稠油采出水的人工湿地塘床处理系统设计

籍国东，孙铁珩，郭书海，马学军，李陪军
(中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁沈阳 110016)

　　摘　要：介绍了复合人工湿地塘床系统在辽河油田特稠油采出水处理中的设计和应用情况，经该系统处理后，特稠油采出水可以实现达标排放。?
　　关键词：特稠油采出水；人工湿地；稳定塘
　　中图分类号：X703
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)05-0062-03

　　油田采出水中的主要污染物是石油开采过程中投加的高分子聚合物、表面活性剂、无机盐，以及油水分离后剩余的原油，对这种废水通常采用隔油、浮选、过滤等物理化学方法处理后回注地下或通过二级生化处理达标后排放，但是对于特稠油乳化段废水，由于水包油、氮磷含量低、且含有大量难生物降解的人工合成有机高分子化合物和胶质沥青，使得普通活性污泥工艺难以实现对COD的有效降解。废水土地处理系统，与普通活性污泥工艺相比，由于其系统的复杂性，可通过气/水、水/土界面的交换作用不断与自然环境进行物质交换，获得植物和微生物代谢作用必需的营养物质。由于植物根区强大的输氧功能为微生物提供了良好的生存环境，使得系统中微生物的种群结构相当复杂(好氧微生物、兼性微生物和厌氧微生物同时共存)，可以有效净化可生化性差、营养源匮乏的工业废水。通过将其与其他处理方法的合理组合即复合人工湿地塘床系统可以实现对特稠油采出水的处理。

1 　人工湿地塘床系统的设计

1.1 水质和水量
　　辽河石油勘探局特油公司一号集中处理站处理原油量为(5～10)×10⁵t/a，特稠油采出水量为500～1500m³/d，据此确定设计流量为800m³/d。这种采出水的含油量和COD分别高达10000mg/L和30000mg/L，氮、磷和BOD₅含量非常低，BOD₅∶COD仅为0.018～0.088，可生化性极差(见表1)。?

表1 废水水质 水质指标 进水 隔油/浮选出水 pH 6～8 6～8 COD(mg/L) ≤30000 560 石油类(mg/L) ≤10 000 24 BOD₅(mg/L) 150 35 TN(mg/L) 　 6.5 TP(mg/L) 　 0.5

1.2 工艺流程
　　预处理采用有效的隔油、浮选单元，从而保证了后处理单元对进水水质的要求；生物后处理单元选用一次性基建费用和运行费用均较低的兼性稳定塘，增加了厌氧塘和湿地处理单元；为提高自然处理系统的净化效率，按照废水的性质、处理目标和场地条件进行了单元系统的优化组合，工艺流程见图1。?

1.3 处理构筑物
　　① 隔油池
　　由于废水含油量高且特稠油的体积质量与水接近，因此污染物沉降速度非常小、分离难度大。在不投加混凝药剂的情况下，若完全依靠重力分离，只有通过延长水力停留时间来实现，但停留时间过长势必大大增加隔油池的占地面积和基建投资；若水力停留时间减少，不仅需要增加絮凝气浮的去除负荷，使浮选药剂投量增大，也会增大后续处理的难度，并且运行费用提高，浮渣量增多，同时将减少原油的回收量，降低废水处理的经济效益，因此按常规工艺参数设计的普通隔油池无法实现分离功能，也无法通过气浮处理去除残油和COD，但通过合理延长水力停留时间来保证隔油池的出水水质和满足气浮段的进水要求是可行的。?
　　设平流隔油池2座，采用链条式刮油机刮油，并将浮油推向池末端，而在池的底部可起到刮泥的作用(将下沉的油泥刮向池的进口端污泥斗)。
　　主要技术参数：?
　　平均流量为10000m³/d，表面负荷为0.82m³/(m²·h)，水力停留时间为24h。?
　　② 调节池?
　　设调节池1座，承接隔油池出水。?
　　主要技术参数：?
　　有效长度为15m，有效宽度为14.6m，有效水深为1.5m，有效容积为386.4m3，池底设100mm蒸气管。?
　　③ 气浮单元和砂滤池?
　　调节池出水的含油量和悬浮物浓度仍然很高，为了去除这部分物质采用由两台处理量为50m³/h的压力浮选机串联组成的二级气浮工艺。气浮所用浮选剂选用以聚合氯化铝为基质的阴离子絮凝剂和阳离子PAM助凝剂。一级气浮中投加较高浓度的阴离子絮凝剂和少量阳离子助凝剂，以大量削减残余的油和悬浮物量。二级气浮的药剂投量降低，并将阳离子助凝剂控制在不影响后续生物处理的范围内。设5座砂滤池，均采用夹层式结构，中间放石英砂，废水通过钢筋混凝土穿孔墙进入砂滤池。?
　　砂滤池主要技术参数：有效水深为2m，池底设100mm蒸气管，设计过水断面为360.8m²，设计滤速为0.12m/h，设计反冲洗强度为14L/(m2·s)。?
　　④ 厌氧塘?
　　厌氧塘的引入主要是改变废水的COD组成，使其可生化性增强，为下一阶段的处理创造有利条件。设厌氧塘1座，内坡及塘底铺设10cm厚的钢筋混凝土水泥预制件并加防水剂防渗 。?
　　厌氧塘主要技术参数：?
　　有效面积为3600m²，有效水深为5m，水力停留时间为22.5d。?
　　⑤ 冬贮兼性塘?
　　冬贮兼性塘具有双重功能，一方面作为废水处理单元，具有天然生物塘的主要特征^[1]，并辅以规范、标准的工程措施。废水在塘内利用藻类供氧和自然复氧等净化过程，大大降低废水处理的运行费用，加上构筑物简单(可利用原有养鱼塘)，投资省、运行管理方便；另一方面作为冬贮塘，解决了废水处理厂连续运行和人工芦苇湿地间歇运行之间的矛盾。该工程设冬贮兼性塘3座，总有效面积为31600m²，有效容积为77597m³，表面负荷为0.0013m³/(m²·h)，内坡及塘底铺设10cm厚的钢筋混凝土水泥预制件并加防水剂防渗。?
　　冬贮兼性塘Ⅰ主要设计参数：?
　　有效面积为11050m²，有效水深为2.5m。
　　冬贮兼性塘Ⅱ主要设计参数：?
　　有效面积为10275m²，有效水深为2.5m。
　　冬贮兼性塘Ⅲ主要设计参数：?
　　有效面积为10275m²，有效水深为2.5m。
　　⑥ 人工芦苇湿地?
　　人工湿地废水处理系统的优势在于生长于其中的植物和与其相适应的微生物。废水从生长有植物的介质中流过，从而产生过滤、沉淀、吸附等物理作用及污染物与基质间多种形式的化学反应，同时植物生长还有对污染物的吸收和同化作用，并且通过根茎叶向水体与基质层供氧，使周围的多种微生物在厌氧、兼氧、好氧等复杂状态下消化降解污染物。它是污水土 地处理系统中应用最为成功、最为广泛的成熟技术，是废水传统处理的革新(替代)技术。孙 铁珩教授等进行的湿地处理研究结果表明^[2～4]，采用该项技术处理油田采出水，对矿物油的净化率达到80%以上，对COD的去除率也在70%以上，这就为该工程引入人工芦苇湿地系统提供了重要的依据。?
　　一、二级湿地均由8个并联的芦苇床组成，芦苇湿地承接冬贮兼性塘出水，水力停留时间为5.5～11d。?
　　人工芦苇湿地Ⅰ主要设计参数：
　　有效面积为17340m²，有效水深为0.3m，布水速率为2.54cm/d。?
　　人工芦苇湿地Ⅱ主要设计参数：
　　有效面积为19196m²，有效水深为0.3m，布水速率为2.54cm/d。?
　　⑦ 集水池?
　　人工芦苇湿地Ⅱ出水经集水渠流入集水池，集水池的设计参数：?
　　设计平均流量为800m³/d，水力停留时间为6h，表面负荷为0.17m³/(m²·h)。?

2　经济分析

　　复合人工湿地塘床系统的处理费用比较低，仅为普通活性污泥工艺的1/4～1/2。由于该公司接收废水的价格较高(低于这种废水回注地下的价格)，扣除工程总投资、运行成本和运输费的效益额约为280万元/a；该废水处理厂进水含油率约为3%，原油回收率为50%，按此计算销售原油收入不低于100万元/a，扣除油泥处理费15万元，净效益不低于365万元/a，投资回收期为3年，可见经济效益相当可观。

3 　结论

　　结合辽河油田湿地资源丰富的实际情况，采用复合人工湿地塘床系统处理特稠油采出水是可行的。系统的出水水质稳定，达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)的二级标 准(COD＜150mg/L，矿物油＜10mg/L)，不仅解决了这种废水无法回注的问题，而且保护了辽河三角洲湿地资源和渤海近海海域的水环境，具有很好的环境效益。同时，特稠油采出水处理厂也获得了可观的经济效益。

参考文献：

　　[1]张立秋，王宝贞，王琳，等.处理城市污水的生态塘设计[J].中国给水排水,2000,16(2):38-40.
　　[2]籍国东,孙铁珩，常士俊，等.辽河油田超稠油废水潜流湿地处理系统研究[J].中国环境科学,2001,21(1):85-88.
　　[3]籍国东,孙铁珩，常士俊，等.自由表面流人工湿地处理超稠油废水[J].环境科学,2001,22(4):83-87.
　　[4]籍国东,孙铁珩，常士俊，等.人工潜流湿地处理稠油采出水的实验研究[J].环境科学学报,2001,21(5):619-621.

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　　收稿日期：2001-10-09