稠油采出水的人工濕地塘床處理系統(tǒng)設(shè)計
油田采出水中的主要污染物是石油開采過程中投加的高分子聚合物、表面活性劑、無機鹽，以及油水分離后剩余的原油，對這種廢水通常采用隔油、浮選、過濾等物理化學方法處理后回注地下或通過二級生化處理達標后排放，但是對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現(xiàn)對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)的復雜性，可通過氣/水、水/土界面的交換作用不斷與自然環(huán)境進行物質(zhì)交換，獲得植物和微生物代謝作用必需的營養(yǎng)物質(zhì)。由于植物根區(qū)強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)相當復雜(好氧微生物、兼性微生物和厭氧微生物同時共存)，可以有效凈化可生化性差、營養(yǎng)源匱乏的工業(yè)廢水。通過將其與其他處理方法的合理組合即復合人工濕地塘床系統(tǒng)可以實現(xiàn)對特稠油采出水的處理。
1 人工濕地塘床系統(tǒng)的設(shè)計
1.1 水質(zhì)和水量
遼河石油勘探局特油公司一號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)計流量為800m3/d。這種采出水的含油量和COD分別高達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(見表1)。
表1 廢水水質(zhì)
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1.2 工藝流程
預處理采用有效的隔油、浮選單元，從而保證了后處理單元對進水水質(zhì)的要求；生物后處理單元選用一次性基建費用和運行費用均較低的兼性穩(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)、處理目標和場地條件進行了單元系統(tǒng)的優(yōu)化組合，工藝流程見圖1。
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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，只有通過延長水力停留時間來實現(xiàn)，但停留時間過長勢必大大增加隔油池的占地面積和基建投資；若水力停留時間減少，不僅需要增加絮凝氣浮的去除負荷，使浮選藥劑投量增大，也會增大后續(xù)處理的難度，并且運行費用提高，浮渣量增多，同時將減少原油的回收量，降低廢水處理的經(jīng)濟效益，因此按常規(guī)工藝參數(shù)設(shè)計的普通隔油池無法實現(xiàn)分離功能，也無法通過氣浮處理去除殘油和COD，但通過合理延長水力停留時間來保證隔油池的出水水質(zhì)和滿足氣浮段的進水要求是可行的。
設(shè)平流隔油池2座，采用鏈條式刮油機刮油，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口端污泥斗)。
主要技術(shù)參數(shù)：
平均流量為10000m3/d，表面負荷為0.82m3/(m2·h)，水力停留時間為24h。
② 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。
③ 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)采用由兩臺處理量為50m3/h的壓力浮選機串聯(lián)組成的二級氣浮工藝。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離子PAM助凝劑。一級氣浮中投加較高濃度的陰離子絮凝劑和少量陽離子助凝劑，以大量削減殘余的油和懸浮物量。二級氣浮的藥劑投量降低，并將陽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，廢水通過鋼筋混凝土穿孔墻進入砂濾池。
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)計過水斷面為360.8m2，設(shè)計濾速為0.12m/h，設(shè)計反沖洗強度為14L/(m2·s)。
④ 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，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、標準的工程措施。廢水在塘內(nèi)利用藻類供氧和自然復氧等凈化過程，大大降低廢水處理的運行費用，加上構(gòu)筑物簡單(可利用原有養(yǎng)魚塘)，投資省、運行管理方便；另一方面作為冬貯塘，解決了廢水處理廠連續(xù)運行和人工蘆葦濕地間歇運行之間的矛盾。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制件并加防水劑防滲。
冬貯兼性塘Ⅰ主要設(shè)計參數(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)勢在于生長于其中的植物和與其相適應的微生物。廢水從生長有植物的介質(zhì)中流過，從而產(chǎn)生過濾、沉淀、吸附等物理作用及污染物與基質(zhì)間多種形式的化學反應，同時植物生長還有對污染物的吸收和同化作用，并且通過根莖葉向水體與基質(zhì)層供氧，使周圍的多種微生物在厭氧、兼氧、好氧等復雜狀態(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 鐵珩教授等進行的濕地處理研究結(jié)果表明[2～4]，采用該項技術(shù)處理油田采出水，對礦物油的凈化率達到80%以上，對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、二級濕地均由8個并聯(lián)的蘆葦床組成，蘆葦濕地承接冬貯兼性塘出水，水力停留時間為5.5～11d。
人工蘆葦濕地Ⅰ主要設(shè)計參數(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)計參數(shù)：
有效面積為19196m2，有效水深為0.3m，布水速率為2.54cm/d。
⑦ 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)計參數(shù)：
設(shè)計平均流量為800m3/d，水力停留時間為6h，表面負荷為0.17m3/(m2·h)。
2 經(jīng)濟分析
復合人工濕地塘床系統(tǒng)的處理費用比較低，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格較高(低于這種廢水回注地下的價格)，扣除工程總投資、運行成本和運輸費的效益額約為280萬元/a；該廢水處理廠進水含油率約為3%，原油回收率為50%，按此計算銷售原油收入不低于100萬元/a，扣除油泥處理費15萬元，凈效益不低于365萬元/a，投資回收期為3年，可見經(jīng)濟效益相當可觀。
3 結(jié)論
結(jié)合遼河油田濕地資源豐富的實際情況，采用復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，達到《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)的二級標 準(COD＜150mg/L，礦物油＜10mg/L)，不僅解決了這種廢水無法回注的問題，而且保護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，特稠油采出水處理廠也獲得了可觀的經(jīng)濟效益。
參考文獻：
[1]張立秋，王寶貞，王琳，等.處理城市污水的生態(tài)塘設(shè)計[J].中國給水排水,2000,16(2):38-40.
[2]籍國東,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].中國環(huán)境科學,2001,21(1):85-88.
[3]籍國東,孫鐵珩，常士俊，等.自由表面流人工濕地處理超稠油廢水[J].環(huán)境科學,2001,22(4):83-87.
[4]籍國東,孫鐵珩，常士俊，等.人工潛流濕地處理稠油采出水的實驗研究[J].環(huán)境科學學報,2001,21(5):619-621.
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