徐昆鵬

（上海茸一檢測(cè)技術(shù)有限公司，上海 201600）

0 引言

含油廢水是工業(yè)排放廢水的主要成分之一。大量含油廢水是由食品和飲料產(chǎn)生的，但從脂肪、碳?xì)浠衔锖筒裼汀⑵秃兔河偷仁宛s分來(lái)看，溶于水中的大部分來(lái)自石化和金屬加工行業(yè)。這些成分以水包油乳劑的形式存在[1]。含油廢水對(duì)人體健康具有致癌性和誘變性，對(duì)植物生長(zhǎng)也有抑制作用。含油污水排放不經(jīng)適當(dāng)處理，會(huì)增加水體的生物需氧量和化學(xué)需氧量，在水面形成一層減少陽(yáng)光對(duì)水體的滲透膜，從而破壞水生生態(tài)系統(tǒng)[2]。因此，處理含油廢水對(duì)減少其對(duì)環(huán)境和人類的影響至關(guān)重要，從含油廢水中回收油也具有經(jīng)濟(jì)效益[3]。2018年以來(lái)的三年里，在污水處理方面取得了許多技術(shù)進(jìn)步。取得這些成就的主要原因是多學(xué)科的方法，材料科學(xué)的進(jìn)步，特別是納米材料和技術(shù)集成。在本文中，詳細(xì)討論了2018年以來(lái)利用常規(guī)技術(shù)所做的工作和現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)步，將有助于研究人員和行業(yè)發(fā)現(xiàn)含油廢水處理系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的差距，并引導(dǎo)他們努力朝著正確的方向發(fā)展，以獲得更好的處理效果[4-7]。

1 傳統(tǒng)的含油廢水凈化方法

1.1 物理法

含油廢水凈化的物理方法可分為重力分離法(GS)和溶解氣浮法(DAF)。GS系統(tǒng)是基于油和水之間的密度差。油水之間需要有很大的密度差才能實(shí)現(xiàn)良好的分離。目前，GS作為分散浮油的一級(jí)分離工藝，不適用于乳化油的分離[8]。在20世紀(jì)90年代，人們開(kāi)展了許多研究來(lái)評(píng)估重力分離器在漏油事故中的有效性，這些研究集中在風(fēng)化作用對(duì)漏油事故的效率上。GS是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，但它有很多缺點(diǎn)，如分離能力有限，需要大面積的設(shè)置，管理和操作復(fù)雜等[9-10]。DAF的原理是在一個(gè)開(kāi)放的盆的底部引入有壓力的空氣，當(dāng)氣泡上升到盆的頂部時(shí)，會(huì)帶來(lái)污染物。傳統(tǒng)的DAF產(chǎn)生的微氣泡大小從20～100 μm不等。微氣泡附著在油滴上，增加了油滴的浮力，使油滴向上移動(dòng)。在DAF過(guò)程中，廢水中空氣的壓力和飽和度是兩個(gè)重要的監(jiān)測(cè)參數(shù)。為了產(chǎn)生微氣泡并浮到系統(tǒng)表面，必須將壓力降低到含有過(guò)量溶解氣體的大氣條件下[11]。

1.2 化學(xué)法

絮凝技術(shù)是目前用于含油廢水清洗的常用化學(xué)方法。絮凝法是在廢水中加入絮凝劑，中和油懸浮液或乳化液的負(fù)電荷，將顆粒橋接在一起形成絮凝體[12]。該方法在處理棕櫚油含油廢水中得到了廣泛的應(yīng)用。該方法的效果在很大程度上取決于絮凝劑的種類和投加量、油的初始濃度以及廢水的溫度和pH。與膜過(guò)濾、DAF和生物技術(shù)等方法相比，絮凝法操作簡(jiǎn)單，資金和運(yùn)行成本較低。然而，該方法的主要缺點(diǎn)與絮凝劑有關(guān)[13]。硫酸鋁、聚合硫酸亞鐵、聚合氯化鋁等無(wú)機(jī)絮凝劑價(jià)格便宜、使用方便，但絮凝效果較差。使用無(wú)機(jī)絮凝劑時(shí)，需要調(diào)整pH值。聚丙烯酰胺等有機(jī)高分子絮凝劑在較低的投加量下具有較高的絮凝能力，在各種pH范圍內(nèi)均可使用，但由于其不能生物降解[14]，對(duì)健康和環(huán)境具有危害。

1.3 機(jī)械法

在機(jī)械方法中，使用機(jī)械聚結(jié)劑(MC)。在MC中，小油滴在聚結(jié)器中碰撞并粘附其他物質(zhì)。形成更大的液滴，由于密度差異，這些液滴可以通過(guò)浮力分離[15]。采用MC法對(duì)乳化油進(jìn)行機(jī)械分離是有效的，尤其是油滴粒徑小于10 m時(shí)。由于空間的限制，海上經(jīng)常采用MC處理含油廢水。聚結(jié)劑的結(jié)構(gòu)緊湊，使用周期長(zhǎng)，能有效分離液-液相，并且需要的額外化學(xué)物質(zhì)最少[16]。常見(jiàn)的聚結(jié)劑有板式聚結(jié)劑、填料聚結(jié)劑、聚結(jié)過(guò)濾分離器和纖維聚結(jié)劑。Lu等人在工作中報(bào)道了一種新型纖維聚結(jié)劑。該聚結(jié)劑在停留時(shí)間為1 h的條件下，可將海上采出水含油量從1 200 mg/L降至25 mg/L[17]。平板聚結(jié)器和填料聚結(jié)器用于分離液滴尺寸大于20 μm的乳化油，而過(guò)濾分離器和纖維聚結(jié)器用于液滴尺寸小于10 μm的乳化油。

2 含油廢水清洗的現(xiàn)代技術(shù)

2.1 生物處理法

普通生物處理法可分為好氧和厭氧處理系統(tǒng)。厭氧系統(tǒng)由于消除了曝氣過(guò)程，需要更少的能量，可以將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為甲烷氣體，需要更少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生更少的污泥[18]。該過(guò)程還可以產(chǎn)生有價(jià)值的副產(chǎn)品，如可生物降解塑料。好氧生物處理法因其生物降解動(dòng)力學(xué)加速特性，被用于處理高溫、高污染物濃度的廢水。然而，在這樣的生物處理系統(tǒng)中，微生物細(xì)胞會(huì)受到有毒化學(xué)物質(zhì)和高鹽度廢水的影響，從而降低系統(tǒng)的整體效率。為了解決這一問(wèn)題，人們探索了好氧造粒技術(shù)及其在好氧顆?；钚晕勰喾磻?yīng)器中的應(yīng)用。好氧顆?；钚晕勰喾磻?yīng)器由于微生物多樣性、顆粒結(jié)構(gòu)緊湊、沉降性好、良好的生物量保留率和對(duì)有毒污染物的穩(wěn)定性，在含油廢水處理中更加穩(wěn)定。這些好氧顆粒具有更小的反應(yīng)器體積要求，更低的投資成本和瞬時(shí)去除養(yǎng)分的能力。好氧造粒技術(shù)可以用來(lái)處理乳品工業(yè)廢水、地溝污水和釀酒廠廢水。

2.2 超臨界水技術(shù)

超臨界水氧化(SCWO)和超臨界水氣化(SCWG)用于處理含油污泥等稠油含油廢水，是一種替代焚燒的技術(shù)。SCWO技術(shù)利用超過(guò)其熱力學(xué)臨界點(diǎn)(374 ℃, 22.1 MPa)的水作為反應(yīng)介質(zhì)，在很短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)加速氧化過(guò)程將碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為水、分子氮和二氧化碳。氯、磷和硫等副產(chǎn)品經(jīng)堿中和后轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的無(wú)機(jī)酸或鹽。液體和氣體產(chǎn)品可以排放到環(huán)境中，而不需要任何后處理。SCWG利用超臨界水溶解廢水中有機(jī)生物質(zhì)組分的能力和分解聚合物生物質(zhì)結(jié)構(gòu)的能力。其主要優(yōu)點(diǎn)是能夠通過(guò)含油廢水的氣化產(chǎn)生能量。

2.3 微量電解法

微電解用于處理高濃度含油廢水，該廢水中還含有大量的有機(jī)聚合物、鹽和化學(xué)清洗劑，例如預(yù)電鍍廢水、酸性礦山排水和雨水。微電解是將氧化還原、電化學(xué)、物理吸附、絮凝等功能結(jié)合在一起的一個(gè)過(guò)程。該方法可實(shí)現(xiàn)脫色、改善絮凝、難降解有機(jī)氧化和提高生物降解性等處理工藝。

2.4 膜分離技術(shù)

近十年來(lái)，由于膜分離技術(shù)（MST）能夠去除廢水中的大部分化學(xué)物質(zhì)和無(wú)機(jī)及有機(jī)化合物。與其他傳統(tǒng)方法相比，MST需要更小的土地面積。MST可實(shí)現(xiàn)有效、選擇性和一致性的污染物分離。MST還具有良好的生產(chǎn)率、穩(wěn)定性、低故障率和使用經(jīng)濟(jì)性。目前，聚合物和陶瓷膜被廣泛研究用于含油廢水的過(guò)濾中。MST可以根據(jù)分離的驅(qū)動(dòng)力分為三類：壓力驅(qū)動(dòng)，滲透驅(qū)動(dòng)和熱驅(qū)動(dòng)。在這三種驅(qū)動(dòng)力中，壓力驅(qū)動(dòng)是含油廢水處理中最常用的一種。壓力驅(qū)動(dòng)膜可以進(jìn)一步分為反滲透(RO)、納濾(NF)、超濾(UF)和微濾(MF)。微濾和超濾工藝處理含油廢水已有報(bào)道，超濾是一種低壓操作，所需資金和運(yùn)行成本低，是首選的技術(shù)。

3 含油廢水處理的未來(lái)機(jī)遇

含油廢水處理技術(shù)仍然是能源密集型、不穩(wěn)定的，需要較高的運(yùn)行和安裝成本，并沒(méi)有產(chǎn)生預(yù)期的產(chǎn)量。應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)、納米技術(shù)和系統(tǒng)集成是高效、經(jīng)濟(jì)地處理含油廢水的必要條件。本部分重點(diǎn)討論了各含油廢水處理系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展方向。（1）為了解決納米材料在聚合物涂料中分散性差等問(wèn)題，需要引入新的方法制備聚合物涂料，如在乳液/乳液基體系中復(fù)合。（2）氧化石墨烯等含氧官能團(tuán)的納米填料很容易分散在乳液體系中。（3）聚合物膜的制備采用耐高溫聚合物，可煅燒回收。（4）在轉(zhuǎn)入生物處理之前，應(yīng)更加注重系統(tǒng)的整合，通過(guò)其他處理方法降低有毒化學(xué)物質(zhì)和鹽度。（5）探索微生物在生物處理系統(tǒng)中暴露于化學(xué)沖擊和熱沖擊時(shí)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

文章闡述了2018年至今含油廢水處理的最新進(jìn)展。在此期間，可以觀察到綜合各種技術(shù)來(lái)提高含油廢水處理系統(tǒng)的性能、可靠性、消除二次廢物或污染以及降低運(yùn)行成本。與以往相比，更多的研究工作集中在系統(tǒng)的實(shí)地運(yùn)行參數(shù)上。在此期間，與含油廢水清洗系統(tǒng)相關(guān)的材料科學(xué)取得了進(jìn)展，如膜材料和絮凝劑的廣泛發(fā)展。通過(guò)這些材料的改性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的清潔性能和更高的清潔效率。然而還需要進(jìn)行更多的研究來(lái)了解這些整合的化學(xué)、物理和經(jīng)濟(jì)方面。