化油穩定性高，混凝劑用量大、絮凝效果差，這對污水處理系統造成多方面的影響，目前已成為油田廢水處理的熱點和難點[4-6]。此外，海上油田采出廢水氯離子含量偏高，與普通廢水處理相比，微生物培育和生長困難，加大了海上油田廢水的處理難度。

生物碳粉循環工藝（CBR法）以粉末活性炭為載體，通過富集或人工固定化微生物，在活性炭表面形成生物膜，構成活性炭＋活性污泥一體的新污泥形式，使生化處理能力發生巨變，具有活性炭吸附與生物降解兩種功能。此外，隨剩余污泥排出的粉末碳經再生工藝在系統中循環，且未見高鹽、高聚合物對活性炭再生產生明顯影響，大大降低了運行成本。此法在煤化工、煉油、石化、有機化學及制藥、印染等行業均有運用，尤其對高毒性、生化性差、含鹽高的廢水有良好的處理效果[7]。

為解決高鹽高聚合物海上油田廢水難處理、難穩定達標、設備故障率高等問題，研究采用CBR法對某廠高鹽高聚合物海上油田廢水進行中試試驗，以評估生化中試裝置物耗、能耗、處理成本，以及檢驗設備處理效果和出水水質達標現狀，以期為同類廢水處理提供技術支撐和借鑒。

1 試驗水質現狀

1）聚合物含量高。上游油田在作業過程中加入大量聚合物，隨廢水流向陸地處理廠，導致終端的廢水中聚合物含量大幅度增加，一般為每升幾百甚至上千毫克，造成原污水處理裝置中大量含聚污油泥和雜質堆積。

2）廢水鹽度高。油田采出廢水中氯離子濃度約4 000～4 500 mg/L，礦化度約11 000 mg/L，與普通廢水處理相比，微生物難以生長。

3）COD來源廣、成分復雜、處理難度大。含有原油開采、油水分離，以及廢水處理過程中添加的多種藥劑，不易被微生物降解。

4）COD濃度較高且有波動。當上游采出過程中注聚、酸化作業時，COD波動大，物化段入口COD濃度多在300～1 000 mg/L之間變化。

2 CBR工藝概況

2.1 工藝特點

CBR法以粉末活性炭為載體，通過富集或人工固定化微生物，在活性炭表面形成生物膜。由于活性炭具有極強的吸附性能，可迅速吸附水中的溶解性有機物，為微生物提供了充足的養分，在有豐富的溶解氧的情況下，微生物得以生存和繁殖。生物活性炭法就是結合活性炭吸附與生物降解兩種方法去除污染物的水處理方法。CBR法工藝流程如圖1所示，其具有如下特點：

1）先吸附后降解。該機理使污染物的停留時間與水的停留時間異值，在同等停留時間條件下，污染物停留時間越長，處理效果越好。

圖1 CBR法中試裝置工藝流程

2）微生物活動對活性炭起到再生作用。微生物對污染物的降解，降低了活性炭的吸附負荷，延長了活性炭的使用周期，減少活性炭再生頻率，改善了污染物的處理效果，降低處理成本。

3）運行穩定，對COD、BOD5、氨氮、總氮、TOC等污染物去除效率高。由于生物活性炭將活性炭的吸附作用和微生物的分解氧化作用協同起來，可去除活性炭和微生物單獨使用時不能去除的污染物。活性炭對溶解氧的吸附，使得活性炭表面具有催化作用，促進有機物生物降解，而活性炭對水中有毒物質的吸附也可減輕水中有害物質對微生物的影響，從而充分發揮微生物的生物降解作用。

4）工藝設備簡單，占地面積小，且運行管理方便，易于實現完全自動控制，節省人力。

2.2 技術比較

CBR法與目前常用的生化＋深度氧化工藝相比具有流程短、投資低、運行成本低、占地面積小、抗沖擊力強等優勢，詳見表1。

表1 CBR工藝與生化＋深度氧化工藝技術對比

續表

2.3 中試裝置

在某原油處理廠的污水場設置了一套0.5 m3/h的CBR法中試裝置，為保證活性污泥活性，進水含油不超過30 mg/L，水溫不得高于40℃。中試裝置基礎參數如表2所示。

3 中試結果

在中試裝置達到穩定運行25天后，進行了為期7天的水質監測（2018年9月7－13日）。監測項目包括COD、石油類、氨氮、總氮、SS、總磷、BOD5、TOC八個主要污染物指標，監測方法見表3。

3.1 污染物去除效果

COD、石油類、氨氮、總氮、SS、總磷、BOD5、TOC去除效果見圖2～9。

表3 監測分析方法

圖2 COD去除效果

圖3 氨氮去除效果

圖4 石油類去除效果

圖5 總磷去除效果

圖6 懸浮物去除效果

圖7 總氮去除效果

圖8 TOC去除效果

圖9 BOD5去除效果

結果表明，監測期間中試裝置穩定運行，出水COD、氨氮、石油類、總磷、SS、總氮、TOC、BOD5八個指標均滿足外排水指標限值要求（限值見表4）。其中COD去除率在85.6%～93.9%之間，氨氮去除率超過99%，石油類去除率在85.3%～97.6%之間，總磷去除率在26.3%～60.0%之間，SS去除率在50.0%～92.4%之間，總氮去除率在89.3%～94.8%之間，TOC去除率在87.9%～89.3%之間，BOD5去除率在92.2%～93.5%之間。可見在CBR工藝的微生物分解轉化及活性碳吸附協同作用下，多數污染物去除效果穩定高效。

表4 原油處理廠污水排放執行標準 mg/L

3.2 微生物鏡檢結果

中試期間對生物膜進行生物相鏡檢，結果如圖10所示。專性生物膜生物相良好，存在大量的膜帶蟲、漫游蟲、游動鞭毛蟲、鐘形蟲、輪蟲、棘尾蟲、斜口蟲、吸管蟲、玉帶蟲等各類原、后生動物，種類豐富、數量龐大。專性生物膜生物相豐富，活性良好，為生化系統脫氮除磷、去除各類污染物，以及抵抗高氨氮、高鹽度等各類不良水質提供了充足的微生物保障。

圖10 中試系統活性污泥顯微鏡鏡檢情況

3.3 運行成本分析

試驗期間，中試裝置能耗、物耗情況如表5所示。統計結果表明，在不計入人工、維護和折舊成本的情況下，污水的平均處理費用約5.11元/m3，遠低于目前常用的生化＋深度氧化工藝運行費用。

表5 工藝運行成本核算

4 結論

中試裝置穩定運行，出水COD、氨氮、石油類、總磷、SS、總氮、TOC、BOD5八個指標均滿足外排水指標限值要求，其中COD、氨氮、石油類、總氮、TOC、BOD5去除率較高。可見在CBR工藝的微生物分解轉化及活性碳吸附協同作用下，多數指標均呈現出穩定高效的去除效果。

CBR工藝流程短，占地少，無需復雜設備投資和使用大量不同種類的藥劑，系統的操作彈性高，出水水質穩定達標，一次性投入成本和運行成本較低，污水的平均處理費用為5.11元/m3。

出水懸浮物濃度呈現一定波動，可考慮在末端增加砂濾裝置，以進一步降低懸浮物濃度。