含油廢水處理方法的研究現狀及展望

徐昆鵬

（上海茸一檢測技術有限公司，上海 201600）

0 引言

含油廢水是工業排放廢水的主要成分之一。大量含油廢水是由食品和飲料產生的，但從脂肪、碳氫化合物和柴油、汽油和煤油等石油餾分來看，溶于水中的大部分來自石化和金屬加工行業。這些成分以水包油乳劑的形式存在[1]。含油廢水對人體健康具有致癌性和誘變性，對植物生長也有抑制作用。含油污水排放不經適當處理，會增加水體的生物需氧量和化學需氧量，在水面形成一層減少陽光對水體的滲透膜，從而破壞水生生態系統[2]。因此，處理含油廢水對減少其對環境和人類的影響至關重要，從含油廢水中回收油也具有經濟效益[3]。2018年以來的三年里，在污水處理方面取得了許多技術進步。取得這些成就的主要原因是多學科的方法，材料科學的進步，特別是納米材料和技術集成。在本文中，詳細討論了2018年以來利用常規技術所做的工作和現代技術的進步，將有助于研究人員和行業發現含油廢水處理系統實際應用的差距，并引導他們努力朝著正確的方向發展，以獲得更好的處理效果[4-7]。

1 傳統的含油廢水凈化方法

1.1 物理法

含油廢水凈化的物理方法可分為重力分離法(GS)和溶解氣浮法(DAF)。GS系統是基于油和水之間的密度差。油水之間需要有很大的密度差才能實現良好的分離。目前，GS作為分散浮油的一級分離工藝，不適用于乳化油的分離[8]。在20世紀90年代，人們開展了許多研究來評估重力分離器在漏油事故中的有效性，這些研究集中在風化作用對漏油事故的效率上。GS是一個非常簡單的系統，但它有很多缺點，如分離能力有限，需要大面積的設置，管理和操作復雜等[9-10]。DAF的原理是在一個開放的盆的底部引入有壓力的空氣，當氣泡上升到盆的頂部時，會帶來污染物。傳統的DAF產生的微氣泡大小從20～100 μm不等。微氣泡附著在油滴上，增加了油滴的浮力，使油滴向上移動。在DAF過程中，廢水中空氣的壓力和飽和度是兩個重要的監測參數。為了產生微氣泡并浮到系統表面，必須將壓力降低到含有過量溶解氣體的大氣條件下[11]。

1.2 化學法

絮凝技術是目前用于含油廢水清洗的常用化學方法。絮凝法是在廢水中加入絮凝劑，中和油懸浮液或乳化液的負電荷，將顆粒橋接在一起形成絮凝體[12]。該方法在處理棕櫚油含油廢水中得到了廣泛的應用。該方法的效果在很大程度上取決于絮凝劑的種類和投加量、油的初始濃度以及廢水的溫度和pH。與膜過濾、DAF和生物技術等方法相比，絮凝法操作簡單，資金和運行成本較低。然而，該方法的主要缺點與絮凝劑有關[13]。硫酸鋁、聚合硫酸亞鐵、聚合氯化鋁等無機絮凝劑價格便宜、使用方便，但絮凝效果較差。使用無機絮凝劑時，需要調整pH值。聚丙烯酰胺等有機高分子絮凝劑在較低的投加量下具有較高的絮凝能力，在各種pH范圍內均可使用，但由于其不能生物降解[14]，對健康和環境具有危害。

1.3 機械法

在機械方法中，使用機械聚結劑(MC)。在MC中，小油滴在聚結器中碰撞并粘附其他物質。形成更大的液滴，由于密度差異，這些液滴可以通過浮力分離[15]。采用MC法對乳化油進行機械分離是有效的，尤其是油滴粒徑小于10 m時。由于空間的限制，海上經常采用MC處理含油廢水。聚結劑的結構緊湊，使用周期長，能有效分離液-液相，并且需要的額外化學物質最少[16]。常見的聚結劑有板式聚結劑、填料聚結劑、聚結過濾分離器和纖維聚結劑。Lu等人在工作中報道了一種新型纖維聚結劑。該聚結劑在停留時間為1 h的條件下，可將海上采出水含油量從1 200 mg/L降至25 mg/L[17]。平板聚結器和填料聚結器用于分離液滴尺寸大于20 μm的乳化油，而過濾分離器和纖維聚結器用于液滴尺寸小于10 μm的乳化油。

2 含油廢水清洗的現代技術

2.1 生物處理法

普通生物處理法可分為好氧和厭氧處理系統。厭氧系統由于消除了曝氣過程，需要更少的能量，可以將有機污染物轉化為甲烷氣體，需要更少的營養物質，產生更少的污泥[18]。該過程還可以產生有價值的副產品，如可生物降解塑料。好氧生物處理法因其生物降解動力學加速特性，被用于處理高溫、高污染物濃度的廢水。然而，在這樣的生物處理系統中，微生物細胞會受到有毒化學物質和高鹽度廢水的影響，從而降低系統的整體效率。為了解決這一問題，人們探索了好氧造粒技術及其在好氧顆粒活性污泥反應器中的應用。好氧顆粒活性污泥反應器由于微生物多樣性、顆粒結構緊湊、沉降性好、良好的生物量保留率和對有毒污染物的穩定性，在含油廢水處理中更加穩定。這些好氧顆粒具有更小的反應器體積要求，更低的投資成本和瞬時去除養分的能力。好氧造粒技術可以用來處理乳品工業廢水、地溝污水和釀酒廠廢水。

2.2 超臨界水技術

超臨界水氧化(SCWO)和超臨界水氣化(SCWG)用于處理含油污泥等稠油含油廢水，是一種替代焚燒的技術。SCWO技術利用超過其熱力學臨界點(374 ℃, 22.1 MPa)的水作為反應介質，在很短的時間內通過加速氧化過程將碳氫化合物轉化為水、分子氮和二氧化碳。氯、磷和硫等副產品經堿中和后轉化為相應的無機酸或鹽。液體和氣體產品可以排放到環境中，而不需要任何后處理。SCWG利用超臨界水溶解廢水中有機生物質組分的能力和分解聚合物生物質結構的能力。其主要優點是能夠通過含油廢水的氣化產生能量。

2.3 微量電解法

微電解用于處理高濃度含油廢水，該廢水中還含有大量的有機聚合物、鹽和化學清洗劑，例如預電鍍廢水、酸性礦山排水和雨水。微電解是將氧化還原、電化學、物理吸附、絮凝等功能結合在一起的一個過程。該方法可實現脫色、改善絮凝、難降解有機氧化和提高生物降解性等處理工藝。

2.4 膜分離技術

近十年來，由于膜分離技術（MST）能夠去除廢水中的大部分化學物質和無機及有機化合物。與其他傳統方法相比，MST需要更小的土地面積。MST可實現有效、選擇性和一致性的污染物分離。MST還具有良好的生產率、穩定性、低故障率和使用經濟性。目前，聚合物和陶瓷膜被廣泛研究用于含油廢水的過濾中。MST可以根據分離的驅動力分為三類：壓力驅動，滲透驅動和熱驅動。在這三種驅動力中，壓力驅動是含油廢水處理中最常用的一種。壓力驅動膜可以進一步分為反滲透(RO)、納濾(NF)、超濾(UF)和微濾(MF)。微濾和超濾工藝處理含油廢水已有報道，超濾是一種低壓操作，所需資金和運行成本低，是首選的技術。

3 含油廢水處理的未來機遇

含油廢水處理技術仍然是能源密集型、不穩定的，需要較高的運行和安裝成本，并沒有產生預期的產量。應用先進技術、納米技術和系統集成是高效、經濟地處理含油廢水的必要條件。本部分重點討論了各含油廢水處理系統的未來發展方向。（1）為了解決納米材料在聚合物涂料中分散性差等問題，需要引入新的方法制備聚合物涂料，如在乳液/乳液基體系中復合。（2）氧化石墨烯等含氧官能團的納米填料很容易分散在乳液體系中。（3）聚合物膜的制備采用耐高溫聚合物，可煅燒回收。（4）在轉入生物處理之前，應更加注重系統的整合，通過其他處理方法降低有毒化學物質和鹽度。（5）探索微生物在生物處理系統中暴露于化學沖擊和熱沖擊時的穩定性。

4 結語

文章闡述了2018年至今含油廢水處理的最新進展。在此期間，可以觀察到綜合各種技術來提高含油廢水處理系統的性能、可靠性、消除二次廢物或污染以及降低運行成本。與以往相比，更多的研究工作集中在系統的實地運行參數上。在此期間，與含油廢水清洗系統相關的材料科學取得了進展，如膜材料和絮凝劑的廣泛發展。通過這些材料的改性，實現優越的清潔性能和更高的清潔效率。然而還需要進行更多的研究來了解這些整合的化學、物理和經濟方面。