活性污泥法处理含油污水工艺设计

山东化工职业学院毕业论文（2011年12月）-1-活性污泥法处理含油污水工艺设计摘要：含油废水属于较难处理的废水，水质复杂且产生量大，国内外众多学者都对此做了深入的研究，探索了一些处理方法。活性污泥法是生物处理中效率最高的处理方法，由于能确保良好的处理效果，是世界上广泛普及的处理方法。希望通过本次设计，能够得到处理含油废水行之有效的活性污泥工艺，为解决含油废水开拓新的研究课题。山东化工职业学院毕业论文（2011年12月）-2-1绪论1.1含油废水的定义含油废水是指：含有脂(脂肪酸、皂类、脂肪、蜡等)及各种油类(矿物油、动植物油)的废水。含油废水的特点是COD、BOD高，有一定的气味和色度、易燃、易氧化分解，一般比水轻、难溶于水，含油废水是一种量大面广且危害严重的工业废水。1.2含油废水来源、危害及分类含油废水的来源很广，如石油炼油厂废水、铁路机务段洗油罐废水、拆船厂的油货轮及油轮压舱废水、机械切削加工的乳化油废水以及餐饮业、食品加工业、洗车业排放的含油废水等。含油废水中的油类物质漂浮在水面，能阻止空气中氧在水中的溶解，致使水体中浮游生物因缺氧而死亡，也妨碍水生植物的光合作用，从而影响水体的自净作用，破坏水资源的利用价值。此外，水体表面的聚结油还有可能燃烧而产生安全问题。根据含油废水来源和油类在水中的存在形式不同，可分为浮油、分散油、乳化油和溶解油四类：(1)浮油，以连续相漂浮于水面，形成油膜或油层，其油滴粒径较大，一般大于100nm；(2)分散油，以微小油滴悬浮于水中，经静置一定时间后往往变成浮油，其油滴粒径为10～100um；(3)乳化油，水中含有表面活性剂使油成为稳定的乳化液，油滴粒径一般小于101xm，大部分为0.1～21um；(4)溶解油，是一种以化学方式溶解的微粒分散油，油粒直径比乳化油还要细，有时可小到几纳米。1.3处理方法1.3.1离心分离法离心分离法是使装有含油废水的容器高速旋转而形成离心场，因油水两相比重差的不同，油集中在中心部位，废水则集中在靠外侧的器壁上，最终达到油水分离的目的。水旋流分离技术的开发和应用始于20世纪80年代，首先在国外海山东化工职业学院毕业论文（2011年12月）-3-上油田得到了推广和应用，目前在世界各油田，如中东、非洲、西欧、美洲等地区的海上和陆地油田都有应用，是油水分离技术发展的标志。范永平等设计开发了BKD－1000新型三相离心机用于油田干化池含油废水中油的回收，工业试验结果取得了良好的效果。该法有体积小、质量轻、分离性能好、处理效率高、无易笋件、运行安全可靠等优点。缺点是高流速产生的紊流容易分散油剪碎，会对含油废水造成二次乳化；运行时，进出口必须保持较大的压差；对排液的控制要求和运行费用都较高。1.3.2粗粒化法利用油水两相对聚结材料亲和力的不同来进行分离。含油废水通过粗粒化材料时，其中细小的油滴聚结成较大的油粒，从而加大上浮速度，属二级处理。粗粒化式是将材料填充于粗粒化装置中，当废水通过时可以去除其中的分散油，该技术关键是粗粒化材料，材料的形状主要有纤维状和颗粒。常用的亲水性材料是在聚酰胺、聚乙烯醇、维尼纶等纤维引入酸基(磺酸基、磷酸基等)和盐类，亲油性材料主要有蜡状球，聚烯系或聚苯乙烯系球体或发泡体，聚氨酯发泡体等，有学者认为其接触角小于7为好。通过污水在粗粒化前后油珠粒径分布的变化来判定除油效果及工艺可行性，主要评价指标为油的去除率及出水含油量。粗粒化法的原理是利用油水两相对聚结材料亲和力的不同来进行分离，将材料填充于粗粒化装置中，当废水通过时可以去除其中的分散油，此法的技术关键是粗粒化材料，一般认为亲油耐油、水性能好的材料分离效果好。粗粒化法可以把5～10粒径以上的油珠完全分离，分离最佳效果可达1～2。在分离过程中，水中细微的油粒附着在粗粒化材料表面，形成油膜，油膜增到一定厚度，在动力及水力的冲击下，并拌之以风的搅动，比较大的油珠从粗粒化材料表面脱落下来，利用油水相对密度差，以重力分离法将油珠从水中分离出来，或用吸油机将油提取出来。黄盛蓉采用聚丙烯吸油毡作粗粒化层，用PWT－4型油水分离装置处理油库含油污水，处理后出水油含量10mg/L。粗粒化法除油的效果，与表面活性剂的存在和多少有关。微量活性剂的存在表明能抑制粗粒化床的效果，因而粗粒化法不适用于乳状含油废水的去除。粗粒化法无需外加化学试剂，无二次污染，设备占地面积小，基建费用较低。但用此法处理含油废水要求进口浓度较低，因此进入设备前的含油废水必须经预处理，否则出水油浓度较高(一般高于10mg/L)，常需再进行深度处理。山东化工职业学院毕业论文（2011年12月）-4-1.3.3过滤法利用颗粒介质滤床的截留及惯性碰撞、筛分、表面黏附、聚并等机理，去除水中油份，一般用于二级处理或深度处理。常见的颗粒介质滤料有石英砂、无烟煤、玻璃纤维、高分子聚合物等。经过滤处理后，能使油含量小于质量份数。对某机车厂含油废水先经隔油、混凝沉淀、再经过滤，出水各项指标均达排放标准，油去除率可达95％，完全可用于有关生产车间。过滤法设备简单、操作方便，投资费用低。但随运行时间的增加，压力降逐渐增大，需经常进行反冲洗，以保证正常运行。1.3.4膜分离法膜法是近20年来发展起来的一种新的分离技术，被称为是“21世纪的水处理技术”，主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透，均是利用液一液分散体系中的两相与固体膜表面亲和力的不同，达到分离目的。膜法主要用于截留废水中的乳化油和溶解油。乳化油基于油滴尺寸被膜阻止，而溶解油的被阻止则是基于膜的溶质和分子问的相互作用，膜的亲水性越强，阻止游离透过的能力越强，水通量越高。含油废水中油的存在状态是选择膜的首要依据膜技术的关键是膜和膜组件及与之相应的操作方式。常用的膜材料有乙酸纤维素系、乙烯系聚合物和共聚物、缩合中性膜材料(如聚砜等)、脂肪族和芳香族聚酰胺、聚亚酰胺等。近年来，无机陶瓷膜因其耐高温、耐酸碱、耐腐蚀、机械强度高、使用寿命长等优点，正得到越来越多的应用。膜组件可分为平板式和管式，按操作方式的不同又可分为死端操作和错流操作。该法的发展趋势是各种膜处理方法(如超滤与微滤的结合)或与其他方法(如电化学法)的相互结合；另外复合膜的研究也取得了一定的进展。王农村等采用改性的PVC合金超滤膜法对油田采出水进行深度处理，其处理出水水质达到榆树林油田特低渗透油层要求的回注水水质指标。周健儿等以硫酸钛、尿素为主要原料，采用均相沉淀法对α－Al2O3微滤复合膜进行了纳米TiO2涂覆改性，着重考察了其影响因素，通过实验证明了改性后的复合膜水通量提高了19%以上。1.3.5浮选法优浮选法又称气浮法，是国内外正在深入研究与不断推广的一种水处理技术。该法是将空气或其他气体以微小气泡的形式注入水中，使气泡与水中细小悬浮油珠及固体颗粒粘附，随气泡一起上浮至水面形成浮渣(含油泡沫层)，然后将油撇山东化工职业学院毕业论文（2011年12月）-5-去，对于去除乳化油有特殊功效。根据水中形成气泡的方式和气泡大小的差异，浮选法可分为溶气浮选法、诱导浮选法、电解浮选法和化学浮选法。应用于含油废水处理较多的是加压溶气浮选法、叶轮浮选法、射流浮选法、混凝沉淀一气浮法等。影响浮选分离效率的主要因素有：污水流速、进气速度、气泡大小及分散程度等。加入浮选剂可使浮选法的效率大大提高。浮选剂一方面具有破乳和起泡的作用；另一方面还有吸附架桥的作用，可以使胶体颗粒聚集随气泡一起上浮。该法的点是效果好、工艺成熟；缺点是占地面积大、药剂用量大、产生浮渣。1.3.6吸附法吸附法是利用多孔固体吸附剂对含油废水中的溶解油及其它溶解性有机物进行表面吸附。常用的吸附剂有活性炭、活性炭不仅对油有很好的吸附性能，而且能同时有效地吸附废水中的其它有机物，但吸附容量有限(对油一般为30～80mg/g)，且成本高，再生困难，限制了它的应用。经吸附法处理后出水油含量可在5mg/L以下，因此吸附法一般只用于含油废水的深度处理。徐根良等对拆船厂含油废水进行处理，出水油含量在5mg/L以下，多数在lmg/L以下。所用吸附剂为改性膨润土、磺化煤、废旧活性炭、碎焦炭、有机纤维等易得原料1.3.7凝聚法凝聚法是向废水中投加一定比例的絮凝剂，在废水中生成亲油性的絮状物，使微水油滴吸附于其上，然后用沉降或气浮的方法将油分去除。常用的有硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁、聚合氯化铝、聚合氯化铝等无机絮凝剂和聚丙烯酰胺、丙烯酰胺等有机絮凝剂，不同絮凝剂的pH值使用范围不同。此法投药量大，排渣量大，适用于处理废水量很大，而含油量较少，浓度一般在质量份数1.0×10-4以下的乳物油或其它细小悬浮物。1.3.8盐析法盐析法是向废水中投加无机盐类电解质。电解质对油珠扩散层的阳离子全部被赶到了吸附层中，导致双电层破坏，油珠则变成中性，油珠间吸引力恢复而相互聚并，从而达到破乳目的。常用的电解质是钙、镁、铝的盐类，它既可中和电荷，又可转换表面活性剂的金属皂，使处理效果提高。盐析法投盐量一般在l％～5％之间，经盐析法处理后，出水油的含量一般大于10mg/L。但该法聚析速度慢，沉降分离时间长，设备占地面积大，而且对由表面活性剂稳定的含油乳状液的处山东化工职业学院毕业论文（2011年12月）-6-理效果不好。1.3.9电解法电解法包括电解凝聚吸附法和电解浮上法。电解凝聚吸附是利用溶解性电极电解乳化油废水。从溶解性阳极(Fe或A1)溶解出金属离子，金属离子发生水解作用生成氢氧化物吸附、凝聚乳化油和溶解油，然后沉降除去油分。此法主要适用用于机加工工业中冷却润滑液在化学絮凝后的二级处理。电解凝聚吸附法具有占地面积小、操作简单、处理效果好、浮渣量相对较少等优点，但它存在阳极金属消耗量大、需大量盐类作辅助药剂、耗电量高、运行费用较高等缺点，此外，对存在的阳极钝化问题虽研究较多，但仍未根本解决。1.3.10活性污泥法活性污泥法就是以废水中含有的有机污染物为培养基，在有溶解氧的条件下，连续地培养活性污泥，再利用共吸附凝聚和氧化分解作用净化废水中有机污染物。普通活性污泥法处理系统由四部分组成：曝气系统、二沉池、污泥回流系统、剩余污泥排放系统。以BOD表示流入水中所含的有机物，除一部分随处理水流出外，大部分被微生物体去除。通过内源呼吸不能氧化的细胞物质成为剩余污泥。在内源呼吸中既利用细菌，即能够直接摄取有机物的微生物，又利用包括原生动物等微型动物的捕食作用。有机物只用细菌等腐生营养性的微生物就能去除，但是，为了达到处理目标，原生动物等动物性营养的微生物捕食作用的存在是不可缺少的。即所谓有机物一细菌一原生动物一微小后生动物的食物链存在是必要的。由于食物链越长能量消耗的比例就越大，其系统中存在的生物量也就越少。为了减轻活性污泥法剩余污泥的处理和处置的负担，能尽量减少剩余污泥发生量的操作一直是人们所期望的。以细菌为食物的纤毛虫类的收率约为0.5％，如果纤毛虫类在活性污泥中增殖，意味着发生的生物量以此相应的减少。1.4本设计的目的和意义通过本次设计，了解处理含油废水的工艺方法，掌握活性污泥法处理含油废水的工艺流程。通过对主要处理构筑物（中格栅、污泥提升泵房、细格栅、沉沙池、曝气池、三沟式氧化沟、二沉池等）的设计计算，得到合适的构筑物尺寸。同时对各种建设费用如各构筑物基建费用、污水处理费用以及员工的福利待遇做初步概算。含油废水属于较难处理的废水，水质复杂且产生量大，国内外众多学者都对山东化工职业学院毕业论文（2011年12月）-7-此做了深入的研究，探索了一些处理方法。活性污泥法是生物处理中效率最高的处理方法，由于能确保良好的处理效果，是世界上广泛普及的处理方法。希望通过本次设计，能够得到处理含油废水行之有效的活性污泥工艺，为解决含油废水开拓新的研究课题。山东化工职业学院毕业论文（2011年12月）-8-2工艺的选择及确定2.1活性污泥法的产生及发展活性污泥法是生物处理中效率最高的处理方法，由于能确保良好的处理水，是世界上广泛普及的处理方法。1880年英国和美国虽已经进行了把空气吹人污水中进行净化的实验，但是，当时活性污泥法还没有开发。英国的Ander