籍國(guó)東，孫鐵珩，郭書(shū)海，馬學(xué)軍，李陪軍
(中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧沈陽(yáng) 110016)

　　摘　要：介紹了復(fù)合人工濕地塘床系統(tǒng)在遼河油田特稠油采出水處理中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用情況，經(jīng)該系統(tǒng)處理后，特稠油采出水可以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。?
　　關(guān)鍵詞：特稠油采出水；人工濕地；穩(wěn)定塘
　　中圖分類(lèi)號(hào)：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)05-0062-03

　　油田采出水中的主要污染物是石油開(kāi)采過(guò)程中投加的高分子聚合物、表面活性劑、無(wú)機(jī)鹽，以及油水分離后剩余的原油，對(duì)這種廢水通常采用隔油、浮選、過(guò)濾等物理化學(xué)方法處理后回注地下或通過(guò)二級(jí)生化處理達(dá)標(biāo)后排放，但是對(duì)于特稠油乳化段廢水，由于水包油、氮磷含量低、且含有大量難生物降解的人工合成有機(jī)高分子化合物和膠質(zhì)瀝青，使得普通活性污泥工藝難以實(shí)現(xiàn)對(duì)COD的有效降解。廢水土地處理系統(tǒng)，與普通活性污泥工藝相比，由于其系統(tǒng)的復(fù)雜性，可通過(guò)氣/水、水/土界面的交換作用不斷與自然環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換，獲得植物和微生物代謝作用必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。由于植物根區(qū)強(qiáng)大的輸氧功能為微生物提供了良好的生存環(huán)境，使得系統(tǒng)中微生物的種群結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜(好氧微生物、兼性微生物和厭氧微生物同時(shí)共存)，可以有效凈化可生化性差、營(yíng)養(yǎng)源匱乏的工業(yè)廢水。通過(guò)將其與其他處理方法的合理組合即復(fù)合人工濕地塘床系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特稠油采出水的處理。

1 　人工濕地塘床系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 水質(zhì)和水量
　　遼河石油勘探局特油公司一號(hào)集中處理站處理原油量為(5～10)×10⁵t/a，特稠油采出水量為500～1500m³/d，據(jù)此確定設(shè)計(jì)流量為800m³/d。這種采出水的含油量和COD分別高達(dá)10000mg/L和30000mg/L，氮、磷和BOD₅含量非常低，BOD₅∶COD僅為0.018～0.088，可生化性極差(見(jiàn)表1)。?

表1 廢水水質(zhì) 水質(zhì)指標(biāo) 進(jìn)水 隔油/浮選出水 pH 6～8 6～8 COD(mg/L) ≤30000 560 石油類(lèi)(mg/L) ≤10 000 24 BOD₅(mg/L) 150 35 TN(mg/L) 　 6.5 TP(mg/L) 　 0.5

1.2 工藝流程
　　預(yù)處理采用有效的隔油、浮選單元，從而保證了后處理單元對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求；生物后處理單元選用一次性基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用均較低的兼性穩(wěn)定塘，增加了厭氧塘和濕地處理單元；為提高自然處理系統(tǒng)的凈化效率，按照廢水的性質(zhì)、處理目標(biāo)和場(chǎng)地條件進(jìn)行了單元系統(tǒng)的優(yōu)化組合，工藝流程見(jiàn)圖1。?

1.3 處理構(gòu)筑物
　　① 隔油池
　　由于廢水含油量高且特稠油的體積質(zhì)量與水接近，因此污染物沉降速度非常小、分離難度大。在不投加混凝藥劑的情況下，若完全依靠重力分離，只有通過(guò)延長(zhǎng)水力停留時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，但停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)勢(shì)必大大增加隔油池的占地面積和基建投資；若水力停留時(shí)間減少，不僅需要增加絮凝氣浮的去除負(fù)荷，使浮選藥劑投量增大，也會(huì)增大后續(xù)處理的難度，并且運(yùn)行費(fèi)用提高，浮渣量增多，同時(shí)將減少原油的回收量，降低廢水處理的經(jīng)濟(jì)效益，因此按常規(guī)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的普通隔油池?zé)o法實(shí)現(xiàn)分離功能，也無(wú)法通過(guò)氣浮處理去除殘油和COD，但通過(guò)合理延長(zhǎng)水力停留時(shí)間來(lái)保證隔油池的出水水質(zhì)和滿(mǎn)足氣浮段的進(jìn)水要求是可行的。?
　　設(shè)平流隔油池2座，采用鏈條式刮油機(jī)刮油，并將浮油推向池末端，而在池的底部可起到刮泥的作用(將下沉的油泥刮向池的進(jìn)口端污泥斗)。
　　主要技術(shù)參數(shù)：?
　　平均流量為10000m³/d，表面負(fù)荷為0.82m³/(m²·h)，水力停留時(shí)間為24h。?
　?、?調(diào)節(jié)池?
　　設(shè)調(diào)節(jié)池1座，承接隔油池出水。?
　　主要技術(shù)參數(shù)：?
　　有效長(zhǎng)度為15m，有效寬度為14.6m，有效水深為1.5m，有效容積為386.4m3，池底設(shè)100mm蒸氣管。?
　?、?氣浮單元和砂濾池?
　　調(diào)節(jié)池出水的含油量和懸浮物濃度仍然很高，為了去除這部分物質(zhì)采用由兩臺(tái)處理量為50m³/h的壓力浮選機(jī)串聯(lián)組成的二級(jí)氣浮工藝。氣浮所用浮選劑選用以聚合氯化鋁為基質(zhì)的陰離子絮凝劑和陽(yáng)離子PAM助凝劑。一級(jí)氣浮中投加較高濃度的陰離子絮凝劑和少量陽(yáng)離子助凝劑，以大量削減殘余的油和懸浮物量。二級(jí)氣浮的藥劑投量降低，并將陽(yáng)離子助凝劑控制在不影響后續(xù)生物處理的范圍內(nèi)。設(shè)5座砂濾池，均采用夾層式結(jié)構(gòu)，中間放石英砂，廢水通過(guò)鋼筋混凝土穿孔墻進(jìn)入砂濾池。?
　　砂濾池主要技術(shù)參數(shù)：有效水深為2m，池底設(shè)100mm蒸氣管，設(shè)計(jì)過(guò)水?dāng)嗝鏋?60.8m²，設(shè)計(jì)濾速為0.12m/h，設(shè)計(jì)反沖洗強(qiáng)度為14L/(m2·s)。?
　?、?厭氧塘?
　　厭氧塘的引入主要是改變廢水的COD組成，使其可生化性增強(qiáng)，為下一階段的處理創(chuàng)造有利條件。設(shè)厭氧塘1座，內(nèi)坡及塘底鋪設(shè)10cm厚的鋼筋混凝土水泥預(yù)制件并加防水劑防滲 。?
　　厭氧塘主要技術(shù)參數(shù)：?
　　有效面積為3600m²，有效水深為5m，水力停留時(shí)間為22.5d。?
　　⑤ 冬貯兼性塘?
　　冬貯兼性塘具有雙重功能，一方面作為廢水處理單元，具有天然生物塘的主要特征^[1]，并輔以規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的工程措施。廢水在塘內(nèi)利用藻類(lèi)供氧和自然復(fù)氧等凈化過(guò)程，大大降低廢水處理的運(yùn)行費(fèi)用，加上構(gòu)筑物簡(jiǎn)單(可利用原有養(yǎng)魚(yú)塘)，投資省、運(yùn)行管理方便；另一方面作為冬貯塘，解決了廢水處理廠連續(xù)運(yùn)行和人工蘆葦濕地間歇運(yùn)行之間的矛盾。該工程設(shè)冬貯兼性塘3座，總有效面積為31600m²，有效容積為77597m³，表面負(fù)荷為0.0013m³/(m²·h)，內(nèi)坡及塘底鋪設(shè)10cm厚的鋼筋混凝土水泥預(yù)制件并加防水劑防滲。?
　　冬貯兼性塘Ⅰ主要設(shè)計(jì)參數(shù)：?
　　有效面積為11050m²，有效水深為2.5m。
　　冬貯兼性塘Ⅱ主要設(shè)計(jì)參數(shù)：?
　　有效面積為10275m²，有效水深為2.5m。
　　冬貯兼性塘Ⅲ主要設(shè)計(jì)參數(shù)：?
　　有效面積為10275m²，有效水深為2.5m。
　　⑥ 人工蘆葦濕地?
　　人工濕地廢水處理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于生長(zhǎng)于其中的植物和與其相適應(yīng)的微生物。廢水從生長(zhǎng)有植物的介質(zhì)中流過(guò)，從而產(chǎn)生過(guò)濾、沉淀、吸附等物理作用及污染物與基質(zhì)間多種形式的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)植物生長(zhǎng)還有對(duì)污染物的吸收和同化作用，并且通過(guò)根莖葉向水體與基質(zhì)層供氧，使周?chē)亩喾N微生物在厭氧、兼氧、好氧等復(fù)雜狀態(tài)下消化降解污染物。它是污水土 地處理系統(tǒng)中應(yīng)用最為成功、最為廣泛的成熟技術(shù)，是廢水傳統(tǒng)處理的革新(替代)技術(shù)。孫 鐵珩教授等進(jìn)行的濕地處理研究結(jié)果表明^[2～4]，采用該項(xiàng)技術(shù)處理油田采出水，對(duì)礦物油的凈化率達(dá)到80%以上，對(duì)COD的去除率也在70%以上，這就為該工程引入人工蘆葦濕地系統(tǒng)提供了重要的依據(jù)。?
　　一、二級(jí)濕地均由8個(gè)并聯(lián)的蘆葦床組成，蘆葦濕地承接冬貯兼性塘出水，水力停留時(shí)間為5.5～11d。?
　　人工蘆葦濕地Ⅰ主要設(shè)計(jì)參數(shù)：
　　有效面積為17340m²，有效水深為0.3m，布水速率為2.54cm/d。?
　　人工蘆葦濕地Ⅱ主要設(shè)計(jì)參數(shù)：
　　有效面積為19196m²，有效水深為0.3m，布水速率為2.54cm/d。?
　?、?集水池?
　　人工蘆葦濕地Ⅱ出水經(jīng)集水渠流入集水池，集水池的設(shè)計(jì)參數(shù)：?
　　設(shè)計(jì)平均流量為800m³/d，水力停留時(shí)間為6h，表面負(fù)荷為0.17m³/(m²·h)。?

2　經(jīng)濟(jì)分析

　　復(fù)合人工濕地塘床系統(tǒng)的處理費(fèi)用比較低，僅為普通活性污泥工藝的1/4～1/2。由于該公司接收廢水的價(jià)格較高(低于這種廢水回注地下的價(jià)格)，扣除工程總投資、運(yùn)行成本和運(yùn)輸費(fèi)的效益額約為280萬(wàn)元/a；該廢水處理廠進(jìn)水含油率約為3%，原油回收率為50%，按此計(jì)算銷(xiāo)售原油收入不低于100萬(wàn)元/a，扣除油泥處理費(fèi)15萬(wàn)元，凈效益不低于365萬(wàn)元/a，投資回收期為3年，可見(jiàn)經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

3 　結(jié)論

　　結(jié)合遼河油田濕地資源豐富的實(shí)際情況，采用復(fù)合人工濕地塘床系統(tǒng)處理特稠油采出水是可行的。系統(tǒng)的出水水質(zhì)穩(wěn)定，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)的二級(jí)標(biāo) 準(zhǔn)(COD＜150mg/L，礦物油＜10mg/L)，不僅解決了這種廢水無(wú)法回注的問(wèn)題，而且保護(hù)了遼河三角洲濕地資源和渤海近海海域的水環(huán)境，具有很好的環(huán)境效益。同時(shí)，特稠油采出水處理廠也獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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　　[2]籍國(guó)東,孫鐵珩，常士俊，等.遼河油田超稠油廢水潛流濕地處理系統(tǒng)研究[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2001,21(1):85-88.
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　　[4]籍國(guó)東,孫鐵珩，常士俊，等.人工潛流濕地處理稠油采出水的實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2001,21(5):619-621.

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　　收稿日期：2001-10-09