油類對環境的污染主要表現在對生態系統及自然環境（土壤和水體）的嚴重影響，水體中的浮化油會斷絕水中溶解氧來源進而影響水體生物的生長繁殖，這其中由于油氣田高濃度廢水（COD 每升高達數萬毫克）排放所導致的污染尤其嚴重。據報道，高濃度油氣田廢水可用臭氧氧化法、光催化氧化法、高級氧化法等進行處理，但上述工藝處理成本高昂，且單獨使用無法達到廢水綜合排放標準，因而高濃度油氣田廢水處理依舊是工業廢水處理領域的難題之一。本研究采用最新開發的CMBR 膜工藝，并與UASB、活性炭吸附工藝進行組合處理油氣田廢水，考察了UASB、CMBR、活性炭吸附對此類廢水的處理效果，為此類廢水處理提供可行性方案。

1 試驗部分

1.1 原水來源與水質

廢水來自中國某石油公司油氣田。廢水水質：COD 約為20 g/L，油類質量濃度約為600 mg/L，pH為6.5～7.5，溫度為18.3～22.4 ℃。由于原水COD較高，故把原水用自來水稀釋后作為進水，稀釋倍數從7 倍逐漸提高到4 倍。

1.2 試驗裝置及運行參數

UASB 反應器由有機塑料制作，試驗裝置如圖1 所示，體積16 L，廢水通過蠕動泵從底部進入到反應器當中，所投加的厭氧污泥取自桂林市某污水處理廠。反應器中起始MLSS 質量濃度為4 364 mg/L，MLVSS 質量濃度為2 976 mg/L。運行期間，進水及反應器中DO 質量濃度均控制在0.2 mg/L 以下，從而保證反應器處于厭氧狀態。試驗過程中，COD 有機負荷設定為1.75 kg/(m3·d)，并保持不變。進水用自來水稀釋原水7 倍配制而成，并根據出水水質情況逐漸提高稀釋倍數至4 倍，相應的水力停留時間從原來設定的48 h 提高到75.4 h。

CMBR 反應器如圖2 所示，尺寸為25 cm×13cm×44 cm，體積為14.3 L，出水槽尺寸是13×13×44 cm，體積為7.4 L。膜組件采用陶瓷平板膜，膜元件孔徑大小為0.1 μm，其厚度約為7 mm，尺寸是10 cm×25 cm，膜面積為0.05 m2，膜所用材料為改良后的三氧化二鋁復合材料。反應器進水用自來水稀釋油氣田廢水得到。好氧污泥取自于桂林市某污水處理廠，試驗啟動時，反應器中MLSS 質量濃度為4 652 mg/L，MLVSS 質量濃度為2 960mg/L。蠕動泵將原水、膜出水分別抽到反應器、出水槽中。過濾與反沖洗以10 min 為一個周期，過濾時間9.5 min，反沖洗時間0.5 min，上述操作通過過濾泵和反沖洗泵間歇性運行來實現。

活性炭裝置為人工制作的塑料反應器，體積500 mL，試驗時，加入30 g用清水清洗干凈并自然干燥的工業級顆粒狀活性炭填充至反應器中，然后加入CMBR 系統出水至500 mL 刻度線，底部出水，控制閥門保證流速約為300 mL/h，在不同時間內取樣，測定COD 變化。

1.3 檢測分析方法

定期對進水、反應器、出水水質的主要指標進行分析檢測。pH 采用玻璃電極法（JENCO MODEL6010 酸度計）測定；DO 采用便攜式JENCO MODEL9010溶解氧測定；COD 用微波消解法[5]（廠家Galanz，型號WMX，微波密封消解COD 速測儀）分析；TSS 用重量法（GB 11901－89）[6]；油類用紅外分光光度法[5]（CY-2000 型多功能紅外測油儀）測定；TOC采用非分散紅外吸收法[7]（TOC-5000A 型）。

2 結果與討論

2.1 UASB 反應器對油氣田廢水的處理效果

UASB 反應器對油氣田廢水的處理效果如圖3和圖4 所示。試驗啟動時原水稀釋倍數為7 倍，進水COD約為3 000 mg/L，出水COD 為1 600～2 280mg/L，去除率為24%～46.7%。第28 天后稀釋倍數從7 倍提高到4 倍，保持COD 有機負荷在1.75 kg/(m3·d)不變，相應的水力停留時間從48 h 升到75.4 h，出水COD 從2 000 mg/L 升至3 300 mg/L 左右，COD 去除率變化不大，在18.8%～43.9%。進水油類120～180 mg/L，出水油類質量濃度為20～60 mg/L，去除率為57%～85.3%，去除效率逐漸下降的原因可能是進水油類升高，且厭氧條件對油類去除能力有限。厭氧處理包括3 個階段：水解、產酸和產甲烷階段，能將廢水中不溶性的固體物質轉化為溶解性物質，使大分子物質降解為小分子物質，將難生物降解物質轉化為易生物降解的物質，但該過程受到影響因素較多，一般情況，厭氧條件下有機物去除效率一般為30%～40%[8]。

2.2 CMBR 對油氣田廢水去除效果

2.2.1對COD、TOC 的去除效果

CMBR 對油氣田廢水有機物去除效果如圖5和圖6 所示。由圖5 可知，系統運行的前25 天，進水由原水稀釋7 倍逐漸提高到4 倍，改變水力停留時間，確保COD 有機負荷為1.3 kg/(m3·d)。反應器中的COD顯著低于進水，且穩定在1 000 mg/L 以下，表明反應器中好氧微生物已適應該油氣田廢水水質，出水COD 為310～480 mg/L，去除效率在80%以上。為進一步降低出水COD，系統運行第25 天至第37 天，把COD 有機負荷降為1.0 kg/(m3·d)，但效果不是很理想。第37 天至第61 天，用UASB 反應器出水當作CMBR 進水，COD 有機負荷為0.5 kg/(m3·d)，出水COD 仍然維持在400 mg/L 左右，可以判斷這部分COD 為難生物降解有機物。由圖6 可知，第18 天前，進水由原水稀釋7 倍逐漸提高到4 倍，第18 天后用UASB 反應器出水當作進水，2 個階段出水TOC 質量濃度均穩定在200 mg/L 左右，去除率穩定在85.6%～96.9%。結果表明，好氧微生物已基本適應該油氣田廢水，同時也可以說明CMBR 工藝對該類難降解有機物有較好的去除效果。

2.2.2對油類、TSS 去除效果

由圖7 可知，反應器油類質量濃度低于10mg/L，再通過孔徑為0.1 μm 的陶瓷平板膜過濾，其出水油類更是遠低于10 mg/L，去除率為98%～99.9%，已經達到國家污水綜合排放標準（GB8978-1996）一級排放標準，結果表明好氧微生物對油類有很好的降解效果。陶瓷平板膜的高效截留作用，使泥水得到充分分離，同時對細菌、病毒等有較好地去除效果，出水色度、濁度接近于零，TSS 去除效率在99%以上（見圖8）。由于第4 次取樣后的試驗進水來自UASB 反應器的出水。厭氧條件下，有一部分油類物質被去除，故進水油類有所下降；而UASB 出水混濁，其懸浮物較多，故進水TSS 有所升高。

2.2.3膜壓變化趨勢

由圖9 可知，系統運行一個月，膜壓維持在-10kPa，一個月后膜壓從-10 kPa 慢慢達到-30 kPa，然后用次氯酸鈉[9-10]溶液進行清洗，清洗時間為1 h，短時間內效果很明顯，膜壓至-12 kPa 左右，但3～6 d后膜壓又繼續到達-30 kPa。系統運行較長時間后，反應器里面可能積累了較多難生物降解的有毒有害物，而這些物質可能會加劇膜污染，進行次氯酸鈉溶液藥劑清洗難以氧化分解堵塞在膜里面的堵塞物。因此，考慮在后續試驗中每天定期取出一定量的上清液，可以緩解膜污染。

2.3 活性炭法對UASB+CMBR 出水COD 去除

廢水通過UASB+CMBR 系統后，其出水COD仍然無法達到國家GB 8978－1996一級標準（小于100 mg/L），不能直接排放。用GC-MS 對該系統出水進行定性分析，發現出水中含有甲苯、多環芳烴等難生物降解、致毒、致癌有機物。活性炭其自身具有很強的吸附作用，可以吸附去除一些難降解的有機物。因此，為了使得系統出水能夠直接排放，用活性炭對系統出水進行試驗研究，考察是否能將出水COD降到100 mg/L 以下。

由圖10 可知，COD 在1 h 內從379.4 mg/L 驟降到79.9 mg/L，去除率高達78.9%，出水可達到GB8978－1996 一級標準，表明活性炭對于系統出水中難生物降解有機物有很好的去除效果。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

3 結論

UASB 對COD 去除率為24%～46.7%，而與CMBR 相結合，COD 去除率可以達到80%以上，出水TOC 質量濃度穩定在200 mg/L 左右，表明UASB+CMBR 系統對該油氣田廢水有較好的處理效果。

系統運行較長時間后，反應器里面可能會積累了較多難生物降解的有毒有害物，而這些物質也可能會加劇膜污染，進行次氯酸鈉溶液藥劑清洗難以氧化分解堵塞在膜里面的堵塞物。因此，采用更合適的藥劑清洗或者其它改善膜污染的方法，這需要進一步加強研究。

UASB+CMBR+ 活性炭吸附組合工藝可以適用于處理該油氣田廢水，COD、TOC、油類的去除率范圍分別為：74% ～94% 、85.6% ～96.9% 、98% ～99.9%，TSS 去除率高達99%，出水油類遠低于10mg/L，COD 低于100 mg/L。出水水質可達到GB8978－1996一級排放標準，由于試驗運行周期仍顯不足，需要進一步延長試驗運行時間，以確定合適的運行參數。