現階段新型含油污水處理方法及對比研究

王冰，傅勇迪，許騰文

現階段新型含油污水處理方法及對比研究

王冰，傅勇迪，許騰文

（沈陽建筑大學 市政與環境工程學院，遼寧 沈陽 110000）

綜述了現階段含油污水的污染現狀、來源及危害。較系統地介紹了物理法、化學法、物理化學法、生物法等含油污水處理方法，并對其優缺點、發展前景進行比較。最后介紹了利用改性活性炭纖維作為電極的新型電化學法處理含油污水。

含油污水；物理法；化學法；生物法；活性炭纖維

近些年，石油工業的高速發展使人們的生活質量得到提升，但同樣也對我們居住的環境造成嚴重的破壞。在石油開采和煉化過程中所產生的有毒有害物質未經有效處理直接排放入河流中，使水體受到污染、水質逐漸惡化。因此，對于生產過程中產生含油污水的處理問題變得尤為重要。

1 含油污水的污染現狀

1.1 含油污水的來源及特點

含油污水產生的途徑很多，主要來源于油田開采、石化煉油、鉆井洗井、金屬清洗等過程之中。我國現階段采油的含水率較高，例如大慶油田采油后的出水率可以達到92%以上[1]。在油田開采過程中常常通過二次采油或者三次采油的方式來得到更高的采油率，其中三次采油中利用的三元復合驅技術所產生的含油污水成分具有乳化程度較高、黏性強、穩定性高的特點，處理時更加困難[2]。鉆井及洗井廢水含有鉻元素，并且懸浮物多，色度較大。煉油廢水則含有較多的硫化物、氰化物、酚等有害物質，如未經處理排放后會造成危害[3]。

1.2 含油污水的形態分類

含油污水中不僅含有油、金屬離子、固體顆粒雜質以及各種鹽類等成分，還包含在處理工藝過程中添加的混凝劑、絮凝劑、除垢劑等化學藥劑的成分。根據含油污水在處理的過程中油存在形式不同可分為浮油、分散油、乳化油、溶解油[4]。

浮油，因油體本身體積小，缺少范德華力的束縛且比重力小，因此能漂浮于水面，形成油膜，油珠的粒徑一般大于100 μm。

分散油，以細小的油滴懸浮于水中，其粒徑大約10～100 μm。這類油滴不穩定，靜置一段時間后會由于粒子間的布朗運動作用上升而形成浮油。

乳化油，粒徑要小于分散油，油珠的粒徑一般在0.1～2 μm，常常存在于乳化液中。在實際生產過程中為了增加其穩定性，會添加表面活性劑、乳化劑。非極性憎水性油滴在表面活性劑作用下已生成穩定結構，從而形成O/W型和W/O型含油乳化粒，使其更加難以處理。

溶解油，油類物質以分子的形式溶解于水中，溶解于水中部分油以分散的形態溶解于水溶液之中。這類油形態穩定，粒徑相對乳化油更小。

2 含油污水的處理方法及對比

2.1 含油污水處理方法

含油污水在處理過程中，一般都是先將容易沉降的固體和液體分離，再將浮油、水以及乳化油進行分離。在實際的處理中，將多種方法聯用處理效果更好[5]。目前國內的含油污水主要針對水中的油類以及懸浮物雜質進行去除。常用的含油污水處理方法包括：物理法，化學法以及生物法[6]。

2.2 物理法

2.2.1 重力分離法

重力分離法是利用油水的不相容性以及其密度差進行分離的方法。其中油滴的上浮速度是油水分離的關鍵。重力分離法可分為離心分離法、機械分離法以及隔油池法。其中隔油池法是最為簡單常見處理方法。隔油池常常應用于石化廢水處理工藝之中，在能去除粗顆粒等較大顆粒沉積物的同時，也能在后續處理過程中減少對絮凝劑的投加[7]。重力分離法結構簡單，運行費低，但裝置占用面積大，分離能力有限。目前重力分離法主要的發展前景是來結合聚結技術[8]，改造分離設備，從而提高分離效率。

莫同鴻[9]等將氣浮分離高效性和水力旋流器分離快特性相結合，研制出了一種新型的除油設 備——氣旋浮油水分離器。經過氣懸浮油水分離優化后，油去除率可達89.6%。HU[10]等利用聚結技術優化，將聚氨酯樹脂和纖維素纖維相結合，這種結合后的纖維結構更加穩定，油水分離的效果更好。

2.2.2 膜分離法

膜分離法是通過固體膜表面和液-液兩相分散體系的親和力的不同從而使其分離，主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透等[11]。膜分離法常用于處理乳化油和溶解油，膜分離技術雖然在含油污水中得到一定應用，但在實際過程中常常會遇到例如膜難以清理、膜污染嚴重情況等問題。在含油污水處理方面，膜分離技術應該研制結構更加穩定的膜材料，從而降低膜的受污染程度。應將膜分離技術與其他技術聯用來提高含油污水處理效率，以及降低運行成本[12]。

MALOGORZATA[13]等發現膜的親水性能越好，膜受到污染程度越低，因此通過選擇親水性強的膜組件可以在一定程度上降低膜污染。王鐳[14]等采用臭氧活化接枝丙烯酸側鏈的PVDF材料制備出親水性較高的超濾膜。結果表明，這種親水性較高的超濾膜能截留85%的煤油。

2.3 生物法

生物法是利用微生物的代謝作用將復雜有機物分解成簡單的無害化物質從而使水體得到凈化的方法。目前處理工藝中常用到的是活性污泥法與生物濾池法[15]。生物法具有較好的處理效果，但運行的周期要相對較長。

石芳[16]利用微生物固定化技術，在有限空間內不僅使功能性菌株產生效能，也使生物穩定性得到提升，并提高了對含油污水的處理能力。杜衛東[17]等將接觸氧化法和厭氧酸化法聯用來處理含油污水。結果表明，經過16 h處理，COD去除率可以達到70%。

2.4 化學法

2.4.1 化學破乳法

化學破乳法是通過投加化學試劑（例如破乳劑）使乳化類含油廢水破乳從而使油水分離的方法。該方法工藝簡單，處理后水質較好，但是藥品用量多，油品不易回收。

2.4.2 光催化氧化法

光催化氧化技術是使用半導體作為基礎催化劑，以光為能量，將有機物分解成CO2和H2O。其中，把TiO2和ZnO作為常用的催化劑，且處理效果良好[18]。

李凡修[19]等研究了TiO2在紫外條件下光催化氧化處理含油污水過程中的影響因素。實驗結果表明，當TiO2的投加量為0.5 g·L- 1時，光催化氧化降解時間為3 h，聚丙烯酰胺的去除率可達到90%以上。張運鴿[20]在堿性條件下，通過硝酸鋁的水解作用以及雙模板劑（CTAB和PEG-400）協同作用下，制備出具有雙介孔結構Al2O3/TiO2光催化粒子（AVT），該粒子處理含油污水效果良好。

2.4.3 電催化氧化法

電催化氧化法就是利用具有催化性能的金屬氧化物作為電極，在電解過程中產生羥基自由基來降解污水中的污染物，使其完全礦化為水和二氧化碳等無機小分子物質。電催化氧化法特點：處理效率高，一般在常溫常壓下就可進行；無需格外投加氧化還原劑，避免了由于藥劑的投加而引起的二次污染問題[21]。

AHMADI[22]等利用電化學的方法，將鐵作為電極進行含油污水處理，研究了混凝劑聚合氯化鋁（PAC）的投加量以及電流密度對油去除率的影響。結果表明，在沒有添加助凝劑的條件下油脂的去除率在63%～87%；當電流密度在10～11.5 mA·cm-2、添加H2O2和PAC的條件下，油脂的去除率可達到90%以上。

EL-ASHTOUKHY[23]等利用固定床陽極電化學反應器通過電絮凝方式對含油污水中酚類進行處理，研究了pH值、電流密度、苯酚初始濃度、NaCl電解質溶液的投加量對酚類化合物去除的影響。研究表明，在最佳條件下，經2 h處理后，酚類化合物的去除率達到90%以上。

2.5 物理化學法

2.5.1 氣浮分離法

氣浮分離法主要是通過在水中通入空氣等其他氣體，使其產生微小氣泡，氣泡上附著細小的油珠和固體雜質，上浮到水面并形成油渣，然后將其油和污染物去除，其常在處理乳化油中應用。目前，常通過改進氣浮裝置以及將氣浮法和其他方法聯用進行含油污水處理。

李洪敏[24]等針對模擬油田含油量較高的采油污水，以波紋板油水分離器為基礎，結合加壓溶氣氣浮的方法對其進行除油效果的研究。結果表明，溫度為50 ℃，進水流量為70 L·h-1，加壓溶氣氣浮工藝的除油率可達86.4%，除油效果明顯。包木 太[25]等將氣浮、生物接觸氧化、超濾3種工藝相結合方式對油田回注水進行處理。結果表明，經過氣浮處理后，回注污水中油質量濃度降低至1 mg·L-1以下，再經過生化接觸氧化沉降后，回注污水中懸浮物質量濃度可以低于20 mg·L-1，超濾產水回收率可以達到80%以上。

2.5.2 吸附法

吸附法是利用吸附劑對含油污水進行吸附降解處理的方法。在吸附處理過程中，最重要的是吸附劑的選擇。應選擇具備吸油量大、吸水量較小、吸油速度快并且能夠重復使用的吸附材料。

劉宇[26]等通過氫氧化鉀活化法制備了花生殼基污泥活性炭，研究其吸附動力學過程。研究結果表明，當投加這種改性的活性炭2.0 g·L-1時，油的吸附去除率可提升到93%，且符合二級動力學模型。焦健[27]等將表面活性劑屬性的有機陰離子插入水滑石類物質LDHs，使親水性的水滑石類物質LDHs結構表面轉為疏水性，并且水滑石類物質表面改性后即能夠保留下來原有的吸附性能，又能提高其對具有疏水性的有機污染物去除功效，尤其是對含油污水的吸附處理。

3 改性活性炭纖維吸附電解法

3.1 改性活性炭纖維與電化學結合

在實際含油污水處理中，為了達到良好處理效果會將幾種方法聯用來提高處理性能，例如臭氧氧化-生物活性炭法。而改性活性炭纖維吸附電解法就是將吸附法和電化學法聯用去處理含油污水的一種方法。這種方法利用了活性炭纖維良好的吸附性能和電化學處理相結合。通過改性活性炭纖維，以改性后所獲得的優異吸附性能、良好導電性能及催化性更好促進了電化學的反應，從而可以提高含油污水的處理效率。

3.2 改性活性炭纖維吸附電解法優勢

改性活性炭纖維吸附電解法具有很多優點：①在最佳的實驗條件下，油的去除率較高；②活性炭纖維作為陽極多次循環使用仍可得到較高的去除率；③操作容易，方式簡單；④活性炭纖維材料可以通過一定方法進行再生處理，節能環保，降低成本。

4 結 論

隨著“碳達峰”和“碳中和”概念的提出以及人們對生態環境要求的不斷提高，含油污水的出水水質要求也在不斷的提高，所以采用新型的更加高效、環保的處理方式方法變得尤為重要。本文已經總結以上幾種現階段含油污水處理方法，但這些方法仍有些許不足之處，針對這些不足，今后的研究應從以下幾方面出發：

1）結合各種方法的優勢部分，吸取長處，通過多種處理工藝聯用的方式進行含油污水的處理方式，進而提高處理效率。

2）針對含油污水處理機理加強研究，深入探索，明確各階段各層次的處理原理與效能。

3）改性活性炭纖維電解吸附法，是一種高效且環保的含油污水處理方法。隨著吸附和電化學處理技術的不斷深入，改性后的活性炭纖維會在含油污水處理中具有良好的應用前景。

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Comparative Study on New Treatment Methods of Oily Wastewater at Present

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（College of Municipal and Environmental Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang Liaoning 110000, China）

The pollution status, sources and hazards of oily sewage were summarized.Physical, chemical, physical and biological methods for oily wastewater treatment were systematically introduced, and their advantages and disadvantages and development prospects were compared.Finally, a new electrochemical method using modified activated carbon fiber as electrode to treat oily wastewater was introduced.

Oily wastewater; Physical method; Chemical method; Biological method; Activated carbon fiber

X703

A

1004-0935（2022）04-0490-04

遼寧省教育廳資助基金項目，餐廚垃圾誘導剩余污泥增強L-乳酸菌發酵性能（項目編號：1nqn202011）。

2021-09-22

王冰（1983-），女，遼寧省鞍山市人，副教授，博士/博士后，2011年畢業于哈爾濱工業大學市政與環境工程學院，研究方向：污水微生物脫氮除磷研究、電混凝技術。

傅勇迪（1997-），男，滿族，碩士，研究方向：電催化氧化技術。