微生物除油技術(shù)在高濁度油田黑水沖擊下的應(yīng)用實(shí)踐

郭 鵬 ，林 剛，吳玉華 ，莊建全，羅江濤 ，紀(jì)艷娟，王文斌

1.中國(guó)石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院 （江蘇 揚(yáng)州 225009）

2.中國(guó)石化江蘇油田分公司試采二廠 （江蘇 揚(yáng)州 225009）

隨著油田進(jìn)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(duì)產(chǎn)出污水進(jìn)行經(jīng)濟(jì)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(guó)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(jī)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(duì)于油田有機(jī)污染類水質(zhì)的處理，是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)實(shí)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(shí)際存在的問題，2009年以來江蘇油田立項(xiàng)開展了針對(duì)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(píng)價(jià)與菌劑優(yōu)選

1.1 現(xiàn)場(chǎng)污水可生化性評(píng)價(jià)

污水的可生化性即污水中有機(jī)污染物被生物降解的難易程度。可生化性差異的主要原因在于污水所含的有機(jī)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(duì)微生物生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用[1]。

傳統(tǒng)觀點(diǎn)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(píng)價(jià)污水可生化性的水質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)法，體現(xiàn)污水中可生物降解有機(jī)污染物占有機(jī)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(cè)試了HS站三相分離器出口、FX、TZ、MTZ進(jìn)站污水4個(gè)水樣，測(cè)試數(shù)據(jù)看HS站三相分離器出口、FX污水站進(jìn)水、MTZ三地污水均具有較好的可生化性，測(cè)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(cè)序手段對(duì)比分析菌種功能特性，優(yōu)選出3種除油菌：7-1號(hào)為NZ芽孢桿菌，7-2號(hào)為KC芽孢桿菌，7-3號(hào)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(gè)代表性站點(diǎn)污水可生化性數(shù)據(jù)

針對(duì)液體菌種在常溫易老化、保存時(shí)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(gè)/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(diǎn)與生化除油小試實(shí)驗(yàn)

2.1 FX斷塊油藏特點(diǎn)

FX斷塊儲(chǔ)層巖性以砂巖為主，平均滲透率7.5×10-3μm2，屬低孔、低滲儲(chǔ)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(shí)采用一級(jí)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(jì)的小型生化裝置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)工作。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)小試實(shí)驗(yàn)

為評(píng)價(jià)FX站含油污水生化處理可行性，2011年3～5月，在該站現(xiàn)場(chǎng)開展含油污水生物接觸氧化、管式膜超濾污水處理評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)[4-5]。

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)小試工藝設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)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(jìn)入循環(huán)桶，隨后進(jìn)入管式超濾膜處理。生化系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力為30L/h，膜過濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力為20L/h，多余污水回流到循環(huán)桶。

2.2.2 小試實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)流程

圖2 生化加膜小試實(shí)驗(yàn)沿程水質(zhì)變化

實(shí)驗(yàn)中每半月一次取樣檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(jí)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(yùn)行情況，各工藝處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)[3]，如表 4所示：

根據(jù)FX油田污水處理站來水特點(diǎn)，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(yùn)行，主要設(shè)備包括2臺(tái)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)對(duì)比

3.2 生化系統(tǒng)的啟動(dòng)

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

圖3 生化系統(tǒng)啟動(dòng)階段濁度變化

生化系統(tǒng)啟動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)，數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)場(chǎng)生化系統(tǒng)啟動(dòng)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(dòng)后，平穩(wěn)運(yùn)行3個(gè)月，對(duì)流程各點(diǎn)進(jìn)行了沿程取樣測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表5所示。從測(cè)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(diǎn)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(zhǎng)、污水量大的特點(diǎn)， 包括 MTZ、WZ、MJZ、HJ、FS 等 6 個(gè)區(qū)塊的井口產(chǎn)液；井口產(chǎn)出液到FX污水站經(jīng)多個(gè)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(yùn)行，因此當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)液量波動(dòng)時(shí)，出水水質(zhì)波動(dòng)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(diǎn)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(qiáng)，沉降速度慢的特點(diǎn)。

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(chǎng)生化系統(tǒng)實(shí)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(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)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(jìn)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(shí)

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

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(yùn)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(shí)產(chǎn)權(quán)的生化綜合處理技術(shù)，有效地降低了進(jìn)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(jí)水質(zhì)要求。由于使用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，大大降低了建設(shè)及運(yùn)行成本，具有對(duì)環(huán)境影響小、不產(chǎn)生二次污染、操作簡(jiǎn)便等顯著優(yōu)點(diǎn),值得進(jìn)一步的研究和推廣應(yīng)用。

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