多级精细过滤在含油废水中的应用研究.pdf

中国新技术新产品2024 NO.3（下）-120-生 态 与 环 境 工 程过滤作为给水工艺中最重要的环节，在市政给水处理中广泛应用1，推广效果很好。对更难处理的工业废水来说，常规过滤的表现不尽理想，尤其是含油废水2。本文以含油废水为例，对多级精细过滤处理进行研究。1 多级精细过滤原理含油废水与常规废水最大特点是油田废水密度小，多级精细采用粗粒化方法，利用油、水两相对聚结材料亲合力相差悬殊的特性，当含油废水通过填充着聚结材料的床层时，油粒被材料捕获滞留在材料表面和孔隙内。随着捕获油粒的增加，油粒间会产生变形，合并聚结成较大的油粒，以此对油进行去除。在一体化过滤装置中，杂质在滤料的理论分布与实践存在一定的偏差，尤其是下向流过滤中，经过反冲洗后的过滤装置，很容易造成滤料倒置，粒径从下至上逐渐变大。因此产生了“反粒度过滤”的概念，滤水从底部的粗滤料进入，穿透粗滤料滤层后进入上层的细滤料流出，虽然有效解决了下向流空隙的浪费问题，但是容易造成滤料流失。多级过滤方法 是由多个均质过滤柱组成，可以解决在一体化过滤装置中滤料流失的问题，整个过滤单元分为 23 个过滤柱，每个过滤柱的滤料为均质滤料，不均匀系数 K80 1.3。通过多级过滤设置，既可以满足反粒度过滤的要求，又可以采用粗粒化去除含油废水，降低混凝药剂的投加量，从而降低成本。2 过滤试验2.1 配置10-50NTU 浊度液配制 400NTU 福尔马肼标准液，准确称取 1.0g 硫酸肼和10.0g 六次甲基四胺粉末分别溶于蒸馏水中，溶液混匀后，稀释至 100mL 容量瓶，在恒温箱静置 24h 后稀释至 400NTU。根据需要将溶液稀释至目标溶液。2.2 过滤柱过滤柱采用两根高 1.5m，直径 100mm 的圆柱形有机玻璃过滤柱。承托层铺设 200mm 鹅卵石，承托层底部以有机玻璃穿孔板阻隔，方便均匀配水。滤料为 1.21.6mm 粒径滤球，一级过滤滤料 1.6mm，二级过滤 1.2mm，K80 均为 1.3，铺设厚度为 700mm。2.3 过滤通过旁通管出水控制均匀滤速，保持在 10m/h。每 5min或者 2min 取样测量出水浊度，并绘制浊度变化曲线，当出水浊度趋于进水浊度时，滤料吸附拦截将近饱和，停止过滤，选取该时刻点为过滤时间。配制 30NTU 浊度水过滤，按照不同时间点取样测量浊度，并绘制曲线如图 1 所示。当过滤 30min时，出水浊度趋于稳定，选取 30min 作为过滤时间。2.4 对比试验设计对比试验，按照上述条件在滤料 1.6mm 情况下进行一级过滤和二级过滤对比试验。一级过滤，进水浊度 18.2NTU，数据见表 1。二级过滤，进水浊度 13.9NTU，数据见表 2。表 1 一级过滤出水浊度时间（min）浊度（NTU）511.51013.21512.22014.02212.42412.82614.52812.63014.3表 2 二级过滤出水浊度时间（min）浊度（NTU）58.34108.10157.88208.34227.23247.28266.97286.293028.2（最后底部水）当进水浊度（18.2NTU）较高时，一级过滤效果欠佳，去除率仅为 25%。当进水浊度（13.9NTU）较低时，第二级过滤效果去除率为 50%，经两级过滤后，水中浊度可降至 7 以下，去除率高于 60%。3 试验模型3.1 SS 与浊度对配置浊度溶液水，使用浊度仪测定浊度，按照水质悬浮物的测定（GB 1190189）水质悬浮物的测定方法测定SS，试验结果见表 3。通过模拟计算得到公式（1）。Y=1.5588X-0.6834 （1）式中：Y 为固体悬浮物浓度，mg/L；X 为浊度，NTU。将 Y=1、Y=2、Y=3 带入公式（1）中，得到 X=1.08、X=1.72、X=2.36。3.2 亚硫酸钠与含氧量对二级出水进行亚硫酸钠滴定试验。亚硫酸钠溶液的配多级精细过滤在含油废水中的应用研究李剑杜跃鹏李子靖左晓明（北京汇天运维技术服务有限责任公司，北京 102400）摘 要：与混凝、气浮等常规方法相比，采用粗粒化处理方法处理含油废水有运行成本低、操作简易等优点，但目前研究仍存在滤料上浮流失、运行不稳定等问题。本文通过多级精细过滤试验，结合实际应用的技术项目，验证了多级精细过滤利用粗粒化方法处理含油废水，可减少药耗，并通过反粒度过滤方式解决了粗粒化滤料膨胀产生的问题，处理效果较好。关键词：多级精细过滤；含油废水；反冲洗中图分类号：X703 文献标志码：A 中国新技术新产品2024 NO.3（下）-121-生 态 与 环 境 工 程置溶度为 0.109g/mL，对 200mL 水样进行滴定。通过软件模拟，得到亚硫酸钠使用量与水样含量的关系，见表 4。亚硫酸钠使用量的计算过程如公式（2）所示。A=-21.834B+3.7541 （2）式中：A 为亚硫酸钠使用量，kg，B 为含氧量，mg/L，其中B 5mg/L。3.3 试验结果使用公式（1）对试验出水水质进行判断。表 4 含氧量试验数据含氧量（mg/L）水温（）亚硫酸钠投加量（mL）每吨水亚硫酸钠用量（kg）3.8930000.1129.82.51.36250.1029.831.6350.0829.83.51.90750.0729.842.180.0629.84.52.45250.0529.852.725通过两种方法统计药用量，记录进水总量和试验结束后使用的药量，计算吨水处理用药量。在试验过程中，取某段时间药用量，采用实时监控，同时可以观察投药过程是否稳定。对统计到两组数据求平均得到药用量，见表 5。4 滤料与油的黏附性4.1 试验过程及条件从调节池直接取未加药的原水过滤，使用试验制备的小型过滤装置5，原水的信息：浊度 34.4NTU，含油量 10.980mg/L。滤料：1.251.6mm，厚度为 730mm。承托层：420mm（石子），厚度 190mm。滤速：25m/h。4.2 试验数据及结果将所有过滤水收集到一个水桶中，浊度为 25NTU，含油量为 4.6869mg/L。本次试验过滤速度较快，如果原水补充不及时，就会出现断流现象。查看滤料发现经过本次试验后，滤料没有出现板结现象，取出滤料用水冲洗，发现滤料上的油污能被冲洗掉，试验数据见表 6。表 6 试验数据样品编号浊度（NTU）30min14.760min18.090min25.5120min19.64.3 试验结论当过滤柱前端状态控制良好，滤速为 32m/h 时，一级出水可以满足 A3 标准，二级出水可以满足 A2 标准。根据实际含氧量需要，按照公式（2）调整亚硫酸钠的投加量，对水中的含氧量进行消解。考虑经济和使用效果确定最佳的投药方案：PAC 为46.095g/t，PAM 为 1.962g/t，CaO 为 64.479g/t。本次试验用的滤料亲油性能差，可以长期使用不用担心板结，采用气水反冲洗或脉冲反冲洗可有效防止板结。5 技术参数在含油废水中，与一般过滤方式相比，多级精细过滤方式采用两个独立的过滤器，上层铺设改性陶瓷滤料，铺设厚度为700mm，承托层铺设 200mm 鹅卵石。一级过滤陶瓷滤料滤径为 1.6mm，二级过滤陶瓷滤料滤径为 1.2mm，K80 均为 1.3。当过滤滤速为 10m/h20m/h 时，出水指标满足 A1 标准，但是药剂成本较高。当滤速为 32m/h 时，一级出水可以满足 A3标准，二级出水可以满足 A2 标准。当滤速为 25m/h 时，出水指标和药剂成本达到最佳平衡值。因此一级过滤滤速为32m/h，二级滤速为 25m/h。当采用较高反冲洗强度 16L/（s）时，初始反冲洗出水浊度最高，反冲洗出水趋于平稳的用时最短，反冲洗效率为最高，其滤料膨胀率达到 50%60%。当反冲洗强度为 8L/（m2s）时，初始反冲洗出水浊度最低，滤料并没有完全清洗彻底，膨胀率仅为 10%，反冲洗强度不足以使整个滤料呈流化态，反冲洗效率较低。反冲洗强度 12L/（s）时，滤料膨胀率为30%，清洗效果适中。采用多级均质滤料，不存在滤层结构扰动干扰，因此采用 16L/（s）的反冲洗强度。针对含油废水粗粒化处理方法，选用传统的膜处理与活性炭吸附等方式尽管处理效果好，但是成本较高，材料重生困难，而传统的石英砂、无烟煤等滤料在含油废水中的应用效果较差。陶粒滤料选用陶土添加成孔剂、黏溶剂，经球磨、筛分、成型、煅烧而成，具有表面坚硬，内部多微孔，比表面积大，空隙率高、疏油性等特点。用于含油废水处理，具有截污能力强、过滤周期长、过滤水头损失小、反冲洗耗水量低等特点，因此采用陶瓷滤料。6 技术应用6.1 基本情况以山东某集团大豆油废水为例3，其中蛋白废水 5000m/d，pH 约为 4，COD 为 18000mg/L。含油 29.2mg/L，SS 为 4000mg/L图 1 过滤出水曲线1412108642001020305152535时间（min）浊度（NTU）表 3 浊度与 SS 对应数据浊度（NTU）SS（mg/L）0.378-0.906.898.874.98.272.916.465.5710.574.564.804.536.400.313-0.105.18.104.547.204.535.004.564.504.547.404.534.601.993.00中国新技术新产品2024 NO.3（下）-122-生 态 与 环 境 工 程6000mg/L，NH4+-N 为 100mg/L。果糖废水 2500m/d，pH 为113，COD 为 1500mg/L3000mg/L，BOD/COD 为 0.7。玉米淀粉 1500m/d，COD 为 7000mg/L9000mg/L，SO42-为 100mg/L。6.2 处理工艺大豆油废水经过前段气浮处理后采用多级过滤工艺如图3 所示。首先，根据加药后的液体颜色变化决定混凝剂投加药量4，采用回转式气浮装置对悬浮物进行初步去除，去除效率为 50%，出水 SS 约为 2000mg/L。其次，进入多级过滤装置，采用 1.6mm 和 1.2mm 滤料过滤装置，最后，出水 COD 为150mg/L200mg/L，含油低于 1mg/L。6.3 工艺特点该粗粒化装置采用以疏油性的陶瓷滤料作为粗粒化材料6，在含油废水分散油珠粗粒化并连续出水的同时可同步清洗滤料。废水中的细小分散油珠主要通过碰撞聚结作用，相互接触聚结成较大的油珠，浮力大于重力后，油滴从填料中脱离，浮上水面后被去除。在运行过程中，采用连续进水的方式，当装置中的浮油层累计足够厚时，打开浮油管的阀门，将浮油排出，净化后的出水从出水管流出，进入下一个装置。随着运行时间的增加，聚结材料表面会沉积油泥或其他悬浮颗粒。反冲洗进水管位于滤床中心，当反冲洗时，开启冲洗水泵，将高位水箱内的清水泵入罐体底部，进行反洗，反洗进水管出来的高压水在进水管和提升管间形成了负压区，使提升管底部的滤料被压入提升管中，而提升管外侧的填料则沿斜面不断地滑到提升管底部，随高压水进入提升管，进入提升管内的填料在管内剧烈地碰撞摩擦，将颗粒表面黏附的杂质去掉，随后填料经伞形滑落到填料层顶，使填料层得到更新，从而做到内循环反冲洗。多级精细过滤装置的特点是多级滤床分别设置，可根据出水水质要求调节各级的滤床面积或者改变过滤级数，当材料表面被油膜包住，过滤水头不断增加，当增至一定值后，开始反冲洗，在反冲洗水的冲力与浮力下，油膜脱离滤料最终与反冲洗水一同排出装置。经过多级精细过滤装置的处理，不仅可以进一步去除废水中的油珠，还可以去除一部分极难处理的溶解油，出水含油量可低至约 2mg/L，甚至接近 1mg/L。目前需要两种滤料，一种是平均粒径为 4mm 的陶瓷滤料，抗压强度为 20MPa25MPa，滤料表面粗糙，拟用作污水处理时生物污泥挂膜的载体。另一种是平均粒径为0.61.0mm的陶瓷滤料，抗压强度为 50MPa，滤料表面较光滑。对该滤料表面进行改性，第一段工艺为粗粒化，装置中为疏油性的滤料，进水含油量控制在 20mg/L 以下，当含油污水流经时，粗粒化材料是疏油的。第二段工艺为精细过滤，装置中为亲油性滤料，分散油珠润湿附着在滤料表面，随反冲洗水一同脱离滤料，同时滤料重生。7 结论采用多级精细过滤利用粗粒化方法对含油废水进行处理，可降低药耗，并采用反粒度过滤方式解决粗粒化滤料膨胀产生的问题，通过试验和实际应用验证了其可行性。多级精细过滤装置的特点在于分别设置，可根据出水水质要求调节各级的滤床面积或者改变过滤级数，利用过滤材料的亲疏水性分离油水。滤料对粗粒化精细过滤有较大影响，本次试验用的滤料亲油性能差，可以长期使用不用担心板结，采用气水反冲洗或脉冲反冲洗可有效防止板结。内置滤料采用陶瓷滤料，滤料表面形成有大量可吸附物质的孔洞，通过增加比表面积，以提高滤料的吸附能力。装置结构紧凑巧妙，多级过滤集于一个罐体中，占地小且可根据出水效果改变级数。对比含油废水过滤的反冲洗与天然浊度废水过的反冲洗，含油废水更难处理。因此处理含油废水不仅应考虑过滤效果，还应结合反冲洗效果。参考文献1 陈春茂，李敏，阎光绪，等.高浓度超稠油乳化废水预处理工艺与实践 J.工业水处理，2008（1）：3-6.2 贾学军.高黏度稠油开采方法的现状与研究进展 J.石油天然气学报，2008（2）：11-16.3 于连东.世界稠油资源的分布及其开采技术的现状与展望 J.特种油气藏，2001（2）：2-5.4 王培荣.非烃地球化学和应用 M.北京：石油工业出版社，2002.5 何良菊，李培杰，魏德洲，等.石油烃微生物降解的营养平衡及降解机理 J.环境科学，2004（1）：5-9.6 谢磊，胡勇有，仲海涛.含油废水处理技术进展 J.工业水处理.2003（7）：6-10.表 5 试验结论过滤速度滤料厚度滤料用量药用费用二级出水满足标准标准值10m/h（3m3/h）1.251.6mm0.198m30.663元/m3A1悬浮固体含量1.0mg/L；含油量5.0mg/L；悬浮物颗粒直径中值1m0.60.8mm0.141m315m/h（4.2m3/h）1.252.0mm0.198m30.27元/m3A10.60.8mm20m/h（5.6m3/h）1.252.0mm0.198m3A10.60.8mm25m/h（7m3/h）1.252.0mm0.198m30.14元/m3A3悬浮固体含量3.0mg/L；含油量8.0mg/L；悬浮物颗粒直径中值2m0.60.8mm30m/h（8.5m3/h）1.252.0mm0.198m30.171元/m3A2悬浮固体含量2.0mg/L；含油量6.0mg/L；悬浮物颗粒直径中值1.5m0.60.8mm32m/h（9m3/h）1.252.0mm0.198m30.159元/m3A3悬浮固体含量3.0mg/L；含油量8.0mg/L；悬浮物颗粒直径中值2m图 2 废水处理工艺