Oil-field wastewater treatment by hybrid membrane-aerated biofilm reactor (MABR) system  

混合膜曝氣生物膜反應器（MABR）系統處理油田廢水

來源：Chemical Engineering Journal, Volume 264, 2015, Pages 595-602

《化學工程期刊》，第264卷，2015年，第595-602頁

 

摘要：  

這篇論文的摘要指出，研究開發了一種混合膜曝氣生物膜反應器（MABR）系統，結合了MABR工藝和臭氧-生物活性炭（O3-BAC）深度處理的優勢，用于處理油田廢水。通過優化曝氣壓力、進料流速和停留時間等參數，系統出水COD、油含量、總氮（TN）和氨氮（NH4-N）濃度分別達到45 mg/L、2.7 mg/L、6.8 mg/L和2.8 mg/L，符合油田廢水排放標準。研究證明水解酸化和好氧氧化可在同一MABR過程中完成，且生物活性炭（BAC）能延長使用周期。  

 

研究目的：  

研究目的是開發和應用混合MABR系統處理油田廢水，以解決傳統物理化學方法能效低、二次污染等問題。通過優化操作條件，實現高效、經濟且環境友好的廢水處理，并達到嚴格的排放標準。  

 

研究思路：  

研究思路基于設計混合MABR系統，包括MABR單元和O3-BAC深度處理單元。首先，通過批次實驗研究曝氣壓力（0.1-0.2 MP）和進料流速（0.02-0.08 m/s）對MABR性能的影響，監測溶解氧（DO）、揮發性脂肪酸（VFA）、COD、油含量、NH4-N和TN等參數。然后，進行長期（60天）穩定性測試。接著，使用臭氧氧化提高廢水可生化性，并利用BAC進行深度處理，測量BOD/COD、DO和COD變化。最后，通過GC/MS分析廢水中有機物組成，評估整體處理效率。  

 

測量的數據及研究意義：  

1. DO濃度數據（來自圖2a）：測量不同曝氣壓力下生物膜深度的DO分布，研究意義是評估生物膜分層結構（好氧/厭氧層），優化曝氣條件以促進水解酸化和好氧氧化協同作用。  

 

2. VFA濃度數據（來自圖2b）：監測VFA隨時間變化，研究意義是反映水解酸化強度，證實MABR在0.15 MP曝氣壓力下能同時完成水解酸化和好氧氧化。  

3. COD和油含量數據（來自圖2c和2d）：記錄COD和油去除率，研究意義是確定最佳曝氣壓力（0.15 MP）和進料流速（0.06 m/s），實現高效有機物降解。  

4. NH4-N和TN數據（來自圖3a和3b）：跟蹤氮化物轉化，研究意義是驗證MABR在分層生物膜中實現硝化和反硝化，優化脫氮效率。  

 

5. BOD/COD和DO數據（來自圖4a和4b）：測量臭氧氧化后BOD/COD比和BAC過程中DO消耗，研究意義是評估可生化性改善和微生物降解作用，計算有機物降解比例（僅25.2%殘留于活性炭）。  

 

6. GC/MS數據（來自圖5和表2）：分析廢水中有機物組成變化，研究意義是識別難降解物質去除效果，證實系統處理深度。  

 

 

 

7. 處理效率數據（來自表1）：匯總各過程對COD、油、NH4-N和TN的去除貢獻率，研究意義是量化MABR的主處理作用（貢獻率90.8%以上）和O3-BAC的輔助深度處理作用。  

 

 

結論：  

1. 混合MABR系統能有效處理油田廢水，出水指標符合排放標準。  

2. MABR過程可實現水解酸化、硝化反硝化和好氧氧化的協同，減少反應器體積。  

3. BAC在微生物作用下延長使用周期，比傳統活性炭更經濟。  

4. 系統具有高處理效率、短水力停留時間和運行穩定等優勢，適用于工業應用。  

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義：  

在研究中，使用丹麥Unisense的微電極測量溶解氧（DO）濃度，用于監測MABR生物膜中的氧分布（如圖2a）。這種電極提供高精度和實時DO數據，能準確反映生物膜分層結構（好氧層和厭氧層）的動態變化。研究意義在于，通過精確的DO測量，優化了曝氣壓力（如0.15 MP），確保生物膜中好氧和厭氧微生物的平衡，從而增強水解酸化和好氧氧化的協同效率。此外，在BAC過程中，Unisense電極監測DO消耗（如圖4b），幫助計算微生物降解的有機物比例（僅25.2%殘留），證實了BAC的生物學作用，避免了傳統方法中的誤差。這種高分辨率測量為系統優化提供了可靠依據，提升了廢水處理的準確性和可持續性。