油田采出水微生物處理橇裝一體化技術研究

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大慶油田有限責任公司第一采油廠

3大慶油田有限責任公司第十采油廠

隨著大慶外圍油田的逐漸開發，一些零散區塊系統依托性差，一般處于環境敏感區域，采出的含油污水不能外排，需輸送至污水處理站進行集中處理。隨著開發時間的延長，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的穩定運行（嚴重超負荷等）。對含油污水就地處理回注是緩解該矛盾的有效措施，但該類區塊儲層滲透率低，對注水水質要求高，注水水質需達到特低滲透油層注水水質“5.1.1”指標[1]。針對分散區塊含油污水的特點以及含油污水就地處理回注的生產需求，利用微生物處理技術，篩選、配伍、培養出一種適合外圍油田分散區塊含硫采出水的微生物菌劑[2-3]，開發出1套適合外圍分散區塊橇裝一體化采出水處理裝置。它能夠作為后續顆粒濾料過濾和精細過濾的前端預處理裝置進行有效除油和除硫，提高了分散區塊采出水橇裝處理的最終出水水質。

1 水質可生化性分析

為了使篩選的菌群及現場處理裝置設計參數更有針對性，首先對采自油田邊緣零散區塊的采出水進行水質分析，分析項目主要包括污水中主要污染因子及微生物生長影響因子等。水質檢測結果見表 1。

表1 水質檢測結果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，采用微生物法對乳化油進行破乳，應篩選相應的破乳菌；同時，考察水中較高的硫化物和總鐵含量對微生物的影響[4-5]。另外，根據對該水樣水質分析結果，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）、微量元素等水質條件，認為該污水具有較高的可生化性。

2 菌種篩選及降解能力驗證

2.1 菌種篩選

菌種篩選過程中使用以下培養基：每1 L培養基含有 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。分離培養基為篩選用無機鹽液體培養基中加入2%瓊脂。將5 g原油污染土壤樣品加入100 mL篩選用培養基中，在35℃、150 r/min搖床中培養7天。待培養液混濁后，吸取5 mL培養液重新轉接入新鮮液體培養基中，與上述培養條件相同連續轉接富集培養3次。采用稀釋平板法進行分離，將培養液系列稀釋后，取0.2 mL稀釋液涂布于固體培養基中，培養48 h；待平板長出菌落后選擇不同顏色及形態的單菌落，分別回接于含油液體培養基中，在2種含油培養基中均能生長的即為原油降解微生物。篩選得到了10個具有較強原油降解能力的純培養菌株，將各菌群按照5%的體積比例投入到新鮮液體培養基中，在35℃、150 r/min搖床中培養7天。檢測結果表明，原油降解率達到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內可降解原油436～642 mg/L。

圖1 各菌株原油降解能力檢測結果Fig.1 Detection results of crude oil degradation capacity for each strain

圖2 微生物菌種照片Fig.2 Photos of microbial species

2.2 菌種降解效能

使用肇東一聯含油污水代替原油培養基，將菌株培養液按照10%的體積比例接種至污水中，在35℃、150 r/min搖床中培養48 h。結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外圍某分散區塊含油污水具有良好適應性，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證Fig.3 Performance verification of crude oil degradation efficiency for each strain

3 微生物橇裝處理裝置設計

為滿足零散區塊含油污水就地處理對設備裝置的需求，通過優化設計，實現了整套設備的模塊化，占地面積非常小，運輸和安裝靈活方便。將裝置所有設備集成為2個橇裝件，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級總停留時間不超過12 h。污水首先進入微生物預處理油水分離區進行油水分離（圖4）。微生物預處理裝置內設有微生物折流板、微孔陶瓷曝氣器、彈性組合填料、自動污油回收裝置、自動排污裝置。

圖4 微生物預處理裝置結構照片Fig.4 Structure of microbial pretreatment device

微生物預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物被微生物分解轉化[6]，一部分作為營養物質合成微生物細胞結構，另一部分被分解成二氧化碳和水；并且在微生物活動過程中分泌一些特殊酶類，可進一步去除水體中的有機懸浮物及殘存污油，達到生物降解的目的[7-8]。另外，微生物菌種可利用水中無機鹽、有機物作為營養物質[9]，無需添加其他營養，處理后果對環境影響小，不產生二次污染[10]。微生物處理裝置內設有微生物折流板、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、自動污油回收裝置、自動排污裝置及移動沖洗豎片過濾器。微生物降解后的水進入裝置內豎片式過濾裝置，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間繼電器對設備進行吸掃式反洗去除截留的懸浮物[11]。

圖5 微生物處理裝置結構照片Fig.5 Structure of microorganism treatment device

4 現場試驗

4.1 微生物培養

首先清水試運行，檢查機泵運行是否正常，曝氣風機運行是否穩定，曝氣效果良好無偏曝現象，并且整體設備荷載運行72 h無異常情況；然后開始進污水連續運行，同時分批次投加菌種1 m3，期間持續觀察水質情況、微生物生長情況（圖6）。

圖6 微生物掛膜成功實物照片Fig.6 Photos of successful hanging film for microorganisms

4.2 試驗效果

利用流程“來水→微生物預處理裝置→微生物處理裝置→過濾器→出水”進行現場試驗，旨在考察微生物反應池的去除效果（圖7～圖9）。

圖7 橇裝裝置對含油的去除效果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，達到預期的“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，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 結論

（1）針對高含硫含油采出水特點，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株環烷烴降解菌。

（2）驗證了微生物對含油采出水的處理效果。根據現場處理效果，裝置對含油的去除率為96%，對懸浮固體的去除率為96%，對硫化物的去除效果較為明顯，去除率達到96%。處理后水質可達到“含油量≤10 mg/L、懸浮固體含量≤15 mg/L、硫化物含量≤2 mg/L”的預期控制指標。

（3）優化設計橇裝一體化微生物處理裝置內部結構，實現較短停留時間內的微生物高效降解，最終形成采出水微生物處理橇裝一體化技術。在后端增加粗過濾和精細過濾系統后可彌補油田含硫采出水橇裝處理工藝的空白[12]，可以滿足零散小區塊油田低滲透或特低滲透采出水就地回注的處理要求。