申请日2019.01.16
公开(公告)日2019.03.22
IPC分类号C02F9/14; C02F101/38
摘要
本发明提供了一种含有聚丙烯酰胺废水的处理方法及处理系统，其中处理方法主要包括以下步骤：1)将生物负载颗粒放入废水中浸渍，吸附废水中的聚丙烯酰胺以及土著微生物;2)向步骤1)得到的生物负载颗粒中加入微量元素溶液，促进所述土著微生物对聚丙烯酰胺进行厌氧降解;3)对步骤2)中得到的活性炭及生物污水臭氧氧化，处理完成。系统包括依次连接的厌氧降解装置、臭氧氧化装置及出料装置，以及生物负载颗粒的还原装置。本发明实现了生物法与物理吸附及化学反应的有机结合，降低了聚丙烯酰胺废水直接通入反应器发生堵塞的机率，能够从根本上减少聚丙烯酰胺对生态的破坏，本发明对活性炭进行重复利用，达到绿色经济，节能环保的处理效果。
权利要求书
1.一种含有聚丙烯酰胺废水的处理方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
1)将生物负载颗粒放入废水中浸渍，吸附废水中的聚丙烯酰胺以及土著微生物;
2)向步骤1)得到的生物负载颗粒中加入微量元素溶液，促进所述土著微生物对聚丙烯酰胺进行厌氧降解;
3)对步骤2)中得到的活性炭及生物污水臭氧氧化，处理完成。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤1)中所述生物负载颗粒上的孔径为纳米至微米级别，浸渍吸附时间控制在24-48h。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤2)中厌氧降解的水力停留时间控制在6-48h，时间控制在10-20d，温度控制在25-65℃。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤3)中臭氧氧化的水力停留时间控制在0-10h，臭氧剂量控制在2-10g O3/g TOC。
5.根据权利要求4所述的处理方法，其特征在于，步骤3)中还包括对臭氧氧化后的活性炭还原加热，加热温度控制在400-600℃，时间控制在0.5-3h。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述处理方法的含有聚丙烯酰胺废水的处理系统，其特征在于，包括依次连接的厌氧降解装置、臭氧氧化装置及出料装置，以及生物负载颗粒的还原装置;所述厌氧降解装置包括厌氧降解反应器，在厌氧降解反应器的底部安装有微量元素溶液蠕动泵，紧贴厌氧降解反应器的外壁上盘绕设置有温度调节装置;所述臭氧氧化装置包括臭氧氧化反应器及在臭氧氧化反应器底部设置的臭氧曝气盘;所述出料装置为与臭氧氧化反应器连接的出料蠕动泵;所述还原装置包括管式炉及与管式炉连接的真空系统，以保证生物负载颗粒在真空环境中绝氧加热。
7.根据权利要求6所述的处理系统，其特征在于，所述厌氧降解反应器内包括由生物负载颗粒构成的填料层，厌氧降解反应器的底部中心设置有微量元素溶液进口，使微量元素溶液从填料层的底部由下向上通过，并将填料层完全浸没，在厌氧降解反应器的顶部还设置有沼气出口。
8.根据权利要求6所述的处理系统，其特征在于，所述臭氧曝气盘通过管道与臭氧发生器连接，在臭氧曝气盘上均布有孔径为5-100μm的微孔，在臭氧曝气盘同一圆心周向上的微孔孔径相同，且微孔孔径沿径向由外向内逐渐缩小。
9.根据权利要求6所述的处理系统，其特征在于，所述温度调节装置为对所述厌氧降解反应器内溶液恒温或者加热的加热带。
10.根据权利要求6所述的处理系统，其特征在于，所述生物负载颗粒为椰壳微孔活性炭或者多孔沸石分子筛。
说明书
一种含有聚丙烯酰胺废水的处理方法及系统
技术领域
本发明涉及油田废水处理领域，尤其涉及一种利用生物法，并结合物理及化学处理工艺，对含有聚丙烯酰胺废水进行处理的方法及系统。
背景技术
在采油工业中，通常把利用油层能量开采石油称为一次采油;向油层注入水、气，给油层补充能量开采石油称为二次采油;而用化学的物质来改善油、气、水及岩石相互之间的性能，开采出更多的石油，称为三次采油。在油田的三次采油方法中，聚合物驱油技术占有重要的地位。在所有的聚合物中，聚丙烯酰胺由于具有高相对分子质量和良好水溶性的优点而使用得最多。聚丙烯酰胺溶入水后一方面增大驱替液的粘度，降低油水流度比，最终提高波及系数;另一方面，还增加了驱替液在油藏高渗透部位的流动阻力，使平面流动更为均匀，进而提高采收率。
但在上述采油过程中，大量含有一定浓度及保留一定黏度的聚合物产出水也相应产生，含有聚丙烯酰胺废水中残留单体丙稀酰胺(AM)的毒性很大，如直接排放，将在环境中逐渐累积，危害环境，同时含有聚丙烯酰胺废水的回注造成近井地带油层污染，注水压力上升，注水困难，产油量下降，聚合物驱油引起的问题日益严重。如何处理、利用这些产出水是人们日益关注的问题。
目前，针对含有聚丙烯酰胺废水的处理方法主要有生物法、化学法、物理法以及两种或多种方法混合使用。(1)生物法虽经济适用性强，环保节能无二次毒害作用，但效率低、耗时长。(2)化学法优点是效率高，但因能耗高、易产生对环境有害的中间体或者产物而没有被广泛使用。(3)物理法只是进行单纯的沉降等作用，没有实质性的对污染物进行降解。
现在的污水处理工艺已经相对成熟，生物法的核心技术为活性污泥法和生物膜法，即利用生物反应器中的活性污泥或生物膜来分解污水中的有机物。因此，在不舍弃生物法经济环保的同时，结合降解速度快的化学法以及物理法，开发出一种新的含聚废水处理技术是目前以及将来研究的主要内容和主要发展方向。
现有的含有聚丙烯酰胺废水处理专利大多数是直接将废水直接通入到生物反应器中，而废水中聚丙烯酰胺的浓度高，粘度大，流动性差，非常容易阻塞生物反应器，在日常操作中带来很多技术困扰。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种含有聚丙烯酰胺废水的深度处理方法，该方法通过结合活性炭的物理吸附;具有降解功能微生物的厌氧降解以及对降解后废水中剩余污染物的臭氧氧化，实现了生物法与物理吸附及化学反应的有机结合，有效降低了聚丙烯酰胺废水直接通入反应器发生堵塞的机率，能够从根本上减少聚丙烯酰胺对生态的破坏，经处理后的废水中95%以上的污染物得到有效的降解。本方法还能够对降解后活性炭的孔隙结构进行恢复还原，对活性炭进行重复利用，极大降低了废水的处理成本，达到绿色经济，节能环保的处理效果。
本发明的第二目的在于提供一种采用上述方法进行废水处理的系统，通过本系统能够使含有聚丙烯酰胺废水吸附在活性炭的孔隙中，进而通过生物降解、化学氧化使废水得到有效处理，实现一种连续、完全、高效的处理过程，最后还可回收利用经还原处理后的活性炭，极大降低了废水处理成本的同时，绿色环保，经济效益明显，在含有聚丙烯酰胺废水处理领域具有工艺开辟的重要意义。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种含有聚丙烯酰胺废水的处理方法，主要包括以下步骤：
1)将生物负载颗粒放入废水中浸渍，吸附废水中的聚丙烯酰胺以及土著微生物;
2)向步骤1)得到的生物负载颗粒中加入微量元素溶液，促进所述土著微生物对聚丙烯酰胺进行厌氧降解;
3)对步骤2)中得到的活性炭及生物污水臭氧氧化，处理完成。
进一步，作为一种可实施的方案，步骤1)中所述生物负载颗粒上的孔径为纳米至微米级别，浸渍吸附时间控制在24-48h。
进一步，作为一种可实施的方案，步骤2)中厌氧降解的水力停留时间控制在6-48h，时间控制在10-20d，温度控制在25-65℃。
进一步，作为一种可实施的方案，步骤3)中臭氧氧化的水力停留时间控制在0-10h，臭氧剂量控制在2-10g O3/g TOC。
进一步，作为一种可实施的方案，步骤3)中还包括对臭氧氧化后的活性炭还原加热，加热温度控制在400-600℃，时间控制在0.5-3h。
一种采用上述方法的含有聚丙烯酰胺废水的处理系统，包括依次连接的厌氧降解装置、臭氧氧化装置及出料装置，以及生物负载颗粒的还原装置;所述厌氧降解装置包括厌氧降解反应器，在厌氧降解反应器的底部安装有微量元素溶液蠕动泵，紧贴厌氧降解反应器的外壁上盘绕设置有温度调节装置;所述臭氧氧化装置包括臭氧氧化反应器及在臭氧氧化反应器底部设置的臭氧曝气盘;所述出料装置为与臭氧氧化反应器连接的出料蠕动泵;所述还原装置包括管式炉及与管式炉连接的真空系统，以保证生物负载颗粒在真空环境中绝氧加热。
进一步，作为一种可实施的方案，所述厌氧降解反应器内包括由生物负载颗粒构成的填料层，厌氧降解反应器的底部中心设置有微量元素溶液进口，使微量元素溶液从填料层的底部由下向上通过，并将填料层完全浸没，在厌氧降解反应器的顶部还设置有沼气出口。
进一步，作为一种可实施的方案，所述臭氧曝气盘通过管道与臭氧发生器连接，在臭氧曝气盘上均布有孔径为5-100μm的微孔，在臭氧曝气盘同一圆心周向上的微孔孔径相同，且微孔孔径沿径向由外向内逐渐缩小。
进一步，作为一种可实施的方案，所述温度调节装置为对所述厌氧降解反应器内溶液恒温或者加热的加热带。
进一步，作为一种可实施的方案，所述生物负载颗粒为椰壳微孔活性炭或者多孔沸石分子筛。
本发明利用活性炭或分子筛等催化剂载体的多孔结构以及相对较大的比表面积和孔隙率，通过物理吸附作用将废水中的聚丙烯酰胺以及土著功能微生物集中吸附到一起;在接下来的生物厌氧降解过程中，生物负载颗粒吸附的具有降解功能的微生物以聚丙烯酰胺为碳源和氮源大量繁殖从而将聚合物降解，并且生物负载颗粒为微生物提供了良好的栖息场所并在孔隙中形成了良好的生物膜结构;在该厌氧发酵步骤中增强了聚丙烯酰胺的可生化性能，只留下部分生物法无法去除的污染物，为接下来的降解打下了夯实基础;在最后的臭氧氧化步骤中，可利用臭氧的强化学氧化性对残余的污染物进一步氧化降解，通过该步骤的把关，最终能够将废水中95%以上的污染物降解掉，使废水达到直接排放的生化指标要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)采用物理吸附、生物降解以及化学氧化三者的有机结合，保障含有聚丙烯酰胺废水的处理效果;
2)通过生物负载颗粒对聚丙烯酰胺进行吸附后，再投入厌氧降解反应器，可有效降低聚丙烯酰胺溶液直接堵塞厌氧降解反应器的机率;
3)对处理完成后的生物负载颗粒进行还原回收，极大降低了废水处理的成本，绿色经济环保。