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生物法处理海上油田含聚生产污水研究报告

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生物 处理 海上 油田 生产 污水 研究 报告
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环 境 工 程2014 年 第 32 卷增刊生物法处理海上油田含聚生产污水研究报告周佩庆 高 鹏( 中海油研究总院 , 北京 100027)摘 要 : 应用 “倍加 清 ”特 种微生物技术 , 结合 “气浮 + 生化 + 固液分离 ”的处理工艺 , 以中海油绥中 1 陆上终端含聚污水为水质样本 , 研究生物法处理海上油田含聚生产污水的效果 。结果表明 , 该工艺处理后出水可达 “1. 5. 2”的水质标准 ,远优于 “10. 10. 3”的注入水质指标要求 , 并确定了相关技术参数 。该技术具备处理效果好 、适应来水水质范围大 、环境友好等优势 。但由于空间重量的限制 , 尚不适用于海上油田平台的生产水处理工艺 。关键词 : 生物法 ; 专性 联合菌群 ; 含油生产污水 ; 含聚污水RN RF Y 00027, “ of“ is to 1 of on in . 5. 2”, 0. 10. 3”s of of of of of is of of 随着油田开发的不断深入 , 油田 含水率逐渐上升 , 以聚合驱采为代表的三次采油技术已在各油田得到越来越多的应用 。目前聚合驱采常用的聚合物包括部分水解聚丙烯酰胺 ( 及其改性聚合物 ,生物聚合物黄胞胶 ( 以 及 羟 乙 基 纤 维 素( 1]。然而 , 聚合物在提高原油采收率的同时 ,也产生了大量的聚合物驱采出污水 。聚合物使得驱采出污水具有了一些 独 特的性质 , 其对含油污水处理的影响主要体现在[ 2]:1) 采出水中含有的残余聚合物 , 会使含 油 污水的水相黏度增加 。在 45 ℃时水驱采出水的黏度一般为0. 6 s, 而聚合物驱采出水的黏度随聚合物含量增加而增加 , 一般为 0. 8 ~ 1. 1 s。黏度的增加会增大水中胶体颗粒的稳定性 , 增长污水处理所需的自然沉降时间 。2) 减小采出水的油珠 。聚合物采出水所含油珠粒径小于 64 μm 的占 90%以上 , 油珠粒径中值为 3 ~5 μm, 属于典型的乳化油 , 单纯用静止沉降法比较困难[ 3]。3) 由于油田常用的 般属 于阴离子型聚合物 , 它 的存在严重干扰了絮凝剂的使用效果 , 且大大增加了药剂的用量 。4) 由于聚合物吸附性较强 , 携带的泥沙量较大 , 大大增加了反冲洗工作量 。同时由于泥沙量增大要求处理各工艺环节排泥设施必须得当 , 必要时需增加污泥处理环节 。5) 由于聚合物的存在 , 含聚合物采出液中易于形成更稳定的乳状液体系 , 其黏弹性使得油水界面膜强度增高 , 同样增大了采出液油水分离的难度 。介于以上原因 , 以沉砂池 、平流隔油池 ( 、斜板隔油池 ( 等常用含油污水处理设施为代表的传统处理工艺已不能满足含聚污水的处理要求 。常规处理后的污水不能达到注水水质的要求 , 注水压力迅速上升 , 多次的酸化使水质更加恶劣 , 越来越难以处理[ 4]。952环 境 工 程2014 年 第 32 卷增刊1 微生物技术原理及特点微生物 技 术的除油原理 , 即利用微生物降解分散到水中的溶解有机污染物和胶体状有机污染物 , 使其最终完全无机化 。由于生物法较传统法在处理油田生产水 , 尤其是含聚污水方面具有成本低 , 投资小 , 效率高 , 无二次污染等突出优势 , 尝试将其应用于海上油田的试验和探索逐步开展[ 5]。但含油污水中成分复杂 ,含难处 理 、难生化降解的有机污 染物较多 , 可生化性差 , 杂菌较多且竞争性较强 , 一般微生物通过竞争难以形成优势菌群 , 而且在高含盐量 、高黏度的含聚污水中难以生长繁殖 , 因而一般生化处理难以实现工业化应用 。针对该现状 , 江苏博大环保股份有限公司采用“倍加清 ”特种微生物技术处理含聚污水 , 并已在大庆等陆上油田得到成功应用[ 6], 取得了满意的效果 。本研究项 目 应用该技术 , 并结合 “气浮 + 生化 + 固液分离 ”的处理工艺对中海油绥中 1 陆上终端含聚污水 ( ≤500 ) 进行实验室小试试验和现场中试试验 , 拟达到出水水质 “10. 10. ”的指标要求 。并通过现场试验 , 确定生物处理含聚污水的相关技术参数 , 分析微生物对含聚污水中所含油及悬浮物的处理效果 ,讨论生物法处理海上油田生产污水的技术特点及可行性 。以 “倍加清 ”特种微生物技术为核心的处理工艺的思路是 : 通过生物降解去除乳化 、溶解以及与聚合物粘合的原油微粒 , 以达到降低污水含油量及其黏度的目的 ; 通过生物滤池去除水中的悬浮物 , 达到降低悬浮物含量的目的 。“倍加清 ”特种微生物技术是针对水样中污染物的特性 , 通过筛选 、分离及有效配伍 , 获得适合含聚污水水质特点的最佳专性联合菌群 , 培菌初期和正常运行阶段的菌群镜检照片如图 1、图 2 所示 。通过投加 “倍加清 ”专性联合菌群 , 促使其增强对特定污染物的降解能力 ,从而提高污水处理系统去除有毒有害 、难降解化学物的能力 。能够使污水中快速建立一条有效降解苯系类 、烃类 、脂类 、萘类等有机污染的生物群 , 同时对污水中各种复杂的脂肪族和芳香族等有效进行生物降解 。这些专性微生物有着很高的繁殖率 , 它们通过水合 、活化 、氧化 、还原 、合成 , 把复杂的有机物降解成为简单的无机物 , 最终产物为 性微 生 物以污水中有机污染物为营养并获得能量 , 实现自身生命的 新 陈 代 谢 , 达到净化污水的目的 。其 特 点包括[ 6]:1) 生物活 性 大于 1011~ 1014个 /g( 常规为 104~图 1 培 菌初期镜检照片图 2 正常运行阶段菌膜镜检照片106个 /g), 容易形 成 优势菌群 , 调试启动快 , 一般只需7 ~10 d 即可 。2) 针对不同的有机污染物可选择相应的专性微生物 , 并通过生物间的协同作用对污水中难降解有机污染物进行有效生物降解 。3) 通过投加 “倍加清 ”专性微生物 , 可提高污水的可生化性能 , 提高系统处理效率 , 出水水质稳定 。4) 抗毒和抗冲击性能强 , 运行时间越长处理效果越好 。5) 处理水量越大 , 效果越显著 。6) 正常运行无需投加化学药品及营养剂 , 运行费用低 , 无二次污染 。7) 环境友好 , 污泥产量少 , 是一种无害化处理的方法 。中海油 1 试验分为实验室小试试验和现场中试试验 , 本论文重点介绍基于小试实验结果进行的现场中试试验 。2 1 终端站现场中试试验由小试结果可知 , 所筛选配伍的 “倍加清 ”特种微生物对终端污水的油和 降解效果都较明显 , 采用微生物处理技术工艺处理中海油 1 终端含油污水是可行的 ; 但是由于终端污水来水较浑浊 , 油水比重小不易分离 , 因此 , 小试时采用了加药预曝气的预处理 。在实际项目中 , 需要增加高效气浮装置来实现这一功能 。根据小试试验结果 , 推荐 1 终端站现场中试试验的工艺参数为 : 操作环境温度 : 30 ℃; 运行压力 : 常压 ; 微生物反应池水力停留时间 : 10 h。062环 境 工 程2014 年 第 32 卷增刊2. 1 现场中试目标及内容1) 采用博大研发的高效气浮装置对现场 1 高含聚污水进行预处理 , 验证其处理效果 。2) 采 用在实验室筛选配伍的 “倍加清 ”专性联合菌群 , 对中海油 1 陆上终端高含聚污水进行生物强化处理 , 考察其出水能否达到设计要求 , 验证筛选配伍专性联合菌群用于 1 陆上终端高含聚污水的可行性 。3) 确定 “气浮装置 + 微生物处理 + 固液分离 ”处理工艺的运行方式 , 技术参数 , 为今后工业化应用提供设计依据 。2. 2 现场中试试验工艺及说明前级除油罐来水 , 首先进入气浮装置 , 去除污水中的表面浮油及部分悬浮物后流入缓冲池 。然后排入冷却塔 , 把污水温度降至要求温度 , 自流进入微生物反应池 , 在微生物反应池内通过投加 “倍加清 ”特种微生物联合菌群 , 对污水中的油及有机污染物等进行生物降解 , 微生物反应池出水进入固液分离装置 , 去除固体悬浮物 , 然后进入过滤系统 , 截流污水中的细小悬浮颗粒 。出水排至现有生产池 。中试试验工艺流程如图 3所示 。2. 3 现场中试试验结果及分析2. 3. 1 对含油的处理效果由图 4、图 5 可以看出 : 来水水质的变化较大 , 但高效气浮装置的出水含油量保持在 100 左右 , 起图 3 中试试验工艺流程到预处 理 的理想效果 , 并稳定了进生物反应池的含油量 ; 生物反应池在不断提高水量增加容积负荷的同时出水水质还能保证含油在 10 以下 , 平均含油去除率高达 92. 6% , 这样就减轻了后级处理装置的负担 ; 固液分离装置和过滤器对含油的相对去除率虽然不高 ( 平均值分别为 22. 9% 和 37. 2% ) , 但出水含油绝对值均都小于 5 。从以上含油量的数据分析 , 仅生物反应池出水就达到含油量小于10 的要求 。图 4 中试试验处理前两节点含油变化曲线2. 3. 2 对 处理 效 果从图 6 可以看出 : 来水悬浮物波动不大 ( 含油量高时没有测悬浮物 ) , 在 200 以下 , 经过高 效气浮处理装置以后都在 100 以下 , 提高了微生物反应池处理含聚污水的能力 。由于污水的悬浮物很大一部分是由于水里有机质造成的 , 所以利用微生物降解有机物后 , 悬浮物自然下降 , 平均 除率高达 88. 9%, 出水都在 10 以下 , 即可达到中试的要求 。经过前面一系列装置处理以后的污水 , 再经过固液分离装置和过滤装置处理后出水悬浮物达标 , 5 。场中试试验总结1) 试验运行 2个月以来 , 整个工艺运行稳定 , 出162环 境 工 程2014 年 第 32 卷增刊图 5 中试试验处理后面三节点含油变化曲线图 6 中试试验处理过程各节点悬浮物变化曲线水效果 好 , 生 物反应池出水含油量 <10 , 且固液分离装置出水含油及悬浮物均在 5 以下 。2) 通过该工艺试验 , 高效气浮 、“倍加清 ”特种菌种和固液分离等技术的优势得到了验证 , 体现为 : 系统耐冲击负荷能力强 ; 系统污泥产量少 ; 该工艺处理含聚污水采出液运行成本低 。3) 微生物处理最佳操作条件为 :操作环境温度 : 30 ℃; 运行压力 : 常压 ; 气浮装置水力停留时间 : 5 ~ 7 微生物反应池水力停留时间 : 10 h; 微生物反应池溶解氧 ≥2 。综上所述 , “气浮装置 + 微生物处理 + 固液分离 ”工艺用于处理中海油 1 终端高含聚污水在技术路线上是可行的 , 工艺比较成熟 。3 生物法处理海上油田含聚污水的特点根据以 1 陆上终端含聚污水为水质样本的小试 、中试试验结果 , 以及博大公司在大庆油田的应用实例 , 总结得出生物法处理含聚污水具备以下优势 :1) 整个系统可适应大范围来水水质 。来水水质波动大时 , 系统出水依然保持良好 , 甚至可达到“1. 5. 2”的水质标准 , 远优于 “10. 10. 3”的注入水质指标要求 。2) 随着水量的增大 , 运行时间越长 , 微生物处理效果越好 。3) 污水中难降解的苯系类 、烃类 、萘类等三十几种有毒有害物质可得到有效降解 , 抗毒和抗冲击性能强 。4) 可考虑将滤罐反冲洗水全部回至微生物处理系统 , 减少了反冲洗回收水的处理设备 。5) 环境友好 。油田含聚污水回注造成的油层污染问题得到显著改善 , 生化污泥产量仅为传统物化法的 1/10, 是一种无害化处理的方法 , 经微生物处理后的污泥量较少且达到了环保要求 。6) 经济效益优势显著 。采用微生物技术的一次性建设投资虽然比常规流程高 , 但每年运行费用更低 ,长期运行具备节约成本的优势 ; 聚合物的用量减少 ; 正常运行无需投加化学药品及营养剂 , 无二次污染 ; 砂岩厚度及有效厚度吸水比例可相应提高 , 改善了开发效果 , 潜在的经济效益显著 。( 下转第 251 页 )262环 境 工 程2014 年 第 32 卷增刊究电催化工作重点将集中在氧化反应传递系数和阳极析氧过 电 位上 , 从影响阳极过电位的几个因素如阳极本性 、表面形态 、通电电流密度等因素分析 , 以高导电性轻金属如铝作为支撑金属 , 铅及其氧化物作为涂覆层的夹层结构阳极 , 具有高的粗糙度和好的电子输运能力 , 其电化学催化活性及电导率性能较高 , 作为电极使用时性能稳定 , 且具有较高经济性 , 目前国内外研究较少 , 是今后应该重视的方向 。参考文 献[1 ] 王晓淼 , 胡 锋 平 , 罗健文 , 等 . 电催化氧化技术中高效催化电极的研究进展 [ J] . 中原工学院学报 , 2009, 01: 15 -18.[2 ] 吴玉林 , 邓辉 , 于海峰 , 等 . l/x/by a J] . .[3 ] 吴星五 , 赵国华 , 高廷耀 . 电化学法水处理新技术 ———降解 有机废 水 [ J] . 环境科学学报 , 2000, 80 -84.[4 ] 洪蕾 . 高析氧电位电极的制备及其预处理黑索今废水的研究[ D] . 南京 : 南京理工大学 , 2010.[5 ] R, , . 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