石油化工废水处理技术及资源化利用研究

引言

在石油化工行业的生产过程中，会产生大量成分复杂、污染性强的废水。这些废水若未经有效处理直接排放，将对生态环境和人类健康造成严重威胁。与此同时，随着资源短缺和环保要求的日益提高，实现石油化工废水的处理及资源化利用，成为推动行业可持续发展的关键举措。

一、石油化工废水特性与危害

（一）废水特性

石油化工废水成分极为复杂，不仅含有大量的有机物，如酚类、苯类、醛类、酯类等，还包含多种无机物，如硫化物、氰化物、氨氮以及重金属离子（汞、镉、铬、铅等）。不同的石油化工生产工艺产生的废水水质差异显著。例如，炼油过程中产生的废水含有大量的石油类物质、悬浮物和硫化物；而在乙烯生产过程中，废水则以高浓度的有机物和盐类为主；精细化工生产废水成分更为复杂，往往含有多种高毒性、难降解的有机化合物，这使得针对不同工艺废水的处理需要采用不同的技术和工艺组合。

（二）废水危害

未经处理的石油化工废水直接排放，会使受纳水体的水质急剧恶化。大量有机物的分解消耗水中的溶解氧，导致水体缺氧，鱼类等水生生物因缺氧而死亡；重金属和有毒有机物会在水体中不断积累，改变水体的化学性质，影响水体的自净能力，造成长期的污染危害。废水排放会对土壤、植被等生态要素产生破坏。

二、石油化工废水处理技术

（一）物理处理技术

重力隔油是利用油与水的密度差异，通过静置使油滴自然上浮至水面，然后将浮油收集去除。该方法操作简单、成本低，适用于去除废水中粒径较大的浮油。气浮隔油则是通过向废水中通入空气或其他气体，产生大量微小气泡，使油滴附着在气泡上，随气泡上浮至水面实现分离。砂滤是利用石英砂等滤料的截留作用，去除废水中的悬浮物和部分胶体物质。废水通过砂滤层时，杂质被截留在滤料表面和内部孔隙中，从而达到净化水质的目的。

（二）化学处理技术

臭氧氧化是利用臭氧的强氧化性，将废水中的有机物和还原性无机物氧化分解为二氧化碳、水等无害物质。臭氧具有反应速度快、无二次污染等优点，但臭氧制备成本较高，且臭氧在水中的溶解度较低，需要特殊的设备和工艺来提高臭氧的利用率。芬顿氧化是通过向废水中投加过氧化氢和亚铁盐，产生具有极强氧化性的羟基自由基，氧化分解废水中的难降解有机物。金属还原是利用活泼金属（如铁、锌等）的还原性，将废水中的重金属离子或氧化性污染物还原为低价态或单质，从而实现去除。

（三）生物处理技术

活性污泥法是利用悬浮生长的微生物群体（活性污泥）处理废水的一种方法。在曝气池中，活性污泥与废水充分混合接触，微生物通过代谢作用将废水中的有机物分解为二氧化碳和水。厌氧消化是在无氧条件下，利用厌氧微生物将废水中的有机物分解为甲烷、二氧化碳等气体和稳定的污泥。厌氧消化适用于处理高浓度有机废水，不仅可以去除污染物，还能产生沼气作为能源。好氧-厌氧联合处理工艺结合了好氧生物处理和厌氧生物处理的优点。

三、石油化工废水资源化利用途径

（一）水资源回用

反渗透技术是利用半透膜的选择性透过原理，在压力作用下，使水分子通过半透膜，而污染物被截留，从而实现水的净化和浓缩。反渗透能够有效去除废水中的有机物、重金属离子、溶解性盐类等，出水水质可达到工业用水甚至生活饮用水的标准。不同的回用场景对水质有不同的要求。工业用水回用需满足相应行业的水质标准，如冷却用水要求较低的硬度和悬浮物含量，以防止设备结垢和堵塞；而对于一些对水质要求较高的生产工艺，如电子芯片制造，回用水需达到超纯水标准。

（二）能源回收

利用石油化工废水中的有机物作为底物，通过微生物发酵产生氢气。一些厌氧微生物在特定条件下能够将有机物分解为氢气、二氧化碳和其他代谢产物。生物制氢具有环境友好、可再生等优点，但目前存在制氢效率较低、成本较高等问题，需要进一步研究和优化。在厌氧处理石油化工废水过程中，会产生大量的沼气，其主要成分是甲烷和二氧化碳。沼气可以作为燃料用于发电、供热等，实现能源的回收利用。通过建设沼气收集和利用系统，将厌氧处理产生的沼气进行收集、净化后，输送至燃气发电机或锅炉，为企业提供能源，降低对外部能源的依赖，同时减少温室气体排放。

（三）资源提取

从石油化工废水中提取重金属的方法主要有化学沉淀法、离子交换法、吸附法等。化学沉淀法通过投加沉淀剂使重金属离子生成沉淀，然后通过过滤、离心等方式分离回收；离子交换法利用离子交换树脂对重金属离子的选择性吸附，实现重金属的富集和分离；吸附法则是利用吸附剂（如活性炭、分子筛等）对重金属离子的吸附作用，将其从废水中去除并回收。对于石油化工废水中的有机溶剂、高分子材料等有机物，可以采用蒸馏、萃取、膜分离等方法进行回收。

四、实际案例分析

（一）某炼油厂废水处理与资源化案例

该炼油厂日处理原油5 万吨，生产过程中产生的废水主要含有石油类物质、悬浮物、硫化物和氨氮等污染物，日排放量约5000 立方米。原有的废水处理设施难以满足日益严格的环保要求，因此进行了升级改造，同时开展废水资源化利用项目。采用“隔油-气浮-水解酸化-好氧生物处理-深度处理”的组合工艺。首先通过隔油和气浮去除废水中的大部分石油类物质和悬浮物；然后进入水解酸化池，将大分子有机物分解为小分子有机物，提高废水的可生化性；接着通过好氧生物处理进一步去除有机物和氨氮；最后经过反渗透等深度处理工艺，使出水水质达到工业回用水标准。

（二）某化工厂废水处理项目案例

该化工厂主要生产精细化工产品，生产过程中产生的废水成分复杂，含有多种高毒性、难降解的有机化合物，COD 高达20000 毫克/升以上，氨氮含量也较高，原有的处理工艺无法使废水达标排放。经过处理后，废水的 COD 降至 500 毫克/升以下，氨氮降至 15 毫克升以下，达到了国家规定的排放标准。

五、结论

石油化工废水处理技术及资源化利用是一个复杂且系统的工程。通过物理、化学、生物等多种处理技术的合理组合，能够有效去除废水中的各类污染物，使废水达到排放标准；而水资源回用、能源回收和资源提取等资源化利用途径，则实现了废水从“废物”到“资源”的转变，既减少了对环境的污染，又创造了经济效益。

参考文献：

[1] 李强， 王静. 石油化工废水高级氧化处理技术研究进展[J].化工学报， 2022， 73（5）： 1892-1905.

[2] 张明， 刘伟， 陈刚. 膜分离技术在石化废水深度处理中的应用与挑战[J]. 水处理技术， 2021， 47（8）： 1-8.

[3] 赵岩， 孙红梅， 周涛. 石油化工废水生物处理工艺优化及微生物群落特征分析[J]. 环境科学， 2023， 44（3）： 1567-1576.