油田采出水微生物處理橇裝一體化技術(shù)研究

王慶吉 裴艷玲 盧曉平 陳明月 韓京恩3大慶油田工程有限公司

2大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠

3大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠

隨著大慶外圍油田的逐漸開發(fā)，一些零散區(qū)塊系統(tǒng)依托性差，一般處于環(huán)境敏感區(qū)域，采出的含油污水不能外排，需輸送至污水處理站進(jìn)行集中處理。隨著開發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，采出液綜合含水率逐漸升高，含油污水量逐年增加，其輸送成本較高、管理難度大，并且影響已建處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行（嚴(yán)重超負(fù)荷等）。對(duì)含油污水就地處理回注是緩解該矛盾的有效措施，但該類區(qū)塊儲(chǔ)層滲透率低，對(duì)注水水質(zhì)要求高，注水水質(zhì)需達(dá)到特低滲透油層注水水質(zhì)“5.1.1”指標(biāo)[1]。針對(duì)分散區(qū)塊含油污水的特點(diǎn)以及含油污水就地處理回注的生產(chǎn)需求，利用微生物處理技術(shù)，篩選、配伍、培養(yǎng)出一種適合外圍油田分散區(qū)塊含硫采出水的微生物菌劑[2-3]，開發(fā)出1套適合外圍分散區(qū)塊橇裝一體化采出水處理裝置。它能夠作為后續(xù)顆粒濾料過濾和精細(xì)過濾的前端預(yù)處理裝置進(jìn)行有效除油和除硫，提高了分散區(qū)塊采出水橇裝處理的最終出水水質(zhì)。

1 水質(zhì)可生化性分析

為了使篩選的菌群及現(xiàn)場(chǎng)處理裝置設(shè)計(jì)參數(shù)更有針對(duì)性，首先對(duì)采自油田邊緣零散區(qū)塊的采出水進(jìn)行水質(zhì)分析，分析項(xiàng)目主要包括污水中主要污染因子及微生物生長(zhǎng)影響因子等。水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見表 1。

表1 水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果Tab.1 Water quality detection results

從表1可以看出，來水中除懸浮污油及固體外，還存有一部分的乳化油，采用微生物法對(duì)乳化油進(jìn)行破乳，應(yīng)篩選相應(yīng)的破乳菌；同時(shí)，考察水中較高的硫化物和總鐵含量對(duì)微生物的影響[4-5]。另外，根據(jù)對(duì)該水樣水質(zhì)分析結(jié)果，C(B OD5)∶C(N)∶C(P)=179∶6.5∶0.21，即 BOD5179 mg/L，總氮6.5 mg/L，總磷0.21 mg/L，加上水溫、pH值、鹽度（礦化度）、微量元素等水質(zhì)條件，認(rèn)為該污水具有較高的可生化性。

2 菌種篩選及降解能力驗(yàn)證

2.1 菌種篩選

菌種篩選過程中使用以下培養(yǎng)基：每1 L培養(yǎng)基含有 NaNO31.5 g、（NH4）2SO41.5 g、K2HPO41 g、MgSO4·7H2O 0.5 g、KCl 0.5 g、FeSO4·7H2O 0.01 g、CaCl20.002 g、蒸餾水1 000 mL，以及原油1 g、pH值7.0。分離培養(yǎng)基為篩選用無機(jī)鹽液體培養(yǎng)基中加入2%瓊脂。將5 g原油污染土壤樣品加入100 mL篩選用培養(yǎng)基中，在35℃、150 r/min搖床中培養(yǎng)7天。待培養(yǎng)液混濁后，吸取5 mL培養(yǎng)液重新轉(zhuǎn)接入新鮮液體培養(yǎng)基中，與上述培養(yǎng)條件相同連續(xù)轉(zhuǎn)接富集培養(yǎng)3次。采用稀釋平板法進(jìn)行分離，將培養(yǎng)液系列稀釋后，取0.2 mL稀釋液涂布于固體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)48 h；待平板長(zhǎng)出菌落后選擇不同顏色及形態(tài)的單菌落，分別回接于含油液體培養(yǎng)基中，在2種含油培養(yǎng)基中均能生長(zhǎng)的即為原油降解微生物。篩選得到了10個(gè)具有較強(qiáng)原油降解能力的純培養(yǎng)菌株，將各菌群按照5%的體積比例投入到新鮮液體培養(yǎng)基中，在35℃、150 r/min搖床中培養(yǎng)7天。檢測(cè)結(jié)果表明，原油降解率達(dá)到43.6%～64.2%，如圖1、圖2所示。這表明各菌株在35℃的較高溫度條件下具有良好的原油降解能力，168 h內(nèi)可降解原油436～642 mg/L。

圖1 各菌株原油降解能力檢測(cè)結(jié)果Fig.1 Detection results of crude oil degradation capacity for each strain

圖2 微生物菌種照片F(xiàn)ig.2 Photos of microbial species

2.2 菌種降解效能

使用肇東一聯(lián)含油污水代替原油培養(yǎng)基，將菌株培養(yǎng)液按照10%的體積比例接種至污水中，在35℃、150 r/min搖床中培養(yǎng)48 h。結(jié)果表明各菌種水中含油量降解率為67.9%～88.5%，如圖3所示。這表明篩選得到的微生物菌群對(duì)外圍某分散區(qū)塊含油污水具有良好適應(yīng)性，并且具有較高的原油降解能力。

圖3 各菌株原油降解效能驗(yàn)證Fig.3 Performance verification of crude oil degradation efficiency for each strain

3 微生物橇裝處理裝置設(shè)計(jì)

為滿足零散區(qū)塊含油污水就地處理對(duì)設(shè)備裝置的需求，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了整套設(shè)備的模塊化，占地面積非常小，運(yùn)輸和安裝靈活方便。將裝置所有設(shè)備集成為2個(gè)橇裝件，尺寸分別為8.5 m×2.4 m×2.9 m和8 m×2.4 m×2.9 m，裝置處理量為10 m3/h，2級(jí)總停留時(shí)間不超過12 h。污水首先進(jìn)入微生物預(yù)處理油水分離區(qū)進(jìn)行油水分離（圖4）。微生物預(yù)處理裝置內(nèi)設(shè)有微生物折流板、微孔陶瓷曝氣器、彈性組合填料、自動(dòng)污油回收裝置、自動(dòng)排污裝置。

圖4 微生物預(yù)處理裝置結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig.4 Structure of microbial pretreatment device

微生物預(yù)處理裝置出水流入微生物處理裝置（圖5），在微生物的新陳代謝作用下污水中的有機(jī)物被微生物分解轉(zhuǎn)化[6]，一部分作為營養(yǎng)物質(zhì)合成微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)，另一部分被分解成二氧化碳和水；并且在微生物活動(dòng)過程中分泌一些特殊酶類，可進(jìn)一步去除水體中的有機(jī)懸浮物及殘存污油，達(dá)到生物降解的目的[7-8]。另外，微生物菌種可利用水中無機(jī)鹽、有機(jī)物作為營養(yǎng)物質(zhì)[9]，無需添加其他營養(yǎng)，處理后果對(duì)環(huán)境影響小，不產(chǎn)生二次污染[10]。微生物處理裝置內(nèi)設(shè)有微生物折流板、微生物供氧所需的中孔纖維曝氣管、耐油性微生物組合填料、自動(dòng)污油回收裝置、自動(dòng)排污裝置及移動(dòng)沖洗豎片過濾器。微生物降解后的水進(jìn)入裝置內(nèi)豎片式過濾裝置，將水中多余的懸浮物截留起到過濾作用。豎片式過濾裝置可通過時(shí)間繼電器對(duì)設(shè)備進(jìn)行吸掃式反洗去除截留的懸浮物[11]。

圖5 微生物處理裝置結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig.5 Structure of microorganism treatment device

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

4.1 微生物培養(yǎng)

首先清水試運(yùn)行，檢查機(jī)泵運(yùn)行是否正常，曝氣風(fēng)機(jī)運(yùn)行是否穩(wěn)定，曝氣效果良好無偏曝現(xiàn)象，并且整體設(shè)備荷載運(yùn)行72 h無異常情況；然后開始進(jìn)污水連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)分批次投加菌種1 m3，期間持續(xù)觀察水質(zhì)情況、微生物生長(zhǎng)情況（圖6）。

圖6 微生物掛膜成功實(shí)物照片F(xiàn)ig.6 Photos of successful hanging film for microorganisms

4.2 試驗(yàn)效果

利用流程“來水→微生物預(yù)處理裝置→微生物處理裝置→過濾器→出水”進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，旨在考察微生物反應(yīng)池的去除效果（圖7～圖9）。

圖7 橇裝裝置對(duì)含油的去除效果Fig.7 Removal effect of oil content for skid-mounted device

圖8 橇裝裝置對(duì)懸浮固體含量的去除效果Fig.8 Removal effect of suspended solid for skid-mounted device

圖9 橇裝裝置對(duì)硫化物的去除效果Fig.9 Removal effect of sulfide for skid-mounted device

處理量為9.5 m3/h、含油量小于112 mg/L、懸浮固體含量小于41.5 mg/L、硫化物含量小于34.4 mg/L的來水，經(jīng)橇裝化微生物裝置（含過濾器）處理后，出水的含油量平均為1.41 mg/L，懸浮固體含量平均為3.99 mg/L，粒徑平均為0.942 μm，硫化物含量平均為1.16 mg/L，達(dá)到預(yù)期的“含油量＜10 mg/L、懸浮固體含量＜15 mg/L”裝置濾前出水控制指標(biāo)，微生物除油及除硫效果較為理想，出水的懸浮固體含量較高。

5 結(jié)論

（1）針對(duì)高含硫含油采出水特點(diǎn)，共篩選了10株可用于采油污水處理的菌株，包括3株破乳菌、4株直鏈烷烴降解菌和3株環(huán)烷烴降解菌。

（2）驗(yàn)證了微生物對(duì)含油采出水的處理效果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)處理效果，裝置對(duì)含油的去除率為96%，對(duì)懸浮固體的去除率為96%，對(duì)硫化物的去除效果較為明顯，去除率達(dá)到96%。處理后水質(zhì)可達(dá)到“含油量≤10 mg/L、懸浮固體含量≤15 mg/L、硫化物含量≤2 mg/L”的預(yù)期控制指標(biāo)。

（3）優(yōu)化設(shè)計(jì)橇裝一體化微生物處理裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)較短停留時(shí)間內(nèi)的微生物高效降解，最終形成采出水微生物處理橇裝一體化技術(shù)。在后端增加粗過濾和精細(xì)過濾系統(tǒng)后可彌補(bǔ)油田含硫采出水橇裝處理工藝的空白[12]，可以滿足零散小區(qū)塊油田低滲透或特低滲透采出水就地回注的處理要求。