現(xiàn)河外排采油污水處理廠氨氮去除技術(shù)研究

技術(shù)檢測中心成果背景介紹東營市環(huán)保局2010年11月下發(fā)通知，轄區(qū)內(nèi)污水外排口于2011年1月1日起執(zhí)行山東省污水綜合排放一級標(biāo)準(zhǔn)（氨氮≤10mg/L），并于2011年6月30日后嚴(yán)格執(zhí)行此標(biāo)準(zhǔn)，對2011年6月30日后仍不能達(dá)到新排放標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)，將采取警告、停產(chǎn)整頓、關(guān)停等處理措施。一級標(biāo)準(zhǔn)主要指標(biāo)見下表。序號污染物國家標(biāo)準(zhǔn)限值山東省地方標(biāo)準(zhǔn)限值二級標(biāo)準(zhǔn)（GB8978-1996）半島流域標(biāo)準(zhǔn)(DB37/676-2007)二級標(biāo)準(zhǔn)一級標(biāo)準(zhǔn)1化學(xué)需氧量(COD)150100602石油類105.03.03氨氮2515104總有機碳（TOC）303020勝利油田現(xiàn)河外排污水處理廠擔(dān)負(fù)著現(xiàn)河采油廠富裕采油污水達(dá)標(biāo)處理并外排的任務(wù)，2011年1月至4月，根據(jù)油田環(huán)境監(jiān)測總站監(jiān)測數(shù)據(jù)，若執(zhí)行新污水排放標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)河污水處理廠外排采油污水中氨氮污染物的濃度范圍為15mg/L-26mg/L，氨氮超標(biāo)率100%，超標(biāo)倍數(shù)1.5—2.6。技術(shù)檢測中心一、成果背景介紹為實現(xiàn)外排采油污水氨氮污染物濃度達(dá)標(biāo)外排，保障油田生產(chǎn)，保護(hù)當(dāng)?shù)厮h(huán)境，我們對目前負(fù)責(zé)運營管理的現(xiàn)河污水處理廠（又名粉煤灰污水處理廠）運行情況進(jìn)行了分析，對存在的問題進(jìn)行了總結(jié)，開展氨氮去除專項技術(shù)研究。此項研究成果具有操作成本低廉，實踐應(yīng)用效果好的突出優(yōu)點。目前此項成果已于現(xiàn)河外排采油污水處理廠成功應(yīng)用，外排采油污水氨氮污染物濃度大幅下降，低于東營市發(fā)布的新污染物濃度標(biāo)準(zhǔn)（省一級排放標(biāo)準(zhǔn)），成功實現(xiàn)了氨氮污染物濃度的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，既保障了油田生產(chǎn)，節(jié)約了成本，也產(chǎn)生了巨大的環(huán)境效益。技術(shù)檢測中心二、主要研究內(nèi)容現(xiàn)河污水處理廠利用粉煤灰吸附加氧化塘工藝處理現(xiàn)河采油廢水，主要流程如下圖。結(jié)合現(xiàn)河采油污水水質(zhì)特點及現(xiàn)河污水處理廠設(shè)備現(xiàn)狀，考察了在實驗室內(nèi)條件下和現(xiàn)場實踐條件下使用物理化學(xué)法和電化學(xué)氧化法去除氨氮的可行性，并結(jié)合氧化塘工藝進(jìn)行氨氮高效去除的相關(guān)研究。技術(shù)檢測中心三、研究成果1、確定了pH因素對氨氮污染物去除的影響規(guī)律

通過開展室內(nèi)實驗研究，確定了pH因素對氨氮污染物的去除規(guī)律，并得到室內(nèi)實驗最佳pH值為11的結(jié)論。根據(jù)室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)，我們又在污水處理現(xiàn)場開展實驗，最終綜合成本等各項因素考慮，確定現(xiàn)場調(diào)節(jié)pH值為10至11之間。 技術(shù)檢測中心三、研究成果2、確定了曝氣因素對氨氮污染物去除的影響規(guī)律

通過開展室內(nèi)實驗研究，確定了曝氣因素對氨氮污染物的去除規(guī)律，并得到曝氣前2小時，游離氨從污水中脫出速度較快，當(dāng)曝氣時間超過3小時后，氨氮去除率增長速度放緩的結(jié)論。 2.1建立了氧化塘污染物降解規(guī)律公式

L=L0e-Kc*tL－t時刻有機物的剩余生物化學(xué)需氧量

L0－初始時刻有機物的總生物化學(xué)需氧量

Kc—含碳有機物的降解速度常數(shù)，為溫度的函數(shù)實驗室測定Kc值：通過實驗室中測定生化需氧量（BOD）和時間的關(guān)系考慮粉煤灰的吸附作用，根據(jù)托馬斯（H·Thomas）提出的流動水體中BOD衰減的另一個原因—沉淀，如果反映生化作用和沉淀作用的BOD衰減速度常數(shù)分別為Kd和Ks，則

Kc＝Kd+Ks

技術(shù)檢測中心三、研究成果根據(jù)K·Bosko研究的水體中生化作用的BOD衰減速度常數(shù)Kd和實驗室的數(shù)值Kc之間的關(guān)系：η為河床活度常數(shù)，綜合反映氧化塘對有機物生化降解作用的影響，則氧化塘BOD的變化規(guī)律滿足下式：氨氮污染物進(jìn)入氧化塘后，同樣發(fā)生生物化學(xué)氧化過程：Kd＝Kc+η

uxHLc=L0〔exp（-Kcxux）〕LN=LN0〔exp（-KNxux）〕2.1建立了氧化塘污染物降解規(guī)律公式技術(shù)檢測中心三、研究成果2.2建立了氧化塘垂氧規(guī)律公式dtdC=KLAV(Cs-C)水中溶解氧的主要來源是大氣。氧氣由大氣進(jìn)入水中的質(zhì)量傳遞速度：

C-河流水中溶解氧的濃度，Cs-河流水中飽和溶解氧的濃度，KL-質(zhì)量傳遞系數(shù)A-氣體擴散的表面積，V-水的體積S-P氧垂公式O—河流中的溶解氧值，Os—飽和溶解氧值，L0－河流起始點的BOD值D0－河流起始點的氧虧值，Dc－臨界點的氧虧值，tc—由起始點到臨界點的流經(jīng)時間O=Os-D=Os-Ka-Kd[e-Kdt-e-Ka

t]-D0e-KatKdL0技術(shù)檢測中心三、研究成果2.3建立氧化塘曝氣方法氧化塘BOD、氨氮等污染物生化降解耗氧量先迅速增大，后趨于平緩。因此1號、2號氧化塘耗氧量最大。由復(fù)氧曲線公式可以看出，受塘面積、容積限制，氧化塘自身復(fù)氧能力基本確定，復(fù)氧曲線變化不大。由于耗氧曲線受進(jìn)水氨氮濃度LN0、衰減速度常數(shù)KN影響變化較大，而現(xiàn)場多種情況下無法對LN0、KN實現(xiàn)有效控制，因此須調(diào)節(jié)氧化塘曝氣量（如圖8所示），及時對臨界氧虧值的水體進(jìn)行曝氣，以增大復(fù)氧能力，減小Dc值。技術(shù)檢測中心三、研究成果2.4確定曝氣點位如上圖所示，3號點位較2號點位DO值高，5號點位較4號點位DO值高，7號點位較6號點位DO值高。這是因為涵洞落差導(dǎo)致DO值的增大。去掉涵洞落差因素，則氧化塘水體DO值符合S-P氧垂規(guī)律公式，為提高Dc值，增大氧化塘復(fù)氧能力，應(yīng)于4號、6號點位加強曝氣。技術(shù)檢測中心三、研究成果技術(shù)檢測中心三、研究成果2.5研究其他影響氧化塘氧垂規(guī)律的因素2、底棲動物和沉淀物的耗氧底泥耗氧的主要原因是由于底泥中的耗氧物返回到水中和底泥頂層耗氧物質(zhì)的氧化分解，以及魚類等水生生物呼吸耗氧。粉煤灰場氧化塘屬天然穩(wěn)定塘，這種氧耗可視為常數(shù)。1、氧化塘水生藻類的光合作用和呼吸作用水生植物的光合作用是氧化塘溶解氧的另一個重要來源。假定光合作用的速度隨著光照強度的變化而變化。中午光照強度最大時，產(chǎn)氧速度最快，夜晚沒有光照時，產(chǎn)氧速度為零。藻類的呼吸作用要消耗河水中的溶解氧，通常把藻類呼吸耗氧速度看作是常數(shù)。氧化塘每年都產(chǎn)生大量藻類植物。藻類在生長過程中，光合作用大于呼吸作用，對氧化塘水體有益。而在衰老、死亡過程中，呼吸作用大于光合作用，則對水體溶解氧的增加起副作用，應(yīng)及時打撈清除。技術(shù)檢測中心三、研究成果3、開展實驗，研究了電化學(xué)氧化法去除氨氮污染物的可行性

實驗得到電化學(xué)氧化對氨氮去除率隨著電化學(xué)氧化時間的增加而增大，2min時去除率達(dá)到40%，30min時去除率可達(dá)到99%的實驗結(jié)果，取得了電化學(xué)氧化法去除外排采油污水氨氮污染物研究的大量第一手?jǐn)?shù)據(jù)，為油田領(lǐng)導(dǎo)的決策提供了依據(jù)。除了物理化學(xué)方法外，我們還設(shè)計組裝了電化學(xué)氧化實驗裝置，考察了電化學(xué)氧化法去除氨氮污染物的可行性。 電解時間氨氮濃度去除率0min67.4

2min39.341.74%5min29.356.57%10min0.1999.72%30min0.0999.87%技術(shù)檢測中心四、主要創(chuàng)新點提出通過投加堿性藥劑去除采油污水中氨氮污染物的方法，并明確了最佳的投加方法和投加量。(2)建立了描述氧化塘污染物降解規(guī)律的建模方法，并詳細(xì)描述了氧化塘污染物的降解規(guī)律。(3)提出通過曝氣去除采油污水中氨氮污染物的方法，并明確了最佳曝氣點位和最佳曝氣量。(4)開展了電化學(xué)氧化法去除采油污水中氨氮污染物的研究，并獲得第一手資料。技術(shù)檢測中心五、成果應(yīng)用情況1、成果應(yīng)用后，外排水成功實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

2011年8月至10月，污水處理廠出水氨氮波動范圍為0.025—5.0mg/L，實現(xiàn)了穩(wěn)定達(dá)標(biāo)外排。月份周進(jìn)水量/m3進(jìn)水氨氮

mg/L出水氨氮

mg/L8月35696128.00.0254688678.00.6004920871.01.5604975078.02.2059月4945970.12.2006012272.43.1006810674.45.0006604370.83.70010月6212576.03.7006111872.93.8005272479.21.4004885373.30.340技術(shù)檢測中心五、成果應(yīng)用情況2、成果應(yīng)用后，取得的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益顯著。

環(huán)境效益：研究成果于現(xiàn)場實施后，現(xiàn)河外排采油污水氨氮濃度從15mg/L-26mg/L降低至5mg/L以下，2011年5月至2012年5月一年間，累計實現(xiàn)氨氮減排達(dá)3.32噸以上。目前，污水排放口出現(xiàn)大量魚類等水生生物，產(chǎn)生了巨大的環(huán)境效益。經(jīng)濟(jì)效益：

(1)研究成果于現(xiàn)場實施后，現(xiàn)河污水處理廠實現(xiàn)了采油污水達(dá)標(biāo)排放，避免了東營市的超標(biāo)處罰，使現(xiàn)河采油廠得以增開油井，提高采出液量，增加了產(chǎn)量。

(2)研究成果于現(xiàn)場實施后，現(xiàn)河污水處理廠綜合處理成本為0.93元/m3，而現(xiàn)河污水回注成本為10元/m3以上。2011年5月至2012年5月，處理廠累計達(dá)標(biāo)處理采油污水221.18萬方，僅注水成本一項，2011年5月至2012年5月間至少節(jié)省了2006.1萬元。技術(shù)檢測中心六、成果推廣前景

本課題研究的外排采油污水氨氮去除技術(shù)，在樁西、孤東外排采油污水處理廠同樣適用，具有良好的推廣前景。據(jù)悉，2013年東營市將執(zhí)行更為嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，屆時本課題的研究成果將為保障油田原油產(chǎn)量、保護(hù)當(dāng)?shù)厮h(huán)境做出更大貢獻(xiàn)。目前，勝利油田使用氧化塘技術(shù)處理采油污水的外排污水處理廠共有3個，分別是現(xiàn)河污水處