CN1180996C - 一种油田污水生化反应器及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污水处理领域，具体地说是一种油田污水生化反应器及其处理方法。本发明具有依次相连的厌氧区、缺氧区、好氧区及沉淀区4种反应区，不同反应区的分隔室均可由结构相同的箱体和污泥槽组装而成；所述厌氧区、缺氧区各隔室上部分别设有集气室分别与集气设备管路连接；其工艺由折流式厌氧区、缺氧区、好氧曝气区、沉淀区串联构成。本发明COD去除率大于85%，Oil去除率大于96%，用于稠油污水生物处理。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体地说是一种用于油田污水生化反应器及其处理方法。
背景技术
目前普遍认为，油田稠油污水深度处理的难点在于由聚合物、表面活性剂及黏度大于10000mPa·s，密度0.95～1.20g/L的溶解性矿物油等可溶性难降解有机污染物的去除。这种污水的可生化性极差，BOD/COD一般在0.03～0.10之间，且水质成分的变化较大，不同采油厂、不同采油区、不同处理站、甚至不同采油井的采出水水质都有所不同，使这种废水的处理更加困难。一些处理设备(申请专利号：99225001；99225002；01202850；94206502)只能将这种废水处理到回注水的标准，尚无法实现达标排放。印度尼西亚Arun油田的活性污泥方法也只能将BOD/COD为0.4可生化性较好的轻质原油污水的COD处理到150mg/L以下(Madian E.S et al.，Treating of Produced Water for Surface Discharge at the Arun Gas CondensateField，SPE paper 28946，presented at the SPE international Symposium onOilfield Chemistry，San Antonio Texas，USA(14-17)February 1995)。一般的物理化学结合生物处理的方法，如GAC-FBR(活性炭生物流化床反应器)(Lawrence A.W et al.，Regional Assessment of Produced Water Treatment andDisposal Practices and Research Needs.Presented at the SPE/EPA Exploration& Production Environmental Conference，Houston TX，USA(27-29)March1995)是处理近海油田废水的新工艺，但是该工艺的处目标仍然只是Oil而没有将出水COD作为控制指标，处理出水也无法达到我国《污水综合排放》的标准。
发明内容
本发明的目的是提供一种厌氧-缺氧-好氧-沉淀池复合生化反应的油田污水生物反应器及其处理方法，它可采用高效厌氧-缺氧-好氧串联污水处理方法，能对油田污水，特别是含盐、含难降解有机物的中低浓度稠油污水进行深度生化处理，以及中等浓度含盐、含烃、含氮废水进行有效处理。
为了实现上述目的，本发是的技术方案如下：油田污水生化反应器，安装在隔油池，浮选机和砂滤池之后，其特征在于：具有依次相连的厌氧区、缺氧区、好氧区及沉淀区四种反应区，不同反应区的分隔室均可由结构相同的箱体和污泥槽组装而成；所述厌氧区、缺氧区各隔室上部分别设有集气室与集气设备管路连接；
所述厌氧区的分隔室内通过嵌入槽安装有水平折流挡板，将分隔室分隔为下流室上流室，挡板下部设45～60°的折流角；所述好氧区的分隔室底部设有布气装置，与空压机相连；所述沉淀区的分隔室底部设有可前后升高的平滑斜板，斜板与水平面夹角大于、等于30°，并同时在沉淀区底部设有污泥回流管与厌氧区相通；所述沉淀区的分隔室上部设有排水管，并通过水回流管与缺氧区相通；厌氧区与缺氧区之间、缺氧区与好氧区之间设有可以防止出水倒流的布水弯管；
所述污泥槽和集气室均设计为弧形，所述污泥槽上设有排污口；所述厌氧区具有2～10个分隔室，缺氧区具有1～5个分隔室，好氧区具有1～3个分隔室及沉淀区具有1个分隔室；当好氧区的分隔室个数大于等于2时，其区内分隔室之间设有布水弯管；当好氧区采用序批式运行方式时，在好氧区和沉淀区之间设有滗水器；
应用所述油田污水生化反应器的处理方法，采用厌氧-缺氧-好氧串联方式，将有机废水特别是COD浓度为400～2600mg/L，含盐、含稠质原油的难降解中低浓度的有机废水，经污水泵送到厌氧区第一分隔室下流室的上部，污水经由下流室从底部进入上流室，再通过厌氧区第二个分隔室的下流室进入上流室，依次流到第五分隔室，污水从第五分隔室的上流室流出，通过布水弯管进入缺氧区，缺氧区出水通过布水弯管进入到好氧区，在好氧区中空压机送来的空气通过其底部的布气装置与污水混合，然后好氧区出水直接溢流或通过滗水器到沉淀区，再从排水管排出，沉淀区出水部分通过水回流管部分回流到缺氧区形成缺氧环境，除磷脱氮，同时除磷脱氮工艺中的污泥通过污泥回流管和污泥回流泵回流到厌氧区第一分隔室下上流室的底部污泥槽中；
布气装置曝气量控制在1.5～5mg/L之间；所述反应器运行过程中出水按2∶1～1∶2回流到缺氧区；所述厌氧区容积负荷为0.2～1.0KgCOD/m3·d，好氧区容积负荷为1.0～5.0KgCOD/m3·d；处理BOD/COD为0.03～0.10的污水时，pH为6.0～7.2，厌氧区水力停留时间控制在72～144h之内，好氧区的水力停留时间控制在12～24h之内；处理BOD/COD为0.11～0.45的污水时，pH为6.2～7.0，厌氧区水力停留时间控制在36～72h之间，好氧区的水力停留时间控制在6～12h之内。
本发明具有如下优点：
1.本发明反应器基于现有技术中厌氧折流板反应器、UASB、固定膜生物反应器、SBR及普通活性污泥法的基本原理，它对厌氧折流板反应器、UASB、SBR、固定膜生物反应器和普通活性污泥法等工艺进行了复合及改进，使其技术先进性、经济性、适用性都超过了上述反应器及工艺过程，特别是对于同时含盐、含烃、含难降解有机污染物的稠油污水的处理及高盐、含烃情况下含氮磷废水的处理。根据水质水量的不同调整运行条件，反应器中厌氧区可以使大量有机物水解酸化或脱出，好氧区可以进一步脱出大量小分子有机物，降低污染物浓度，达到所需的处理水平，因而使串联工艺具有广泛的适用性、可靠性和经济性。对于高盐、含烃及氮磷废水通过出水回流到缺氧区，污泥回流到厌氧区可以实现对有机物和氮磷的同时去除。
本发明是厌氧折流板反应器的一种改进型，其主要特征在折流板反应器厌氧单一结构的基础上添加了好氧区和沉淀区，并将原有的箱体一体化结构改为由箱体、污泥槽两种单体组合而成的复合式结构。其特征还在于本发明的厌氧、好氧和沉淀区等不同功能区的主体结构均可由规格完全相同或不同的这两种单体的组合而获得，因此在不改变装置主体结构的情况下，通过增添折流挡板、集气室、曝气设备、平滑斜板等可以任意改变处理方法，使得该装置在工业废水处理中更具有实际应用价值。
2.本发明的厌氧区利用自产气体、水力混合以及非氧气体使部分生物悬浮部分沉积形成悬浮絮状污泥和颗粒污泥良好分层，可实现无动力消耗，厌氧区密封无臭味，所产甲烷可用于装置保温。
3.本发明主要处理油田污水，但也可处理其它特殊工业废水和生活污水，对BOD/COD在0.03～0.10的稠油采出水经过适当调控后也可以处理。水质范围可宽至COD 100～20000mg/L，Oil 0～260mg/L，仅需调整工艺参数和不同的单元组合。
4.采用本发明可使厌氧区的气流和水力搅拌代替了机械搅拌，它可节约能源，减少设备投资，方便运行管理；另外，本发明根据流体力学优化的结果，将污泥槽设计为半圆弧型，以减小反应器的水力和生物死区，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明反应器安装在隔油池，浮选机和砂滤池之后，通过水泵1与具有厌氧区7、缺氧区9、好氧区11及沉淀区14的四种反应区串联，本实施例所述厌氧区7具有5个分隔室，缺氧区9具有1个分隔室，好氧区11具有1个分隔室及沉淀区14具有1个分隔室；不同反应区的分隔室均可由结构相同的箱体18和污泥槽17组装而成；所述厌氧区7、缺氧区9各隔室上部分别设有集气室16分别与集气设备26管路连接；所述厌氧区7分隔室内通过嵌入槽安装有水平折流挡板15，将分隔室分隔为下流室3、上流室4，挡板15下部设45～60°的折流角；厌氧区7与缺氧区9之间、缺氧区9与好氧区11之间设有可以防止出水倒流的布水弯管8；所述好氧区11的分隔室底部设有布气装置12，与空压机10相连，布气装置12曝气量控制在1.5～5mg/L之间，本实施例为3mg/L；所述沉淀区14的分隔室底部设有可前后升高的平滑斜板21，斜板21与水平面夹角等于30°，并同时在沉淀区14底部设有污泥回流管31通过污泥回流泵24与厌氧区7相通；所述沉淀区14的分隔室上部设有排水管25，并通过水回流管27与缺氧区9相通；所述污泥槽17底部和集气室16顶部均设计为半圆弧形，所述污泥槽17上设有排污口22。
其处理方法如下：
采用厌氧-缺氧-好氧串联复合生化反应器处理污水的基本工艺过程参见图1，对于难降解稠油污水的处理、含氮磷污水的处理需要采用本发明反应器进行厌氧-缺氧-好氧串联工艺处理，将经过隔油浮选预处理的，COD浓度为400～2600mg/L的稠油污水经污水泵1，通过布水弯管8送到厌氧区7第一分隔室下流室3上部，流经上流室4后再溢流进入第二分隔室，依次流到第五分隔室，第五分隔室出水通过布水弯管8流入缺氧区9，厌氧区9各隔室和缺氧区9均上方设集气室16，气体可单独收集；缺氧区9出水通过布水弯管8流入好氧区11，在好氧区11底部安装布气设备12，将空压机10送来的空气与污水混合，好氧区11出水直接流入沉淀区14；沉淀区14出水通过水回流管27部分回流到缺氧区9的底部，形成缺氧环境，除磷脱氮；同时除磷脱氮时(相当于A2/O工艺，具体操作方法参见文献1：郑兴灿，李亚新编著，污水除磷脱氮技术，中国建筑工业出版社，北京：1998：124-125)，污泥通过污泥回流管31污泥回流泵24，回流到厌氧区7第一分隔室的污泥槽17中。
其中：所述厌氧区7容积负荷为0.2～1.0KgCOD/m3·d，好氧区11容积负荷为1.0～5.0KgCOD/m3·d。
本实施例反应器处理稠油污水(方法参照文献2：王力，王岩，缺氧-好氧工艺处理稠油废水的设计运行，中国给水排水，1999)，当BOD/COD为0.17时，COD容积负荷为1.0kgCOD/m3·d，实验水温20～30℃，厌氧区水力停留时间为60h，进水COD 1600mg/L，Oil 260mg/L、Cl- 1600mg/L时出水的去除率分别为87％，98％和46％。
本发明厌氧区7一般为5级即5个分隔室，可运行在处理中等浓度难降解稠油污水时COD容积负荷一般为0.5～1.0kgCOD/m3·d，在处理低浓度难降解稠油污水时为0.2～0.6kgCOD/m3·d，缺氧区9根据需要可采用1～5级即1～5个分隔室，级数选取的原则是在反硝化脱出能力的范围内，好氧区11根据需要可采用1～3级即1～3个分隔室，级数选取的原则是保证水力停留时间在生化脱出能力范围内或设计脱出负荷范围内。
本实施例处理稠油污水，当BOD/COD为0.19时，进水COD容积负荷为0.6kgCOD/m3·d，水温20～30℃，pH为6.0～7.2，厌氧区7水力停留时间为48h进水COD 760mg/L，Oil 160mg/L、Cl- 1600mg/L时出水的去除率分别为85％，96％和42％。
本发明反应器处理稠油污水的BOD/COD为0.36时，水温为中温，厌氧区pH为6.2～7.0，厌氧区水力停留时间为36h，进水COD 750mg/L，Oil58mg/L、Cl- 1560mg/L、TP 3.75mg/L、NO3 -N 50mg/L、NH4 +-N 25mg/L时出水的去除率分别为90％、97％、38％、91％、95％和90％。可见该方法和工艺在不同油田污水水质条件下的实施均达到了较好的处理效果。
本发明原理为：
本发明生化反应器处理稠油污水过程中对BOD/COD仅为0.03～0.10的污水直接处理时，厌氧区7通过水力停留时间控制在水解酸化阶段，水温不进行控制，pH为6.0～7.2，厌氧区水力停留时间控制在72～144h之内，好氧区11的水力停留时间控制在12～24h之内，控制DO在1.5～5mg/L之间。反应器运行过程中出水按2∶1～1∶2回流到缺氧区9，沉淀区14污泥槽17中的污泥回流到厌氧区7第一隔室。
本发明生化反应器对BOD/COD为0.11～0.45之间的污水处理时，厌氧区7通过水力停留时间控制在水解酸化阶段，水温不进行控制，pH为6.2～7.0，厌氧区7水力停留时间控制在36～72h之间，好氧区11的水力停留时间控制在6～12h之内，控制DO在1.5～5mg/L之间，反应器运行过程中出水按2∶1～1∶2回流到缺氧区9，沉淀区14污泥槽17中的污泥回流到厌氧区7第一隔室。
另外，本发明反应器好氧区11采用序批式运行方式时，在好氧区11和沉淀区14之间设有滗水器，好氧区9出水通过滗水器流入沉淀区14；本发明反应器中厌氧区7之间亦可通过连接管连接。
Claims (12)
1.一种油田污水生化反应器，安装在隔油池，浮选机和砂滤池之后，其特征在于：具有依次相连的厌氧区(7)、缺氧区(9)、好氧区(11)及沉淀区(14)四种反应区，不同反应区的分隔室均由结构相同的箱体(18)和污泥槽(17)组装而成；所述厌氧区(7)、缺氧区(9)各隔室上部分别设有集气室(16)与集气设备(26)管路连接。
2.按照权利要求1所述油田污水生化反应器，其特征在于：所述厌氧区(7)的分隔室内通过嵌入槽安装有水平折流挡板(15)，将分隔室分隔为下流室(3)上流室(4)，挡板(15)下部设45～60°的折流角。
3.按照权利要求1所述油田污水生化反应器，其特征在于：所述好氧区(11)的分隔室底部设有布气装置(12)，与空压机(10)相连。
4.按照权利要求1所述油田污水生化反应器，其特征在于：所述沉淀区(14)的分隔室底部设有可前后升高的平滑斜板(21)，斜板(21)与水平面夹角大于、等于30°，并同时在沉淀区(14)底部设有污泥回流管(31)与厌氧区(7)相通；所述沉淀区(14)的分隔室上部设有排水管(25)，并通过水回流管(27)与缺氧区(9)相通。
5.按照权利要求1、3或4所述油田污水生化反应器，其特征在于：厌氧区(7)与缺氧区(9)之间、缺氧区(9)与好氧区(11)之间设有可以防止出水倒流的布水弯管(8)。
6.按照权利要求1所述油田污水生化反应器，其特征在于：所述污泥槽(17)和集气室(16)均设计为弧形，所述污泥槽(17)上设有排污口(22)。
7.按照权利要求1所述油田污水处理生化反应器，其特征在于：所述厌氧区(7)具有2～10个分隔室，缺氧区(9)具有1～5个分隔室，好氧区(11)具有1～3个分隔室及沉淀区(14)具有1个分隔室；当好氧区(11)的分隔室个数大于等于2时，其区内分隔室之间设有布水弯管(8)。
8.按照权利要求1所述油田污水生化反应器，其特征在于：当好氧区(11)采用序批式运行方式时，在好氧区(11)和沉淀区(14)之间设有滗水器。
9.一种应用权利要求1所述油田污水生化反应器的处理方法，其特征在于：采用厌氧-缺氧-好氧串联方式，将有机废水经污水泵(1)送到厌氧区(7)，依次经分隔室下流室(3)和上流室(4)，再通过布水弯管(8)进入缺氧区(9)，缺氧区(9)出水通过布水弯管(8)进入到好氧区(11)，在好氧区(11)中空压机(10)送来的空气通过其底部的布气装置(12)与污水混合，然后好氧区(11)出水直接溢流或通过滗水器到沉淀区(14)，再从排水管(25)排出，沉淀区(14)出水部分通过水回流管(27)部分回流到缺氧区(9)形成缺氧环境，除磷脱氮，同时除磷脱氮工艺中的污泥通过污泥回流管(31)回流到厌氧区(7)第一分隔室污泥槽(17)中。
10.按照权利要求9所述处理方法，其特征在于：布气装置(12)曝气量控制在1.5～5mg/L之间；所述反应器运行过程中出水按2∶1～1∶2回流到缺氧区(9)；所述厌氧区(7)容积负荷为0.2～1.0KgCOD/m3·d，好氧区(11)容积负荷为1.0～5.0KgCOD/m3·d。
11.按照权利要求9所述处理方法，其特征在于：处理BOD/COD为0.03～0.10的污水时，pH为6.0～7.2，厌氧区水力停留时间控制在72～144h之内，好氧区(11)的水力停留时间控制在12～24h之内。
12.按照权利要求9所述处理方法，其特征在于：处理BOD/COD为0.11～0.45的污水时，pH为6.2～7.0，厌氧区(7)水力停留时间控制在36～72h之间，好氧区(11)的水力停留时间控制在6～12h之内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |