作者简介：杨凡（1982～），男，福建建瓯人，硕士，工程师，主要在石油行业从事HSE （健康、安全、环境）工作。
芦苇床系统在油田产出水处理中的应用
杨凡
（SIPET 工程咨询服务有限公司
北京100120）
摘要介绍芦苇床系统的发展历史和反应机理，重点介绍工艺流程设计参数的确定。实际应用的监测数据证明：芦苇床系统在对油田产出水有着良好的净化能力，对该技术的进一步发展和推广应用提出几点建议。
关键词
芦苇床
油田
产出水
应用
中图分类号：X74
文献标识码：B
文章编号：1672-9064(2014)02－083－04
1芦苇床系统概述
芦苇床系统（Reed Bed System ，RBS ）是指在人工构建的
池中加入土壤、砾石等填料并种上芦苇而构成的污水处理系统［1］。
1.1发展历史
1953年，德国科学家Dr.Kathe Seidel 发现芦苇能去除污
水中大量的细菌和有机及无机物
［2］
，进一步的实验表明，芦
苇还能从水中去除重金属和碳水化合物。上世纪60年代，芦苇床技术由实验室研究发展到模型设计和规模化试验阶段，用以测试该技术在处理工业废水、江河水、地面径流和生活污水中的实际应用效果。1974年德国建成了第1个基于芦苇床技术的人工湿地［3］。
1985年，欧洲各国一共建起了500多个芦苇床用于小
城镇的污水处理，并成立了行业协作组织以推动芦苇床技术的进一步研究。美国在1988到1993年间建起了几百个人工芦苇床。1987年天津环保所建成了我国第1个芦苇人工湿地系统，之后在从南到北的不少城市都得到了推广［4］。
由于具有较强的处理污染物能力，很广的适应性及很强的抗逆性，芦苇目前已成为国际上公认的处理污水的首选植物，应用范围也从生活污水扩展到了工业、石化等行业的污水处理。世界各国正投入大量人力和物力来研究、应用、并不断改进芦苇床技术。
1.2反应机理
对于净化的反应机理，各国研究者大多提出了相似的看法。由于芦苇需要在水生环境中生存，因此其茎秆纤维管具有向根部输送氧气的能力。这一特殊生态条件为土壤中的好氧和厌氧反应均创造了较为适宜的反应环境，加速了污水中
有机质的分解，具体表现在以下4个方面：
（1）过滤和隔离作用。芦苇具有发达的多年生地下茎（见图1），随着其生长发育，芦苇的地下部分逐渐形成一个具有高活性高密度的根区网络系统［5］
，污水中的悬浮固
体物质和不溶性有机颗粒在
渗流过芦苇床时，首先被根
草网络系统拦截而去除。
（2）吸收和富集作用。芦苇能从污水中吸收营养物质，并能吸附和富集重金属及有毒有害物质。对重金属的吸附和富集作用尤为显著，芦苇体内重金属浓度可达到污水中的几百甚至上千倍。在芦苇体内富集的污染物质以收割的方式最终从系统中去除。
（3）好氧和厌氧作用。为了能够在水生环境中生存，芦苇把光合作用产生的一部分氧气向其根部输送，这种向地下送氧的方式使芦苇根区具有较高的氧化还原势［3］，在根系周围形成一个好氧区域，但在距离根系较远的区域却呈现出缺氧状态，在更远的区域则呈现出完全的厌氧状态（见图2）。这种溶解氧含量的不同，使好氧、兼性和厌氧微生物各得其所，相辅相成，实现去除碳氢化合物及氮、磷。
（4）增强和稳定作用。维持污水处理系统稳定运行的首要条件是保证水力传输，芦苇能疏通土壤，在介质中形成许多微小的气室或间隙，减小封闭性，增强疏松度，使得水力传输得到加强和维持。而土壤不但为植物提供物理支持，也为各种离子和化合物提供了反应界面，为微生物提供附着。
2工艺流程
芦苇床系统工艺流程通常分为4种：推流式、阶梯进水
式、回流式和综合式［6］。本文介绍的系统采取推流式，来水在水利坡度和连通机构的共同作用下，依次通过沉淀池和芦苇床，净化后的出水在平衡渠中汇集外排（见图3）。下面对本系统的各组分做简要介绍。
2.1
沉淀池
图1
芦苇发达的根茎系统
图2
芦苇根区氧分布及反应示意图
沉淀池除了接受现场处理设施的产出水，还起着稳定水体，降低水温的作用，而且也有助于水中悬浮油的回收和重复利用。
2.2芦苇床
芦苇床是整套系统中的核心部分。芦苇床的设计需要经过科学的计算才能实现最大处理能力和最佳处理效率，需考虑如下设计参数：
（1）面积（A ）：由经验确定。对于生活污水，通常取
2.2m 2/P e ，对于油田污水可定为3～5m 2/P e 以确保出水的质量
（P e 为国际单位的导出单位，1P e 等于1个人口当量，即相当于56gBOD/（人d ）［7］。
（2）横断面积（Ac ）：可根据如下公式确定［8］：
Ac=
Q s k f
·dH dS
其中：Q s 代表污水的平均流率/（m 3/s ）；k f 代表芦苇床的水力传导系数/（m/s ），常取值3×10-3～3×10-4/（m/s ）之间；dH
dS
代表芦苇床的坡度/（m/m ）。
（3）深度：芦苇床底每年因沉积而升高，因此在确定芦苇床深度及周围堤坝高度时，需结合经济价值来考虑可使用年限。
（4）坡度：床底坡度需保证合适水力系数，又可控制杂草丛生，取值范围通常为2%～8%，常取值5%［8］。
（5）生长培养基：为了达到较好的处理效果，建议采用砂砾和碎石作生长培养基。
（6）水利控制系统：包括系统进出水及系统内部连通控制。进水口的设计要尽量减少表面浮油进入芦苇床，而出水口则应确保污水在芦苇床中有足够的停留时间，内部的连通机构则可以调节流量，均衡处理效果。
（7）防渗漏处理：为了防止污水渗漏和进入深层土壤而污染地下水，同时也为了保持芦苇床层水位，在芦苇床底需设有防渗漏层。常采用塑料衬里作为防渗漏材料，也有采用高压聚乙烯或用胶泥密封。
（8）停留时间：可用“芦苇床体积×土壤孔隙度÷日均污水产量”计算。根据实验，最佳停留时间为5～7d ［8］。
（9）物种选择：优先选用当地原产，生长迅速且易繁殖的芦苇品种栽种。
2.3平衡渠
平衡渠接收并收集经过芦苇床处理后的产出水，还能起到均衡水质、稳定水体的作用。此外，在平衡渠中也可适当栽种一定面积的芦苇，进一步增强处理效果。
3
应用实际
3.1
系统描述
笔者所在油田每日产出水量约为4×104m 3，水温约为
65℃，其中溶解油的含量8ppm （百万分之一）左右，悬浮油含
量约为溶解油2倍。
本系统选用“常见芦苇（拉丁名：Phragmites Australis ，英文名：Common Reed ）”作为除污植物。“常见芦苇”是一种大型多年生湿地植物（见图4），广泛生长于热带和温带地区，条件适宜的情况下可在1a 内长至5m 多高，并在土壤中生长出非常发达的根茎系统［9］。为避免外来物种入侵，选种在油田所在地某处面积辽阔、长势良好的自然湿地中进行。
结合设计理论和油田现场实际，建设
的芦苇床系统由以下部分构成：一级沉淀池：7个，尺寸均为（300×500×1.5）m 3；二级沉淀池：4个，尺寸均为（240×800×1）
m 3；芦苇床：8个，尺寸均为（200×800×1）m 3；平衡渠：9条，尺
寸不尽相同。
由于处理水量大，系统构成复杂，为减小占地面积，充分利用资源，在系统布局上采取左右对称结构。来自油田现场处理设置的产出水先进入一级沉淀池进行初步的冷却静置和油水分离，再分别进入左右两侧的二级沉淀池进行进一步的冷却和分离，之后回收分离出的油层，产出水则通过二级沉淀池两侧进入芦苇床。在芦苇床中经过一系列物理、化学、生物反应处理后，净化了的产出水流入各条平衡渠。平衡渠之间相互连通，汇集处理后的产出水并将其外排（见图5）。
一级和二级沉淀池中静置和分离产生的表面的悬浮油，定期由吸油泵车进行回收和循环利用。系统
间的水体流动由水力坡度和手动堰门控制，全套系统无需使用生物及电力能源，充分体现了节能环保的设计理念。
芦苇床的内部结构如图6所示，从二级沉淀池的来水通过分流器，均匀渗入由石块和砾石填充的基质中，经过芦苇根区的物理、化学和生物反应作用后完成净化处理过程。芦苇床底部铺设用抗紫外聚乙烯材料制成的防渗漏保护膜。运行水位控制在砾石层下100mm 左右，既能保证芦苇床的处理效果，也能防止因蒸发量过大而减少停留时间。
3.2处理效果
为了监控芦苇床系统的处理效果，油田工作人员每日从
进、出水口分别取样测定水体中溶解油含量、溶解氧含量和
图3
油田污水处理设计流程
图4
在芦苇床中生长的常见芦苇
图5
芦苇床系统图示
图6芦苇床结构剖面图
水体电导率等几项关键生化指标。本文截取从2012年5月
1日至2013年11月30日上述几项水质参数的实验数据对
处理效果进行说明。
（1）溶解油含量：从图7可以看出，芦苇床系统进水的溶解油含量大多数时候在5～9ppm 之间，有时甚至达
10ppm ，但出水油含量则都在1ppm 之下，基本接近于0ppm ，
远低于下列标准的规定排放值：油田所在地标准<7ppm ，国际标准<5ppm ，油田所在地目标标准<3ppm 。
由此可以判定，芦苇床对产出水中的溶解油有着显著的去除效果。
（2）溶解氧含量：由于产出水的厌氧特性，进水中的溶解氧含量相当低，有时甚至不到10%，而经过芦苇床处理之后的出水中，氧含量则有了显著的提高，不少数据的增幅甚至达到100%（见图8），这充分说明了芦苇根茎补充氧气的效果。水体溶解氧含量的增加，使得处理后的产出水可作为鱼类和其他生物的生存用水，增进了水体的生物适用性和环境适应性［10］。
（3）水体电导率：水体电导率表示溶液的渗透能力及其对土壤结构和灌溉作物的影响大小［11］。在流经芦苇床期间，由于水分蒸发使得盐浓度升高，加上芦苇床的生化作用，出口水样的电导率较入口相比有了明显的提高（见图9）。
综上所述，通过长期的实验数据可以确定，该芦苇床系统对油田产出水的处理效果明显，结果稳定。出口水质在溶解油含量、溶解氧含量和水体电导率等方面较进水相比均有
了大幅度的提高，其中溶解油的检测指标数据甚至优于国际和当地环保相关标准的要求。
4结论与建议
（1）结论。芦苇床系统是一个内部形成了良好循环的完
整的生态系统。它具有投资低、出水水质好、抗冲击力强、操作简单、维护和运行费用低廉等经济效益，同时还具有增加绿地面积、改善和美化生态环境和生态效益，是正在不断得到研究应用和发展的污水处理实用新技术。芦苇床系统使人们向着“低投资-低运行费用-低维修技术-高处理能力-高观赏性-高社会效益”的终极污水处理追求目标又迈进了一大步［12］。
此外，芦苇在我国普遍适应生长，对于我国这样地域辽阔但经济技术发展水平不高，能源短缺却又面临巨大环境压力的国家来说，研究并大力推广芦苇床污水处理技术具有非常重要和深远的意义。
（2）建议。为了进一步增强芦苇床系统的污水净化能力，提高芦苇床系统的地域适应性和可操作性，需在以下几个方面采取改进措施：①加强理论应用的研究。虽然芦苇床的理论研究历史已超过半个世纪，但有关工艺设计资料和应用实例还不多见，尤其在工业污水处理的应用方面，相关资料更为稀少。因此需要进一步深入开展研究工作，重点是综合分析不同地区、不同环境气候及不同污水特性条件下的应用数据，并结合所在地区的具体情况，全面分析微生物在不同水力和气候环境下的反应机理，细化环境因子的选择依据和调控方法，确定生物运行周期并监测降解过程，以促进其在适当地区的推广应用。②温差明显地区的维护。在温差明显地
说明：1.芦苇床进水口。2.进水口三通。3.维护检查口，平时加盖。4.自立式多孔分流器，平均分配来水。5.中等大小石块（粒径50-100mm ），粗集堆放。6.砾石充填（粒径约10mm ）。7.运行水位（约保持在砾石层下100mm ）。8.防渗漏保护膜，通常用抗紫外聚乙烯材料制成。9.常见芦苇
（Phragmites Australis ）。
图
7
进出水溶解油含量对比
图8
进出水溶解氧含量叠加图
图9
进出水电导率测试值对比
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第82页）
输送采取了料栓压送的运行方式，通过对程序及各参数的调整，该种方式气源压力低且波动大的情况下实现了稳定运行，出力满足沉降灰灰量要求，系统稳定运行了几个月直到锅炉停炉检修，具体方式为：
（1）通过观察后把堵管压力适当提高至接近气源压力。该种设置主要是提高输送管道内的静压以便内把输送管道内一定长度的料栓压送到终点，同时避免堵管清堵时高压气流可能对积灰灰斗造成的安全隐患。
（2）对运行工艺进行更改。更改的意图主要是控制每次进入输送管道的料栓长度及输送管道内所有料栓的长度之和。主要措施是输送过程中根据输送管道压力反馈值的大小调整1次气、3次气及出料阀的开关以控制料栓长度及输送管道内所有料栓的总长度［2］。通过该工艺的运用实现了沉降灰和正常除尘灰的稳定输送。
5结论
6#炉1B改造后大幅度提高了系统对煤质变化的适应性，实现了正常除尘灰和沉降灰的长期稳定输送，系统出力提高到了80t/h，系统耗气量较原系统大幅降低，各项技术参数均达到了设计要求。
参考文献
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2邱生祥，田青，潘仁湖.一种沉降灰输送控制方法.中国专利：201210119324.8，2012-04-20
区，需在冬季对当年成长的芦苇进行收割。在寒冷的冬季，芦苇生长停滞，地面部分开始枯萎，并且开始将养分从叶、枝干部分向根茎转移。在养分转移之前对芦苇的地面部分进行收割，这样根茎在天气转暖之后才会发出新芽。在收割进行期间，芦苇床系统需要停止运行。③新型床体填料的选用：传统芦苇湿地所用的填料以砂砾和碎石为主，但这种填料在吸附交换能力、防堵塞性能等方面均不够理想。近年来，有研究表明沸石在挂膜和吸附、交换性能和除氮效果等方面均优于砾石。沸石是一种架状结构的多孔穴和通道的硅铝酸盐天然矿物，在我国分布广、储量大、较易开采。实验表明，在同样的进水水质和水力负荷下，沸石床对总氮、氮氨、硝酸盐氨去除率比砾石芦苇床分别高28%、67%、35%［13］，可见用沸石作为芦苇床填科是一个值得深入研究的方向。
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荷兰GE公司推出世界首台智能风机
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GE公司宣布推出目前全球最高效、拥有最高电力输出的2.5-120型风机，这也是世界第1台智能风机，该机已在荷兰安装使用。该型风机是第1台在低风速的风场仍兼具世界一流效率和电力输出的风机，相比于其他型号的风机，其效率提高25%，电力输出提高15%。它的叶片长达120m，可在低风速地区捕获更多能量，其塔高达139m，非常适合深山密林地区使用。
中国加快海上风电发展
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