CN112624319A - 一种基于微藻-mbr高效处理炼油废水的工艺 - Google Patents

一种基于微藻-mbr高效处理炼油废水的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种基于微藻‑MBR高效处理炼油废水的工艺。本发明处理工艺包括球藻与PTFE中空纤维微滤膜构成的膜生物反应器(MBR)耦合形成的高效炼油废水处理系统，该系统能充分利用MBR对有机碳的深度降解以及藻类对氮、磷等营养物质的高效去除的优势，实现高质出水。同时，藻类光合作用产生O2供好氧细菌利用，可部分补偿MBR高能耗的缺点，能有效降低膜污染，实现新型膜生物处理技术稳定有效运行，经过大量实验验证，采用本发明处理工艺炼油废水COD的去除率在95％左右，出水中COD含量小于50mg/L，达到国家一级A排放标准；对NH4 +‑N去除效果也明显优于传统MBR工艺，在一个反应期内，系统内过膜压差TMP明显低于S‑MBR，MBR膜污染现象得到明显缓解。

Description

一种基于微藻-MBR高效处理炼油废水的工艺
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种基于微藻-MBR高效处理炼油废水的工艺。
背景技术
炼油废水的特点是污水量大、成分复杂、有机物浓度高，并且含有多种重金属以及难降解有机物。2008年，中石油长庆石化分公司炼油废水处理回用工程首次在国内实现MBR技术成功处理炼油废水的工业实例，其利用技术升级改造现有炼油废水处理系统，在不增加占地的情况下充分利用已有设施，使处理规模加倍同时提高了处理效果，对于新建炼油污水处理或者已有污水系统扩容升级改造具有重大的推广意义。
然而，MBR(膜生物反应器)技术也面临诸多挑战，一是有害物质脱除效果不佳，尤其是TN，由于好氧MBR中MLSS浓度大，为了提高氧传质速率，采用连续曝气，并加大曝气量，抑制了反硝化菌的生长，导致TN处理效果不佳；二是能耗高，由于一直处于曝气好氧状态，气体流量泵，昼夜不停运行，导致机械费用大大增高；三是膜污染严重，水中的某些污染物，如胶体物质、溶解性物质会在膜的表面积累、附着，堵住膜孔，造成膜的污染，而更换膜组件又会增加膜技术的运行成本，大大限制了MBR的工业应用范围。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种基于微藻-MBR高效处理炼油废水的工艺，该工艺具有处理效率高、能耗低、抗污染性能好等诸多优点。
本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现：一种基于微藻-MBR高效处理炼油废水的工艺，所述处理工艺包括球藻与PTFE中空纤维微滤膜构成的膜生物反应器(MBR)耦合形成的高效炼油废水系统。
炼油废水自两级除油和两级气浮相组合的预处理工段出水后，进入MBR生化工段。原水先进入生化池厌氧区，大分子有机物被分解为小分子结构，长链有机物断链为易降解的支链结构，经过2～4小时的停留时间进入生化池好氧区进一步生化降解。本发明将藻类与MBR耦合形成的高效炼油废水系统，能充分利用MBR对有机碳的深度降解以及藻类对氮、磷等营养物质的高效去除的优势，实现高质出水。同时，藻类光合作用产生O2供好氧细菌利用，可部分补偿MBR高能耗的缺点，能有效降低膜污染，提高出水水质，实现新型膜生物处理技术稳定有效运行。
作为优选，所述处理工艺具体包括以下步骤：
S1、制备PTFE中空纤维微滤膜，并进行亲水改性；
S2、将制备的亲水PTFE微滤膜制成膜组件，再用有机玻璃制成膜池，将PTFE帘式膜固定其中，两条间隔的微孔曝气条组成连续曝气系统，形成膜生物反应器；然后向膜生物反应器中投加微藻和活性污泥，形成基于微藻-MBR的炼油废水处理系统；
S3、监测膜生物反应器中活性污泥pH、温度、溶解氧以及混合液悬浮物浓度(MLSS)。
进一步优选，所述PTFE中空纤维微滤膜采用单向拉伸烧结法进行制备，
再进一步优选，所述单向拉伸烧结法制备PTFE中空纤维微滤膜过程中控制单向拉伸倍率为2.2-2.8，拉伸温度为80-100℃，烧结温度为220-290℃，拉伸速度为3-6m/min。采用上述参数制备的PTFE中空纤维微滤膜孔隙率可达50％以上。
进一步优选，所述亲水改性具体为：将PTFE中空纤维微滤膜放入工业酒精中充分浸润，取出放入浓度为1-1.5％的PVA水溶液中于55-65℃浸泡1-2h，然后放入4-5％的戊二醛水溶液中，调节其pH值为1-2，于50-60℃浸1-2h，然后放入清水中浸泡洗涤，最后将膜在30-40℃下低温干燥，备用。经过上述条件下的亲水改性，PTFE中空纤维微滤膜与废水间具有较好的亲和性，能大大提高废水的处理效率。
进一步优选，所述微藻为小球藻，所述小球藻的添加量为膜生物反应器总体积的10-15％。
再进一步优选，所述小球藻的培养条件为控制反应器内溶解氧浓度为2-5mg/L，MLSS大于6500mg/L。
作为优选，所述步骤S2膜生物反应器还包括提供曝气所需空气的空气压缩机。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明处理工艺对炼油废水COD的去除率在95％左右，出水中COD含量小于50mg/L，达到国家一级A排放标准；对NH4 +-N去除效果也明显优于传统MBR工艺，在一个反应期内，系统内过膜压差TMP明显低于S-MBR，MBR膜污染现象得到明显缓解。
附图说明
图1：本发明实施例1A-MBR系统对废水中COD去除效果曲线图；
图2：传统S-MBR系统对废水中COD去除效果曲线图；
图3：本发明实施例1A-MBR系统对废水中NH4+-N去除效果曲线图；
图4：传统S-MBR系统对废水中NH4 +-N去除效果曲线图；
图5：本发明A-MBR实施例1和传统S-MBR系统在运行30d内TMP随时间的变化情况图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
实施例1-5中添加小球藻的体积+炼化废水体积+污泥体积＝膜生物反应器总体积
实施例1
采用单向拉伸烧结法制备PTFE中空纤维微滤膜，控制单向拉伸倍率为2.5，拉伸温度为90℃，烧结温度为260℃，拉伸速度为4.5m/min；
将制得的PTFE中空纤维微滤膜放入工业酒精中充分浸润，取出放入1.2％PVA水溶液中于60℃浸泡1h，然后放入5％的戊二醛水溶液中，调节其pH值为2，于60℃浸1h，然后放入清水中浸泡洗涤，最后将膜在40℃下低温干燥，备用；
将制备的亲水PTFE微滤膜裁成1m的长度，封装成10m2的帘式膜组件，用有机玻璃制成长为1m，宽为0.5m，高度为0.9m的膜池，将PTFE帘式膜固定其中，两条间隔2cm的微孔曝气条组成连续曝气系统，由空气压缩机提供曝气所需空气，形成膜生物反应器；然后向膜生物反应器中投加占膜生物反应器总体积为15％的小球藻、炼化废水、污泥，形成基于微藻-MBR的炼油废水处理系统；
控制反应器中溶解氧浓度为3mg/L，曝气一段时间后排出上清液，监测活性污泥pH、温度、溶解氧以及混合液悬浮物浓度(MLSS)，经过30d培养，使MLSS达到6500mg/L以上。
实施例2
采用单向拉伸烧结法制备PTFE中空纤维微滤膜，控制单向拉伸倍率为2.2，拉伸温度为80℃，烧结温度为220℃，拉伸速度为3m/min；
将制得的PTFE中空纤维微滤膜放入工业酒精中充分浸润，取出放入1％PVA水溶液中于55℃浸泡2h，然后放入4％的戊二醛水溶液中，调节其pH值为1，于50℃浸泡2h，然后放入清水中浸泡洗涤，最后将膜在30℃下低温干燥，备用；
将制备的亲水PTFE微滤膜裁成1m的长度，封装成10m2的帘式膜组件，用有机玻璃制成长为1m，宽为0.5m，高度为0.9m的膜池，将PTFE帘式膜固定其中，两条间隔2cm的微孔曝气条组成连续曝气系统，由空气压缩机提供曝气所需空气，形成膜生物反应器；然后向膜生物反应器中投加占膜生物反应器总体积为10％的小球藻、炼化废水、污泥，形成基于微藻-MBR的炼油废水处理系统；
控制反应器中溶解氧浓度为2mg/L，曝气一段时间后排出上清液，监测活性污泥pH、温度、溶解氧以及混合液悬浮物浓度(MLSS)，经过30d培养，使MLSS达到6500mg/L以上。
实施例3
采用单向拉伸烧结法制备PTFE中空纤维微滤膜，控制单向拉伸倍率为2.4，拉伸温度为85℃，烧结温度为230℃，拉伸速度为4m/min；
将制得的PTFE中空纤维微滤膜放入工业酒精中充分浸润，取出放入1％PVA水溶液中于58℃浸泡1.5h，然后放入4.5％的戊二醛水溶液中，调节其pH值为2，于55℃浸泡1h，然后放入清水中浸泡洗涤，最后将膜在30℃下低温干燥，备用；
将制备的亲水PTFE微滤膜裁成1m的长度，封装成10m2的帘式膜组件，用有机玻璃制成长为1m，宽为0.5m，高度为0.9m的膜池，将PTFE帘式膜固定其中，两条间隔2cm的微孔曝气条组成连续曝气系统，由空气压缩机提供曝气所需空气，形成膜生物反应器；然后向膜生物反应器中投加占膜生物反应器总体积为12％的小球藻、炼化废水、污泥，形成基于微藻-MBR的炼油废水处理系统；
控制反应器中溶解氧浓度为3mg/L，曝气一段时间后排出上清液，监测活性污泥pH、温度、溶解氧以及混合液悬浮物浓度(MLSS)，经过30d培养，使MLSS达到6500mg/L以上。
实施例4
采用单向拉伸烧结法制备PTFE中空纤维微滤膜，控制单向拉伸倍率为2.6，拉伸温度为95℃，烧结温度为270℃，拉伸速度为5m/min；
将制得的PTFE中空纤维微滤膜放入工业酒精中充分浸润，取出放入1.4％PVA水溶液中于62℃浸泡2h，然后放入5％的戊二醛水溶液中，调节其pH值为1，于50-60℃浸2h，然后放入清水中浸泡洗涤，最后将膜在35℃下低温干燥，备用；
将制备的亲水PTFE微滤膜裁成1m的长度，封装成10m2的帘式膜组件，用有机玻璃制成长为1m，宽为0.5m，高度为0.9m的膜池，将PTFE帘式膜固定其中，两条间隔2cm的微孔曝气条组成连续曝气系统，由空气压缩机提供曝气所需空气，形成膜生物反应器；然后向膜生物反应器中投加占膜生物反应器总体积为13％的小球藻、炼化废水、污泥，形成基于微藻-MBR的炼油废水处理系统；
控制反应器中溶解氧浓度为4.5mg/L，曝气一段时间后排出上清液，监测活性污泥pH、温度、溶解氧以及混合液悬浮物浓度(MLSS)，经过30d培养，使MLSS达到6500mg/L以上。
实施例5
采用单向拉伸烧结法制备PTFE中空纤维微滤膜，控制单向拉伸倍率为2.8，拉伸温度为100℃，烧结温度为290℃，拉伸速度为6m/min；
将制得的PTFE中空纤维微滤膜放入工业酒精中充分浸润，取出放入1.5％PVA水溶液中于65℃浸泡2h，然后放入4％的戊二醛水溶液中，调节其pH值为1，于60℃浸1h，然后放入清水中浸泡洗涤，最后将膜在40℃下低温干燥，备用；
将制备的亲水PTFE微滤膜裁成1m的长度，封装成10m2的帘式膜组件，用有机玻璃制成长为1m，宽为0.5m，高度为0.9m的膜池，将PTFE帘式膜固定其中，两条间隔2cm的微孔曝气条组成连续曝气系统，由空气压缩机提供曝气所需空气，形成膜生物反应器；然后向膜生物反应器中投加占膜生物反应器总体积为14％的小球藻、炼化废水、污泥，形成基于微藻-MBR的炼油废水处理系统；
控制反应器中溶解氧浓度为5mg/L，曝气一段时间后排出上清液，监测活性污泥pH、温度、溶解氧以及混合液悬浮物浓度(MLSS)，经过30d培养，使MLSS达到6500mg/L以上。
对比例1
采用传统活性污泥-MBR反应器(S-MBR)对炼油废水进行处理。
对实施例1-5及对比例1中出水指标及系统污染程度进行测试，结果如表1所示。
表1：实施例1-5及对比例1中出水指标及系统污染程度测试结果
Figure BDA0002803695450000071
通过图1-5及表1可以明显看出，本发明处理工艺对炼油废水COD的去除率在95％左右，出水中COD含量小于50mg/L，达到国家一级A排放标准，而传统的S-MBR对废水中COD去除率低于90％；本发明A-MBR系统出水NH4 +-N平均浓度为4.2mg/L，完全符合一级A排放标准，平均去除率达87.2％，而传统S-MBR系统出水NH4 +-N平均浓度为7.2mg/L，略低于一级A排放标准，平均去除率为63.6％，投加微藻的膜生物反应器对于NH4 +-N处理效率比传统S-MBR系统平均高27.1％，去除效果明显优于传统S-MBR工艺；在一个反应期内(30d)，本发明A-MBR系统第30d的TMP为86kPa，而S-MBR系统达到99kPa，A-MBR系统TMP平均增长速率为2.8kPa/d，而S-MBR系统TMP平均增长速率为3.3kPa/d，A-MBR系统相比下降了15.2％，A-MBR系统内过膜压差TMP明显低于S-MBR，MBR膜污染现象得到明显缓解。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内，并且本发明方案所有涉及的参数间如未特别说明，则相互之间不存在不可替换的唯一性组合。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (8)

1.一种基于微藻-MBR高效处理炼油废水的工艺，其特征在于，所述处理工艺包括微藻与PTFE中空纤维微滤膜构成的膜生物反应器(MBR)耦合形成的高效炼油废水系统。
2.根据权利要求1所述的处理炼油废水的工艺，其特征在于，所述处理工艺具体包括以下步骤：
S1、制备PTFE中空纤维微滤膜，并进行亲水改性；
S2、将所制备的亲水PTFE微滤膜制成膜组件，再用有机玻璃制成膜池，将PTFE帘式膜固定其中，两条间隔的微孔曝气条组成连续曝气系统，形成膜生物反应器；然后向膜生物反应器中投加微藻和活性污泥，形成基于微藻-MBR的炼油废水处理系统；
S3、监测膜生物反应器中活性污泥pH、温度、溶解氧以及混合液悬浮物浓度(MLSS)。
3.根据权利要求2所述的处理炼油废水的工艺，其特征在于，所述PTFE中空纤维微滤膜采用单向拉伸烧结法进行制备。
4.根据权利要求3所述的处理炼油废水的工艺，其特征在于，所述单向拉伸烧结法制备PTFE中空纤维微滤膜过程中控制单向拉伸倍率为2.2-2.8，拉伸温度为80-100℃，烧结温度为220-290℃，拉伸速度为3-6m/min。
5.根据权利要求2所述的处理炼油废水的工艺，其特征在于，所述亲水改性具体为：将PTFE中空纤维微滤膜放入工业酒精中充分浸润，取出放入浓度为1-1.5％的PVA水溶液中于55-65℃浸泡1-2h，然后放入4-5％的戊二醛水溶液中，调节其pH值为1-2，于50-60℃浸泡1-2h，然后放入清水中浸泡洗涤，最后将膜在30-40℃下低温干燥，备用。
6.根据权利要求2所述的处理炼油废水的工艺，其特征在于，所述微藻为小球藻，所述小球藻的添加量为膜生物反应器总体积的10-15％。
7.根据权利要求2或6所述的处理炼油废水工艺，其特征在于，所述小球藻的培养条件为控制反应器内溶解氧浓度为2-5mg/L，MLSS大于6500mg/L。
8.根据权利要求1所述的处理炼油废水工艺，其特征在于，所述步骤S2膜生物反应器还包括提供曝气所需空气的空气压缩机。
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