现阶段新型含油污水处理方法及对比研究

王冰，傅勇迪，许腾文

现阶段新型含油污水处理方法及对比研究

王冰，傅勇迪，许腾文

（沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110000）

综述了现阶段含油污水的污染现状、来源及危害。较系统地介绍了物理法、化学法、物理化学法、生物法等含油污水处理方法，并对其优缺点、发展前景进行比较。最后介绍了利用改性活性炭纤维作为电极的新型电化学法处理含油污水。

含油污水；物理法；化学法；生物法；活性炭纤维

近些年，石油工业的高速发展使人们的生活质量得到提升，但同样也对我们居住的环境造成严重的破坏。在石油开采和炼化过程中所产生的有毒有害物质未经有效处理直接排放入河流中，使水体受到污染、水质逐渐恶化。因此，对于生产过程中产生含油污水的处理问题变得尤为重要。

1 含油污水的污染现状

1.1 含油污水的来源及特点

含油污水产生的途径很多，主要来源于油田开采、石化炼油、钻井洗井、金属清洗等过程之中。我国现阶段采油的含水率较高，例如大庆油田采油后的出水率可以达到92%以上[1]。在油田开采过程中常常通过二次采油或者三次采油的方式来得到更高的采油率，其中三次采油中利用的三元复合驱技术所产生的含油污水成分具有乳化程度较高、黏性强、稳定性高的特点，处理时更加困难[2]。钻井及洗井废水含有铬元素，并且悬浮物多，色度较大。炼油废水则含有较多的硫化物、氰化物、酚等有害物质，如未经处理排放后会造成危害[3]。

1.2 含油污水的形态分类

含油污水中不仅含有油、金属离子、固体颗粒杂质以及各种盐类等成分，还包含在处理工艺过程中添加的混凝剂、絮凝剂、除垢剂等化学药剂的成分。根据含油污水在处理的过程中油存在形式不同可分为浮油、分散油、乳化油、溶解油[4]。

浮油，因油体本身体积小，缺少范德华力的束缚且比重力小，因此能漂浮于水面，形成油膜，油珠的粒径一般大于100 μm。

分散油，以细小的油滴悬浮于水中，其粒径大约10～100 μm。这类油滴不稳定，静置一段时间后会由于粒子间的布朗运动作用上升而形成浮油。

乳化油，粒径要小于分散油，油珠的粒径一般在0.1～2 μm，常常存在于乳化液中。在实际生产过程中为了增加其稳定性，会添加表面活性剂、乳化剂。非极性憎水性油滴在表面活性剂作用下已生成稳定结构，从而形成O/W型和W/O型含油乳化粒，使其更加难以处理。

溶解油，油类物质以分子的形式溶解于水中，溶解于水中部分油以分散的形态溶解于水溶液之中。这类油形态稳定，粒径相对乳化油更小。

2 含油污水的处理方法及对比

2.1 含油污水处理方法

含油污水在处理过程中，一般都是先将容易沉降的固体和液体分离，再将浮油、水以及乳化油进行分离。在实际的处理中，将多种方法联用处理效果更好[5]。目前国内的含油污水主要针对水中的油类以及悬浮物杂质进行去除。常用的含油污水处理方法包括：物理法，化学法以及生物法[6]。

2.2 物理法

2.2.1 重力分离法

重力分离法是利用油水的不相容性以及其密度差进行分离的方法。其中油滴的上浮速度是油水分离的关键。重力分离法可分为离心分离法、机械分离法以及隔油池法。其中隔油池法是最为简单常见处理方法。隔油池常常应用于石化废水处理工艺之中，在能去除粗颗粒等较大颗粒沉积物的同时，也能在后续处理过程中减少对絮凝剂的投加[7]。重力分离法结构简单，运行费低，但装置占用面积大，分离能力有限。目前重力分离法主要的发展前景是来结合聚结技术[8]，改造分离设备，从而提高分离效率。

莫同鸿[9]等将气浮分离高效性和水力旋流器分离快特性相结合，研制出了一种新型的除油设 备——气旋浮油水分离器。经过气悬浮油水分离优化后，油去除率可达89.6%。HU[10]等利用聚结技术优化，将聚氨酯树脂和纤维素纤维相结合，这种结合后的纤维结构更加稳定，油水分离的效果更好。

2.2.2 膜分离法

膜分离法是通过固体膜表面和液-液两相分散体系的亲和力的不同从而使其分离，主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等[11]。膜分离法常用于处理乳化油和溶解油，膜分离技术虽然在含油污水中得到一定应用，但在实际过程中常常会遇到例如膜难以清理、膜污染严重情况等问题。在含油污水处理方面，膜分离技术应该研制结构更加稳定的膜材料，从而降低膜的受污染程度。应将膜分离技术与其他技术联用来提高含油污水处理效率，以及降低运行成本[12]。

MALOGORZATA[13]等发现膜的亲水性能越好，膜受到污染程度越低，因此通过选择亲水性强的膜组件可以在一定程度上降低膜污染。王镭[14]等采用臭氧活化接枝丙烯酸侧链的PVDF材料制备出亲水性较高的超滤膜。结果表明，这种亲水性较高的超滤膜能截留85%的煤油。

2.3 生物法

生物法是利用微生物的代谢作用将复杂有机物分解成简单的无害化物质从而使水体得到净化的方法。目前处理工艺中常用到的是活性污泥法与生物滤池法[15]。生物法具有较好的处理效果，但运行的周期要相对较长。

石芳[16]利用微生物固定化技术，在有限空间内不仅使功能性菌株产生效能，也使生物稳定性得到提升，并提高了对含油污水的处理能力。杜卫东[17]等将接触氧化法和厌氧酸化法联用来处理含油污水。结果表明，经过16 h处理，COD去除率可以达到70%。

2.4 化学法

2.4.1 化学破乳法

化学破乳法是通过投加化学试剂（例如破乳剂）使乳化类含油废水破乳从而使油水分离的方法。该方法工艺简单，处理后水质较好，但是药品用量多，油品不易回收。

2.4.2 光催化氧化法

光催化氧化技术是使用半导体作为基础催化剂，以光为能量，将有机物分解成CO2和H2O。其中，把TiO2和ZnO作为常用的催化剂，且处理效果良好[18]。

李凡修[19]等研究了TiO2在紫外条件下光催化氧化处理含油污水过程中的影响因素。实验结果表明，当TiO2的投加量为0.5 g·L- 1时，光催化氧化降解时间为3 h，聚丙烯酰胺的去除率可达到90%以上。张运鸽[20]在碱性条件下，通过硝酸铝的水解作用以及双模板剂（CTAB和PEG-400）协同作用下，制备出具有双介孔结构Al2O3/TiO2光催化粒子（AVT），该粒子处理含油污水效果良好。

2.4.3 电催化氧化法

电催化氧化法就是利用具有催化性能的金属氧化物作为电极，在电解过程中产生羟基自由基来降解污水中的污染物，使其完全矿化为水和二氧化碳等无机小分子物质。电催化氧化法特点：处理效率高，一般在常温常压下就可进行；无需格外投加氧化还原剂，避免了由于药剂的投加而引起的二次污染问题[21]。

AHMADI[22]等利用电化学的方法，将铁作为电极进行含油污水处理，研究了混凝剂聚合氯化铝（PAC）的投加量以及电流密度对油去除率的影响。结果表明，在没有添加助凝剂的条件下油脂的去除率在63%～87%；当电流密度在10～11.5 mA·cm-2、添加H2O2和PAC的条件下，油脂的去除率可达到90%以上。

EL-ASHTOUKHY[23]等利用固定床阳极电化学反应器通过电絮凝方式对含油污水中酚类进行处理，研究了pH值、电流密度、苯酚初始浓度、NaCl电解质溶液的投加量对酚类化合物去除的影响。研究表明，在最佳条件下，经2 h处理后，酚类化合物的去除率达到90%以上。

2.5 物理化学法

2.5.1 气浮分离法

气浮分离法主要是通过在水中通入空气等其他气体，使其产生微小气泡，气泡上附着细小的油珠和固体杂质，上浮到水面并形成油渣，然后将其油和污染物去除，其常在处理乳化油中应用。目前，常通过改进气浮装置以及将气浮法和其他方法联用进行含油污水处理。

李洪敏[24]等针对模拟油田含油量较高的采油污水，以波纹板油水分离器为基础，结合加压溶气气浮的方法对其进行除油效果的研究。结果表明，温度为50 ℃，进水流量为70 L·h-1，加压溶气气浮工艺的除油率可达86.4%，除油效果明显。包木 太[25]等将气浮、生物接触氧化、超滤3种工艺相结合方式对油田回注水进行处理。结果表明，经过气浮处理后，回注污水中油质量浓度降低至1 mg·L-1以下，再经过生化接触氧化沉降后，回注污水中悬浮物质量浓度可以低于20 mg·L-1，超滤产水回收率可以达到80%以上。

2.5.2 吸附法

吸附法是利用吸附剂对含油污水进行吸附降解处理的方法。在吸附处理过程中，最重要的是吸附剂的选择。应选择具备吸油量大、吸水量较小、吸油速度快并且能够重复使用的吸附材料。

刘宇[26]等通过氢氧化钾活化法制备了花生壳基污泥活性炭，研究其吸附动力学过程。研究结果表明，当投加这种改性的活性炭2.0 g·L-1时，油的吸附去除率可提升到93%，且符合二级动力学模型。焦健[27]等将表面活性剂属性的有机阴离子插入水滑石类物质LDHs，使亲水性的水滑石类物质LDHs结构表面转为疏水性，并且水滑石类物质表面改性后即能够保留下来原有的吸附性能，又能提高其对具有疏水性的有机污染物去除功效，尤其是对含油污水的吸附处理。

3 改性活性炭纤维吸附电解法

3.1 改性活性炭纤维与电化学结合

在实际含油污水处理中，为了达到良好处理效果会将几种方法联用来提高处理性能，例如臭氧氧化-生物活性炭法。而改性活性炭纤维吸附电解法就是将吸附法和电化学法联用去处理含油污水的一种方法。这种方法利用了活性炭纤维良好的吸附性能和电化学处理相结合。通过改性活性炭纤维，以改性后所获得的优异吸附性能、良好导电性能及催化性更好促进了电化学的反应，从而可以提高含油污水的处理效率。

3.2 改性活性炭纤维吸附电解法优势

改性活性炭纤维吸附电解法具有很多优点：①在最佳的实验条件下，油的去除率较高；②活性炭纤维作为阳极多次循环使用仍可得到较高的去除率；③操作容易，方式简单；④活性炭纤维材料可以通过一定方法进行再生处理，节能环保，降低成本。

4 结 论

随着“碳达峰”和“碳中和”概念的提出以及人们对生态环境要求的不断提高，含油污水的出水水质要求也在不断的提高，所以采用新型的更加高效、环保的处理方式方法变得尤为重要。本文已经总结以上几种现阶段含油污水处理方法，但这些方法仍有些许不足之处，针对这些不足，今后的研究应从以下几方面出发：

1）结合各种方法的优势部分，吸取长处，通过多种处理工艺联用的方式进行含油污水的处理方式，进而提高处理效率。

2）针对含油污水处理机理加强研究，深入探索，明确各阶段各层次的处理原理与效能。

3）改性活性炭纤维电解吸附法，是一种高效且环保的含油污水处理方法。随着吸附和电化学处理技术的不断深入，改性后的活性炭纤维会在含油污水处理中具有良好的应用前景。

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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

辽宁省教育厅资助基金项目，餐厨垃圾诱导剩余污泥增强L-乳酸菌发酵性能（项目编号：1nqn202011）。

2021-09-22

王冰（1983-），女，辽宁省鞍山市人，副教授，博士/博士后，2011年毕业于哈尔滨工业大学市政与环境工程学院，研究方向：污水微生物脱氮除磷研究、电混凝技术。

傅勇迪（1997-），男，满族，硕士，研究方向：电催化氧化技术。