微生物能够降解石油烃已经被大量文献报道，水解酸化—好氧工艺应用于油田采油污水处理时，水解酸化过程可使采油污水中的酮类、芳烃得到较好的降解，醇类和酸类的相对组成提高，可生化性提高，后续结合好氧处理能取得较好的处理效果。然而，很多油田采出水高温、高矿化度的特点，在很大程度上制约了生化处理技术的使用。因为较高的污水温度仅适合嗜热微生物的生长，非嗜热菌会发生原生质胶体的变性、蛋白质和酶的损伤、变性，生活机能异常或丧失，最终导致死亡。在高盐情况下，不论是使用好氧生物处理，还是厌氧、缺氧生物处理，均会对微生物的正常代谢产生不利影响，会发生微生物细胞原生质分离、脱氢酶活性降低等，造成处理系统悬浮物增多，生物絮凝作用下降等现象。通过筛选、驯化复合高效耐盐耐高温微生物来保证处理效果，虽然能取得较好的效果，但投菌的成本较高，生物活性也容易降低。因此，研究能够持续处理高温、高盐采油污水的生化处理技术难度很大。
本研究针对某油田稠油含油污水，通过驯化能够降解此类污染物的复合菌，采用生物膜水解酸化—接触氧化—两级缺氧工艺对能够持续处理该污水的适合条件进行了研究。
1 试验材料与方法
1.1 试验装置
采用水解酸化—接触氧化—两级缺氧联合工艺，试验装置为碳钢制圆柱形反应器。其中水解酸化和接触氧化装置有效容积分别为18 L，两级缺氧装置有效容积分别为9 L，装置总容积为54 L。装置中填充体积为总容积20%的复合填料，采用自制数显电热系统进行温度控制，调节精度为±0.5 ℃。
1.2 试验用水
试验采用某油田稠油污水，其废水COD 3 450 mg/L，BOD 5 699 mg/L，油830 mg/L，盐12.5 g/L，氨氮7.85 mg/L，温度58 ℃。实验中污水中的油含量根据需要进行稀释，盐含量随实验需要投加NaCl，且在进反应器前按m(COD)∶m(N)∶m(P)=100∶5∶1投加NH4Cl和KH2PO4。
1.3 分析项目及方法
COD：重铬酸盐法;油含量：红外分光光度法;DO：OX1330型便携式溶氧仪;pH：pHS-25型pH 计;微生物相：OLYMPUS COVER-108镜检。
1.4 微生物驯化和启动
接种污泥取自某污水处理厂。将污泥投加于各反应器，使得投加后反应器内的污泥质量浓度为20 g/L。启动初期采用混合进水，即V(生活污水)∶V(含油污水)=1∶4，后根据挂膜情况逐渐减少生活污水，直至全部采用含油污水。待水解酸化和缺氧反应器内出水由浑浊逐渐变清，并伴有气泡产生，填料上污泥呈灰黑色;好氧反应器内出水逐渐清澈，膜组件上悬挂了大量黄褐色生物膜，由此表明反应器挂膜初步成功。微生物生长稳定后，采取连续进水试运行，在出水COD和油的去除率均稳定在60%以上时，认为驯化成功。
2 结果与分析
利用水解酸化—接触氧化—两级缺氧工艺对该稠油污水进行了6个月的处理试验。考察了停留时间、温度、油含量、盐含量对去除效果的影响。试验阶段，水解酸化池溶解氧保持在0.5 mg/L左右，pH为6.0左右，接触氧化池溶解氧在2~4 mg/L，pH为7.0左右，而一级缺氧段溶解氧保持在0.9 mg/L以下，二级缺氧段溶解氧低于0.5 mg/L，pH在6.0~7.5。
2.1 水力停留时间对处理效果的影响
在温度为30 ℃时，考察了水力停留时间分别为18、24、36、48 h时污水的处理情况，结果见图 1。
由图 1可以看出，进水中油质量浓度在20~60 mg/L时，原油去除率随停留时间的增加而提高，不同停留时间下，出水中油质量浓度均低于10 mg/L。其中水力停留时间为48 h时，原油去除率可达到82%，平均出水油质量浓度为4.3 mg/L，这也基本说明了含油污水的生化降解速率较低，需要较长时间降解的结论。实验表明，工艺较适合的停留时间为24 h，该段实验内，在日均进水油质量浓度为39.6 mg/L时，出水油质量浓度在10 mg/L左右。
2.2 温度对处理效果的影响
选定工艺停留时间为24 h，采用整体工艺分阶段升温方式，考察温度对处理效果的影响，试验分为6个阶段，共历时2个月。其中温度为35~60 ℃，每间隔5 ℃作为一个考察阶段，试验的每个阶段首日升温2 ℃，次日升温3 ℃，稳定运行1 d后进行一周的监测，实验结果见图 2、图 3。
实验过程中发现，运行温度达到55 ℃及以上时，从表观上来看，水解酸化及缺氧段反应器生物膜的生长情况良好，但接触氧化反应器由于受到温度条件的抑制，出现膜脱落现象。延长适应时间后，在温度提高到60 ℃时未出现系统崩溃的情况。在该反应器稳定运行阶段，COD和石油类的去除率均在70%左右，并没有因为温度的上升而有明显变化，表现出普通生物污泥驯化后处理含油污水较好的高温适应能力。
2.3 进水油含量对处理效果的影响
因实际工艺过程中，水解酸化段温度最高，之后的处理段温度降低。根据污水处理厂的实际温度，实验中，控制水解酸化段温度为53 ℃，接触氧化段和缺氧段温度为35 ℃，停留时间为24 h。其间，采取按比例稀释原水的方式，以间隔7 d为一阶段，调节1次进水油含量，各阶段的平均油质量浓度分别为15.7、28.8、42.5、58.9、139.5 mg/L。
运行的结果如图 4所示，进水平均油质量浓度为15.7、28.8 mg/L时，对油的去除率为70%左右，出水中油质量浓度低于10 mg/L。而在进水油含量较高时，去除率提高2%~14%，但出水油含量也随着进水油含量的提高而明显增加，在进水平均油质量浓度大于42.5 mg/L时，出水油质量浓度将超过15 mg/L。
实验发现，平均进水油质量浓度为139.5 mg/L的运行阶段，取得80%以上的去除率，但水解酸化池漂浮油量增加水面浮油增多，出水也变浑浊，装置受油冲击影响严重。因此，进水油质量浓度为30~40 mg/L是本生物法能否有效去除水中油的临界范围。
2.4 盐含量对处理效果的影响
基于采油污水普遍盐含量较高的特点，保持水解酸化段温度为53 ℃，接触氧化段和缺氧段温度为35 ℃，考察了该生化处理工艺对不同盐含量的抗冲击能力，其中盐含量以按比例添加单一NaCl的形式，调节至考察浓度。每次调节进水盐含量，稳定运行7 d，运行结果见图 5。
由图 5可以看出，在进水油质量浓度约为30 mg/L，盐质量浓度为4~20 g/L的各阶段，原油去除率稳定在60%左右，但低于不加盐时的去除率。此过程中，在初始盐质量浓度超过8 g/L时，出现了接触氧化单元溶解氧降低，生物膜出现脱落，装置出水浑浊的现象，表明生化系统受到冲击。此时，控制进水油含量不变，将水力停留时间由24 h提高至36 h后，运行状况逐渐改善。在油质量浓度为12.8 mg/L，盐质量浓度为40 g/L时，出水油质量浓度仍可稳定在7.0 mg/L以下，去除率达到46%左右，表现出一定的高耐盐性。
2.5 影响因素分析
实验发现，增加水力停留时间并没有使出水油含量降到非常低的水平，而进水初始油含量降低也未能使原油得到彻底降解，这说明污水油含量低时微生物对原油的利用度降低。因此，用生物法对含油污水进行深度处理时应考虑对水中原油的富集，以提高生物法的处理效果。此外，微生物的生长数量及降解原油的速率并不因为油含量的增加而明显提高，原油的物理状态和化学性质很可能影响了工艺对高浓度含油污水的去除。
相关研究表明，20 ℃时的石油烃微生物降解率比10 ℃时高，在40 ℃以上时，石油烃对细胞膜的毒性不断增加，降解率的提高受到制约。观察本实验在35~60 ℃运行的情况，可以看出温度对接触氧化处理影响明显，符合温度高于40 ℃时生物活性降低的规律，但厌氧段微生物在该温度范围仍然能够较好地生长，因此对该工艺对原油的去除率并没有较大的影响。但从整个工艺运行稳定性方面来看，随着温度的升高稳定性有所降低，活跃微生物的数量和种类也发生明显变化。造成上述现象的原因可能是普通驯化污泥的适应性问题。李大平等采用接触氧化工艺进行含油废水的中试试验，筛选出的嗜热降解功能菌在60～67 ℃可取得较好的处理效果，说明筛选驯化嗜热微生物处理高温含油污水具有一定的可行性。
本实验中，低盐(4 g/L)条件对微生物有一定刺激作用，系统稳定性较好;随着盐含量的提高造成污泥量增多，缺氧段产气量减少;可采取盐含量缓慢提高的方式使微生物逐渐适应新环境，没有对系统造成严重冲击。
延长适应时间、降低油含量，系统在40 g/L的盐质量浓度下，仍然稳定运行。通过镜检发现，同未加入NaCl阶段相比，微生物在不同的处理单元中呈现不同的种属和数量的规律没有变化。同样，水解酸化段活跃微生物较少，接触氧化段较多，一级缺氧段最少，活跃最多的为二级缺氧段，且此段的微生物种类也更多。这表明水解酸化段和一级缺氧段分解了难降解有机物，为接触氧化和二级缺氧微生物提供了较好的碳源。
文献表明，不同的污水、各种工艺的处理效果有所差别，但盐含量对处理效果有明显的负面影响是普遍的事实，本实验采用水解酸化、接触氧化、缺氧结合的工艺，选择的复合填料为微生物提供了较好的生存环境，在处理含油污水中表现了普遍的规律和良好的适应性。
3 结论
(1)从实验结果看，试验用稠油污水的生化性尚好。通过驯化培养普通污泥细菌，采用水解酸化—接触氧化—两级缺氧工艺处理该污水，在进水油质量浓度不高于40 mg/L时，可以在35~60 ℃稳定运行，出水油含量和COD可以达到70%的去除率。
(2)在厌氧温度为53 ℃，接触氧化、缺氧温度为35 ℃、HRT为36 h、进水油质量浓度约30 mg/L、盐质量浓度为4~20 g/L时，该工艺能够稳定运行，原油去除率可达到60%左右。在低油负荷(油质量浓度为12.8 mg/L)，盐质量浓度为40 g/L时，原油去除率仍能保持46%左右，表明该工艺处理高温高盐含油污水具有技术可行性。
(3)生物法处理该稠油污水时，进水油质量浓度低于40 mg/L很重要，也是污水能否处理达标排放的关键。
原标题：高温高盐稠油污水处理技术工艺
