高含聚廢液的降解試驗(yàn)

郭新林

大慶油田采油二廠

高含聚廢液的降解試驗(yàn)

郭新林

大慶油田采油二廠

高含聚廢液的降解技術(shù)是一項(xiàng)聯(lián)合處理技術(shù)，分為等離子體催化氧化技術(shù)和特種微生物強(qiáng)化處理技術(shù)兩部分。該技術(shù)完全摒棄了氧化劑等化學(xué)藥劑的使用，運(yùn)行穩(wěn)定、抗沖擊能力強(qiáng)，處理時(shí)間短、能耗低，產(chǎn)生固體廢棄物少，杜絕了二次污染。采用催化氧化+特種生物強(qiáng)化處理兩段式組合工藝，原液在一段催化氧化作用下，把大分子量PAM斷鏈分解為小分子量PAM，然后在二段特種微生物多種菌群聯(lián)合作用下降解為水、二氧化碳、丙烯酸殘?bào)w及微量氨氣等中間產(chǎn)物。2012年6月在大慶油田采油二廠南3—1污水站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，按日處理能力1 000 m3/d的高含聚廢液處理站估算，總投資2 573萬(wàn)元，噸液折舊成本4.70元，噸液運(yùn)行成本為5.24元，噸液處理成本合計(jì)為9.94元，該技術(shù)處理成本較現(xiàn)有其他技術(shù)略低。

聚合物；等離子催化氧化；微生物；廢液

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

大慶油田聚驅(qū)開發(fā)對(duì)于油田長(zhǎng)期保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的意義重大。但是，伴隨著該技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)，產(chǎn)生大量副產(chǎn)物——聚驅(qū)洗井、支線沖洗、作業(yè)等產(chǎn)生的高含聚廢液，這部分聚合物廢液分子量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，黏度大，較難降解，而且含有大量污油、雜質(zhì)，未經(jīng)處理現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)根本無(wú)法回收，水質(zhì)難以控制。

由于這部分廢液無(wú)有效處理途徑，多年來(lái)一直困擾著油田開發(fā)。特別是隨著油田開發(fā)的深入，原油生產(chǎn)任務(wù)極其艱巨，聚驅(qū)洗井、支線沖洗、作業(yè)措施工作量將大幅增加。因此，尋找一種效果理想、運(yùn)行穩(wěn)定、安全環(huán)保的處理技術(shù)已迫在眉睫。

2 技術(shù)原理與工藝

高含聚廢液的降解技術(shù)是一項(xiàng)聯(lián)合處理技術(shù)，分為等離子體催化氧化技術(shù)和特種微生物強(qiáng)化處理技術(shù)兩部分。

等離子體催化氧化技術(shù)采用高氣壓非平衡等離子體、納米石墨烯催化等多種技術(shù)協(xié)同作用產(chǎn)生組合效應(yīng)。通過強(qiáng)電離放電，氧氣分子分解為非平衡等離子體，這些物質(zhì)的不穩(wěn)定與不中和特性引發(fā)多功能效應(yīng)，對(duì)高分子聚合物進(jìn)行開環(huán)、斷鏈，分解或礦化成為易于微生物降解的中間產(chǎn)物[1]。

特種微生物強(qiáng)化處理技術(shù)針對(duì)油田高含聚廢液進(jìn)行誘導(dǎo)、馴化、篩選得到特種微生物菌種，通過微生物的新陳代謝，把復(fù)雜的有機(jī)物分解為水、二氧化碳、丙烯酸殘?bào)w和微量氨氣，實(shí)現(xiàn)降解凈化母液的目的。

該技術(shù)完全摒棄了氧化劑等化學(xué)藥劑的使用，運(yùn)行穩(wěn)定、抗沖擊能力強(qiáng)，處理時(shí)間短、能耗低，產(chǎn)生固體廢棄物少，杜絕了二次污染。

工藝流程見圖1。

圖1 等離子催化氧化及特種生物強(qiáng)化處理工藝流程

3 室內(nèi)小試

2011年對(duì)大慶油田采油二廠聚驅(qū)洗井、支線沖洗、作業(yè)等產(chǎn)生的高含聚廢液進(jìn)行跟蹤分析，在室內(nèi)開展了特種微生物強(qiáng)化處理試驗(yàn)。

3.1 試驗(yàn)工藝

采用催化氧化+特種生物強(qiáng)化處理兩段式組合工藝，原液在一段催化氧化作用下，把大分子量PAM斷鏈分解為小分子量PAM，然后在二段特種微生物多種菌群聯(lián)合作用下降解為水、二氧化碳、丙烯酸殘?bào)w及微量氨氣等中間產(chǎn)物。這一過程大部分中間產(chǎn)物作為新陳代謝的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為自身菌群增殖的一部分，其他產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)降解[2]。

3.2 試驗(yàn)效果

（1）聚合物濃度處理。原液含聚濃度為1 724.5～3 100.2 mg/L，未經(jīng)一段催化氧化處理直接進(jìn)入二段微生物處理，濃度降至1590.0～2786.2mg/L，平均去除率僅為10%；原液經(jīng)一段催化氧化預(yù)處理，濃度降至1 613.0～2 798.3 mg/L，平均去除率為9%，然后進(jìn)入二段微生物處理，濃度降至760.8～1 213.0 mg/L，平均去除率增至64%。

（2）聚合物黏度處理。原液黏度為16.9～31.2 mPa·s，未經(jīng)一段催化氧化處理直接進(jìn)入二段微生物處理，黏度降至5.0～14.5 mPa·s，平均降解率為59.2%；原液經(jīng)一段催化氧化預(yù)處理，黏度降至4.9～13.1 mPa·s，平均降解率為61%，然后進(jìn)入二段微生物處理，黏度降至0.95～1.0 mPa·s，平均降解率增至96.3%。

3.3 小試結(jié)論

通過試驗(yàn)可以看出，單一采用催化氧化技術(shù)或微生物技術(shù)處理高含聚廢液效果均不理想，主要原因?yàn)椋阂皇谴呋趸夹g(shù)只能對(duì)PAM大分子量起到斷鏈作用而不能最終分解；二是高濃度、高黏度大分子量PAM液體對(duì)生物生長(zhǎng)有抑制作用，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)但實(shí)際意義不大[3]。因此，利用催化氧化+特種微生物兩段式流程處理高含聚廢液，效果顯著，為下步現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)情況

2012年6月在采油二廠南3—1污水站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置處理能力1 m3/h，微生物反應(yīng)池停留時(shí)間20 h。試驗(yàn)期間處理注聚井洗井水、配制站及注入站廢棄聚合物母液共65車。其原液的含油、含聚濃度、黏度變化較大，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的穩(wěn)定性帶來(lái)較大的考驗(yàn)。

（1）聚合物濃度處理效果。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，原液濃度為264.0～6 000.0 mg/L，平均為2 594.2 mg/L，經(jīng)試驗(yàn)裝置處理后出水濃度降至365.0～1 655.0 mg/L，平均1 125.5 mg/L，濃度平均去除率為56.6%，最高達(dá)80.3%。在沖擊試驗(yàn)期間該技術(shù)表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性，6月28日～7月8日原液濃度達(dá)4000mg/L以上，8月11日高達(dá)6 000mg/L，微生物出水濃度仍控制在1 500 mg/L以內(nèi)。

（2）聚合物黏度處理效果。原液黏度為1.6～312.0 mPa·s，平均43.8 mPa·s，經(jīng)試驗(yàn)裝置處理后出水黏度控制在2 mPa·s以內(nèi)，平均1.8 mPa·s，黏度平均降解率為96.0%，最高達(dá)99.5%。在沖擊試驗(yàn)期間該技術(shù)黏度控制極為理想，8月10日～20日原液黏度達(dá)40 mPa·s以上，8月11日甚至高達(dá)312mPa·s，微生物出水黏度仍控制在2mPa·s以內(nèi)。

（3）含油處理效果。原液含油量為3.0～4 300.0 mg/L，平均276.5 mg/L，經(jīng)試驗(yàn)裝置處理后出水含油量降至0～10.0 mg/L，平均2.2 mg/L，平均含油去除率為99.2%，最高達(dá)100%，該技術(shù)對(duì)含油指標(biāo)的控制十分穩(wěn)定。

（4）懸浮固體含量處理效果。原液懸浮固體含量為83.5～2 602.7 mg/L，平均526.3 mg/L，經(jīng)試驗(yàn)裝置處理后出水降至7.6～50.8 mg/L，平均24.8 mg/L，平均去除率為95.3%，最高達(dá)98.5%，該技術(shù)對(duì)懸浮固體含量指標(biāo)的控制同樣十分穩(wěn)定。

（5）COD降解效果。原液COD含量為560.0～7 100.0 mg/L，平均3 136.3 mg/L，經(jīng)試驗(yàn)裝置處理后出水COD含量降至402～2 270 mg/L，平均為1 194.1 mg/L，平均去除率為61.9%，最高達(dá)87.2%。

4.2 污泥的處理回收

經(jīng)微生物處理后污水中的有機(jī)污染物基本被降解，形成絮體大、黏度低的活性污泥，每立方米廢液產(chǎn)生干泥量約為0.62 kg，利用現(xiàn)有成熟的壓濾機(jī)技術(shù)處理完全可以實(shí)現(xiàn)污泥減量化。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)論

通過試驗(yàn)看出，該裝置運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)高含聚廢液的聚合物濃度、黏度，含油，懸浮固體及COD去除效果較好，尤其是對(duì)黏度、含油有極好的處理效果且控制穩(wěn)定。聚合物濃度平均去除率為56.6%、黏度去除率為96.0%，含油去除率為99.2%，懸浮固體去除率為95.3%，COD去除率為61.9%。試驗(yàn)期間，對(duì)壓裂液處理也進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)對(duì)壓裂液處理效果理想，濃度、含油、懸浮固體含量以及COD的去除率均達(dá)到90%以上，出水黏度控制在1 mPa·s左右。

5 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

按日處理能力1 000 m3的高含聚廢液處理站估算，總投資2 573萬(wàn)元，噸液折舊成本4.70元，噸液運(yùn)行成本為5.24元，噸液處理成本合計(jì)為9.94元，該技術(shù)處理成本較現(xiàn)有其他技術(shù)略低。

[1]林孟雄，杜遠(yuǎn)麗，陳坤，等．復(fù)合催化氧化技術(shù)對(duì)油氣田壓裂返排液的處理研究[J]．環(huán)境科學(xué)與管理，2007（8）：115-118.

[2]包木太，駱克峻，耿雪麗，等．聚丙烯酰胺降解菌的篩選及降解性能評(píng)價(jià)[J]．西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008（2）：71-74.

[3]韓昌福，李大平，王曉梅．聚丙烯酰胺生物降解研究進(jìn)展[J]．應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2005（5）：648-650.

（0459）5296586、guoxinling@petrochina.com.cn

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.8.023

郭新林：2000年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，現(xiàn)在大慶油田采油二廠從事油田地面工程技術(shù)管理工作。