微生物除油技術(shù)在高濁度油田黑水沖擊下的應(yīng)用實踐

郭 鵬 ，林 剛，吳玉華 ，莊建全，羅江濤 ，紀(jì)艷娟，王文斌

1.中國石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院 （江蘇 揚州 225009）

2.中國石化江蘇油田分公司試采二廠 （江蘇 揚州 225009）

隨著油田進入中后期開采階段，油井產(chǎn)液含水不斷上升，從環(huán)保和節(jié)約資源考慮，對產(chǎn)出污水進行經(jīng)濟有效的處理是油田可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。依據(jù)污水排放國家標(biāo)準(zhǔn)GB 8978，油田污水中主要超標(biāo)的污染物為石油類、硫化物、揮發(fā)酚等，屬有機污染水質(zhì)。

目前在煉油廢水和城市污水處理領(lǐng)域廣泛使用的生化處理技術(shù)，對于油田有機污染類水質(zhì)的處理，是一項經(jīng)濟實用的處理方法。近年來，這一技術(shù)在華東、勝利、大慶、河南等油田得到了應(yīng)用，為掌握這一處理方法的核心技術(shù)，解決實際存在的問題，2009年以來江蘇油田立項開展了針對油田高鹽高濁度污水專性生化處理技術(shù)研究。

1 污水可生化性評價與菌劑優(yōu)選

1.1 現(xiàn)場污水可生化性評價

污水的可生化性即污水中有機污染物被生物降解的難易程度?？缮圆町惖闹饕蛟谟谖鬯挠袡C物中，除一些易被微生物分解外，還有一些物質(zhì)不易被微生物降解、甚至對微生物生長產(chǎn)生抑制作用[1]。

傳統(tǒng)觀點認(rèn)為 BOD5／CODCr（5 日生物耗氧量/化學(xué)耗氧量）比值法是最經(jīng)典、也是目前最為常用的一種評價污水可生化性的水質(zhì)指標(biāo)評價法，體現(xiàn)污水中可生物降解有機污染物占有機污染物總量的比例。該比值的變化遵循如表1所示的規(guī)律。

根據(jù)這一理論方法，分別取樣測試了HS站三相分離器出口、FX、TZ、MTZ進站污水4個水樣，測試數(shù)據(jù)看HS站三相分離器出口、FX污水站進水、MTZ三地污水均具有較好的可生化性，測試數(shù)據(jù)如表2所示。

1.2 除油菌劑篩選與純化

利用生物育種手段[2]從含油污泥、污水中分離、篩選、富集、純化、培養(yǎng)、選育出具有降解原油功能的微生物十余株，采用分子生物學(xué)（DGGE技術(shù)）和基因測序手段對比分析菌種功能特性，優(yōu)選出3種除油菌：7-1號為NZ芽孢桿菌，7-2號為KC芽孢桿菌，7-3號為DY芽孢桿菌，室內(nèi)除油率在96%～99.5%之間。

表1 污水可生化性規(guī)律表

表2 4個代表性站點污水可生化性數(shù)據(jù)

針對液體菌種在常溫易老化、保存時間短等問題，開展干粉除油菌劑制作工藝研究，形成工業(yè)化高效石油降解菌干粉菌劑制作工藝方法[3]。干粉菌劑產(chǎn)品活菌數(shù)不少于1 010個/g，雜菌率不大于2%，純度不小于98%，芽孢數(shù)占活菌數(shù)98%以上，除油率大于95%。高效石油降解菌劑適用于pH值5.5～9.5、溫度 15～40℃、礦化度＜80 000mg/L 的含油污水體系。

2 FX斷塊油藏特點與生化除油小試實驗

2.1 FX斷塊油藏特點

FX斷塊儲層巖性以砂巖為主，平均滲透率7.5×10-3μm2，屬低孔、低滲儲層。該斷塊共有水井5口，日配注110m3。FX污水處理站始建于2010年6月，擔(dān)負(fù)HS站來水處理及FX斷塊的注水任務(wù)，該站初投產(chǎn)時采用一級沉降加管式膜工藝處理。根據(jù)FX注水站水質(zhì)現(xiàn)狀與處理要求，選擇該站開展了自主設(shè)計的小型生化裝置現(xiàn)場實驗工作。

2.2 現(xiàn)場小試實驗

為評價FX站含油污水生化處理可行性，2011年3～5月，在該站現(xiàn)場開展含油污水生物接觸氧化、管式膜超濾污水處理評價實驗[4-5]。

2.2.1 現(xiàn)場小試工藝設(shè)計

實驗裝置見圖1，來水經(jīng)過緩沖桶后通過提升泵提升至生化池，經(jīng)生物接觸氧化處理后進入循環(huán)桶，隨后進入管式超濾膜處理。生化系統(tǒng)設(shè)計處理能力為30L/h，膜過濾系統(tǒng)設(shè)計處理能力為20L/h，多余污水回流到循環(huán)桶。

2.2.2 小試實驗效果分析

經(jīng)小試流程處理后，污水水質(zhì)得到很大改善，出水水質(zhì)清澈透明，如圖2所示。

圖1 FX生化加膜過濾實驗流程

圖2 生化加膜小試實驗沿程水質(zhì)變化

實驗中每半月一次取樣檢測，實驗結(jié)果如表3所示。經(jīng)生化加膜過濾處理后，出水水質(zhì)清澈透明效果穩(wěn)定；從指標(biāo)上看，生化進口含油量10～160mg/L，硫化物含量40mg/L，濁度20～400 NTU；生化出口含油量0～1.2mg/L，生化出口不含硫化物，濁度5～12 NTU；膜出口濁度小于1NTU，粒徑中值小于1.5μm，膜出口不含油，達(dá)到了A2級指標(biāo)要求。

3 FX油田污水站生化工藝的應(yīng)用

3.1 生化工藝的選擇

生化除油工藝目前較多的采用好氧法處理，根據(jù)其作用原理和運行情況，各工藝處理方法的優(yōu)缺點[3]，如表 4所示：

根據(jù)FX油田污水處理站來水特點，確定在該站選用生物接觸氧化處理工藝。

2012年9月，該站完成改造并投入運行，主要設(shè)備包括2臺注水泵，1套生化污水處理系統(tǒng)，1套雙室精細(xì)過濾系統(tǒng)、1座100m3注水罐。

表3 生化加膜小試實驗沿程水質(zhì)數(shù)據(jù)

表4 幾種好氧法處理工藝的優(yōu)缺點對比

3.2 生化系統(tǒng)的啟動

2012年9月FX污水站生化池內(nèi)投加菌劑及生化強化劑，生化系統(tǒng)開始啟動，啟動期間運行過程如圖3所示。

圖3 生化系統(tǒng)啟動階段濁度變化

生化系統(tǒng)啟動的第10天，系統(tǒng)濁度已經(jīng)降至10NTU左右，系統(tǒng)達(dá)到平穩(wěn)的運行狀態(tài)，數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)場生化系統(tǒng)啟動成功。

3.3 生化處理常規(guī)油田污水效果

生化系統(tǒng)正常啟動后，平穩(wěn)運行3個月，對流程各點進行了沿程取樣測試，測試結(jié)果如表5所示。從測試效果上看，油田污水經(jīng)生化系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)出水含油基本不含油，固體去除率大于70%、顆粒數(shù)去除率大于90%、硫化物去除率100%、在控制曝氣量下腐蝕率下降大于90%，處理效果穩(wěn)定。

4 高濁度黑水來源與特點分析

4.1 來源分析

FX站處理的污水存在來源廣、處理流程長、污水量大的特點， 包括 MTZ、WZ、MJZ、HJ、FS 等 6 個區(qū)塊的井口產(chǎn)液；井口產(chǎn)出液到FX污水站經(jīng)多個處理站多次加熱、加壓、沉降、加藥處理；目前HS站基本為滿負(fù)荷運行，因此當(dāng)系統(tǒng)進液量波動時，出水水質(zhì)波動大，導(dǎo)致后端FX污水站受到高濁度油田黑水沖擊，膜系統(tǒng)難以穩(wěn)定工作。2010年12月在該站投產(chǎn)半年后即更換膜管，2011年7月第2次更換膜管。

4.2 特點分析

4.2.1 穩(wěn)定性分析

取高濁度黑水連續(xù)記錄觀察其中部濁度變化，數(shù)據(jù)如表6所示。

表5 生化處理油田含油污水效果

從數(shù)據(jù)變化上看，這種高濁度黑水具有穩(wěn)定性強，沉降速度慢的特點。

4.2.2 水質(zhì)分析

黑水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表7。

4.3 現(xiàn)場生化系統(tǒng)實際抗黑水沖擊情況

由于前端聯(lián)合站處理壓力大，導(dǎo)致FX系統(tǒng)進水水質(zhì)波動大，最高檢出濁度大于2 000NTU，生化池出水最高達(dá)到100NTU。高濁水進入生化池后，在濁度峰值出現(xiàn)后4d池內(nèi)濁度開始明顯下降，生化系統(tǒng)逐漸恢復(fù)。在高濁度來水沖擊下，出水濁度迅速上升，但出口含油仍可以得到有效處理，生化系統(tǒng)內(nèi)高效除油處理菌劑能夠耐受高濁度黑水沖擊。

表6 黑水連續(xù)靜置濁度變化(2010年)

表7 黑水水質(zhì)數(shù)據(jù)

5 結(jié)論與認(rèn)識

1）在投除油加菌劑及生化強化劑的10d后,FX油田污水生化處理系統(tǒng)即完成現(xiàn)場生化系統(tǒng)的平穩(wěn)啟動。

2）經(jīng)過處理后的污水中基本不含油，生化出口顆粒數(shù)、COD、固體含量明顯下降，為后端精細(xì)處理的平穩(wěn)運行提供了可靠保證。

3）FX油田污水生化處理系統(tǒng)具有較好的抗沖擊能力，穩(wěn)定后能夠抵御濁度大于2 000NTU的高濁度污水沖擊。

4）日均注水量由91m3提高到120m3，達(dá)到配注要求，注水泵壓力由24.5MPa降至22.5MPa。

5）在FX污水處理站成功應(yīng)用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生化綜合處理技術(shù)，有效地降低了進入過濾系統(tǒng)的污水含油量，處理的污水為部分控制指標(biāo)達(dá)到A1級水質(zhì)要求。由于使用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，大大降低了建設(shè)及運行成本，具有對環(huán)境影響小、不產(chǎn)生二次污染、操作簡便等顯著優(yōu)點,值得進一步的研究和推廣應(yīng)用。

[1]王琨，湯利華，汪強林，等.污水可生化性對污水處理效果影響的分析[J].工業(yè)用水與廢水，2012，43（1）：16-18.

[2]張學(xué)洪.高鹽度采油廢水生物處理技術(shù)研究與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2009：28-43.

[3]徐亞同.廢水生物處理的運行與管理[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2009：44-84.

[4]汪開治.微生物除油劑[J].生物學(xué)通報,1991(8)：31.

[5]王卓穎,王磊,桂曉琳,等.高效降解機油微生物的篩選及除油效果初探[J].工業(yè)微生物.2006,36(1)：26-29.