淺談攪拌槳在污水過濾罐反沖洗流程中的作用

1、微生物法處理三元復合驅(qū)采出水試驗研究張廣福（大慶油田第四采油廠第二油礦）摘要：三元復合驅(qū)油技術(shù)作為三次采油提高采收率技術(shù)，已進入工業(yè)化推廣階段。由于三元復合驅(qū)采出水中含有大量的聚丙烯酰胺（PAM）、表面活性劑和堿，使采出水的黏度變大，污水中油珠粒徑變小，污水乳化嚴重,采用常規(guī)處理工藝很難使三元復合驅(qū)采出水得到有效處理并達到回注水水質(zhì)控制指標要求。為此在杏十聯(lián)三元復合驅(qū)采出水站，采用處理規(guī)模為5m3/h試驗裝置，進行實際三元復合驅(qū)采出水微生物生化處理現(xiàn)場試驗。試驗結(jié)果表明，微生物生化處理技術(shù)除油效果顯著，試驗裝置生化段和過濾段的出水含油量分別小于50mg/L和20mg/L，達到與常規(guī)三元污水處理

2、工藝的出水含油指標（含油20mg/L）要求，提高了三元復合驅(qū)采出水的處理效果。關鍵詞: 三元復合驅(qū)采出水 微生物生化處理,高級氧化處理 處理水質(zhì)為保證原油穩(wěn)產(chǎn)，杏北油田先后進行了多個區(qū)塊的三元復合驅(qū)工業(yè)化開發(fā)，隨著三元復合驅(qū)開發(fā)規(guī)模的不斷擴大，深度水（深度水指標含油5mg/L、懸浮物5mg/L、粒徑中值2um）需求不斷增加，而杏北油田目前的三元復合驅(qū)采出水處理工藝，無法直接將三元復合驅(qū)采出水處理為深度水水質(zhì)進行回注。另一方面，普通注水（普通注水指標含油20mg/L、懸浮物20mg/L、粒徑中值5um）需求量逐年遞減，三元復合驅(qū)采出水處理后存在過剩問題1，油田當前普遍采用的處理工藝出現(xiàn)了設備處理

3、能力降低、沉降時間過長、出水水質(zhì)達標困難等現(xiàn)象。而目前油田三元處理工藝主要有“曝氣沉降+高效油水分離+兩級過濾”工藝和“曝氣沉降+氣浮沉降+兩級過濾”工藝。無論采用何種處理工藝，在三元復合驅(qū)采出水見劑高峰期，由于三元復合驅(qū)采出水中含有大量的聚丙烯酰胺（PAM）、表面活性劑和堿，使污水的黏度變大，污水中油珠粒徑變小，污水乳化嚴重。尤其是在堿性環(huán)境條件下，采出水中含有大量粒徑低于1m無定形硅膠體，其處理難度遠遠大于聚合物驅(qū)采出水。而且常規(guī)的水處理藥劑很難適應三元復合驅(qū)采出水pH高達9.5以上的堿性環(huán)境，所以采用常規(guī)處理工藝很難使三元復合驅(qū)采出水得到有效處理。因此，尋找一種經(jīng)濟的方法，將三元復合驅(qū)采

4、出水高效、快捷地處理為深度污水，具有重要的現(xiàn)實意義。1 三元復合驅(qū)采出水處理現(xiàn)狀以杏北油田杏十聯(lián)三元復合驅(qū)采出水站為例，該污水站采用“曝氣沉降+高效油水分離+兩級過濾”工藝，沉降時間8h2。為了提升三元復合驅(qū)采出水處理效果，該站將三元復合驅(qū)采出水與水驅(qū)污水混合處理，圖1為純?nèi)獜秃向?qū)采出水含劑情況與混合后污水含劑情況對比曲線。圖1 三元采出水、混摻污水含劑情況對比曲線從圖1可以看出，混摻后，污水含劑濃度有所降低，但仍保持在較高的水平。在見劑高峰期，三元復合驅(qū)采出水站處理混摻污水，水質(zhì)不能達標，濾后水含油最高時達到了198mg/L（指標要求20mg/L），濾后水懸浮物最高時達到了82mg/L（指

5、標要求20mg/L），可見目前的處理工藝很難適應高三元驅(qū)油劑含量的采出水處理，得到滿意的處理效果，曲線圖2所示。圖2 三元復合驅(qū)采出水站水質(zhì)變化情況對比曲線2 微生物法處理三元復合驅(qū)采出水原理簡單理解，生物處理就是利用微生物分解氧化有機物的這一功能，并采取一定的人工措施創(chuàng)造有利于微生物的生長、繁殖的環(huán)境，使微生物大量增殖，以提高其分解氧化有機物效率的一種污水處理方法3，作用原理主要有以下幾點：2.1活性破乳高效破乳微生物能夠通過自身的生長代謝活動產(chǎn)生高效生物破乳劑，此類破乳劑能夠有效取代乳化油表層的表活劑，從而降低乳化油的界面強度；破乳劑攜帶的正電荷能夠中和乳化油表面的負電荷，降低乳化油油滴間

6、的電荷斥力。這些作用均可有效降低乳化油的穩(wěn)定性，有利于乳化油珠聚集合并為大油滴。此外，微生物菌體自身的架橋作用也強化了乳化油的聚并效果4。乳化油聚并為大油滴后，易于水相分離，從而可回收污水中的大部分原油，降低油含量。2.2生物降解微生物的降解作用主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面，高效原油降解菌能夠通過一系列生長代謝活動，將污水中的殘余原油分解為無污染的CO2和H2O與水相分離，進一步降低污水中的含油量；另一方面，包括原油降解菌在內(nèi)的微生物均可分解、利用污水中的有機懸浮物作為生長繁殖的營養(yǎng)物質(zhì)，從而可以降低污水中的懸浮物含量。2.3表面吸附微生物菌體體積微小，具有巨大的比表面積和表面能量，能夠高效吸附

7、污水中的細小顆粒物質(zhì)。三元復合驅(qū)采出水中的小粒徑懸浮物尤其是無定形硅膠體被微生物吸附后，會形成尺寸較大的絮狀體。此類絮狀體由于尺寸較大(直徑1-5mm)，具有良好的過濾性能。在適宜的條件下，微生物通過分解有機物作為營養(yǎng)，實現(xiàn)自身繁殖，凈化水質(zhì)，對環(huán)境沒有二次污染。3微生物菌種的優(yōu)選3.1菌種選擇（1）水質(zhì)檢測。為了使篩選的菌種更有針對性，對杏十聯(lián)來水進行了水質(zhì)檢測，結(jié)果見1。表1 杏十聯(lián)污水原水水質(zhì)檢測結(jié)果檢測項目聚合物濃度表活劑濃度含油量懸浮物PHCL-CO32-HCO3-含量（mg/L）491.325.4200-10000200-70010.01102719872051檢測項目HPO3-C

8、a2+Mg2+SO42-Na+礦化度CODcr（化學需氧量）BOD5（生化需氧量）含量（mg/L）0.3527.55.923.6291980402178352微生物細胞組織的化學分子式如C60H87N12O23P,對于各種微生物來說，去具體需求的碳氮比是不同的，但是對微生物群體而言有一個經(jīng)驗值。污水處理中常用BOD與COD的比值評價污水的可生化性，BOD/COD大于0.15，即認為污水具有可生化性，可以采用生物法處理。根據(jù)對污水原水水質(zhì)分析結(jié)果BOD/COD=0.16，其中BOD=352，COD=21785。污水原水適合微生物生長，具有實施生化處理的可行性。根據(jù)水質(zhì)檢測結(jié)果，污水原水含聚達到了

9、491.3mg/L、PH值為10.01，屬于高含聚、強堿性污水（PH=8為弱堿環(huán)境），因此試驗所選微生物應適合高含聚污水，且能夠適應強堿環(huán)境（污水PH=10.01）。（2）菌種選擇。本次試驗所使用的菌種主要屬 “格蘭氏陰性桿菌”。能夠適應高礦化度含油污水，礦化度在120000mg/L以內(nèi)有極強的生命力。對油田污水指標可直接適用范圍如下：含油及其它有機污染物（乳化油及溶解性污油）<1000mg/L；懸浮物（含有機）<350mg/L；含聚濃度 <1200mg/L；粘度<20mPa.s；硫化物<200mg/L；COD<10000mg/L；表活劑150mg/L；PH

10、 6-11；生存溫度<45；工作溫度20-40最佳，符合試驗要求。4 微生物法處理試驗裝置現(xiàn)場試驗4.1 試驗裝置處理工藝本試驗污水原水來自杏十聯(lián)游離水崗放水出口，該試驗主要工藝為“緩沖微氣浮分散油去除裝置+生物凈化系統(tǒng)+一體化高級氧化處理裝置+石英砂過濾裝置” 6，如圖3所示。圖3微生物法處理試驗裝置工藝流程示意圖來水進入緩沖微氣浮分散油祛除裝置，回收來水中大量分散態(tài)污油，并均衡來水的水質(zhì)水量；分散油祛除裝置出水自流至生物凈化系統(tǒng)，依靠系統(tǒng)中專性菌劑對有機物的高效分解作用以及系統(tǒng)內(nèi)生物載體的吸附過濾特性，分解去除水中的油及有機懸浮物，并使水中懸浮物形態(tài)由微小狀態(tài)轉(zhuǎn)化為大塊的脫落菌膜；出

11、水自流入生化出水池之后由泵提升進入等離子體氧化裝置進行氧化降粘處理；高級氧化出水自流進入中間水池，之后經(jīng)增壓泵，增壓至濾罐進行過濾，去除水中殘留的油及懸浮物，一級過濾出水達到“10、10、3”指標。4.2 單體試驗裝置設計參數(shù)氣浮單元工藝設計參數(shù)見表2。在生物凈化系統(tǒng)試驗中，生物凈化裝置采用撬裝式接觸氧化池結(jié)構(gòu)，添加BSEM高效生物菌種，在含有特種酶制劑的懸掛式生物載體上生成對苯類、酚類物質(zhì)及雜環(huán)芳烴類有機物具有特效降解作用的聯(lián)合生物菌群，生物菌群通過新城代謝作用分解水中的油類等有機污染物，并以脫落菌膜形式懸于浮污水中，出水含油可達到30mg/L以下，生化設計參數(shù)見表3。一體化高級氧化處理裝置

12、，氣體發(fā)生器在高頻、高壓作用下通過強電離放電而產(chǎn)生非平衡等離子活性氣體，活性氣體在裝置反應塔內(nèi)對污水中高穩(wěn)定的高分子有機物、油及有毒物質(zhì)等進行開環(huán)、斷鏈、降解，使水體粘度大大降低，氧化單元工藝設計參數(shù)見表4。表2 氣浮單元工藝設計參數(shù)處理量（m3/h）有效停留時間（h）進水含油（mg/L）出水含油（mg/L）進水懸浮物（mg/L）出水懸浮物（mg/L）22.53000300300250表3 生化單元工藝設計參數(shù)處理量（m3/h）有效停留時間（h）進水含油（mg/L）出水含油（mg/L）進水懸浮物（mg/L）出水懸浮物（mg/L）501430025300250表4 氧化單元工藝設計參數(shù)處理量（m

13、3/h）進水含油（mg/L）出水含油（mg/L）進水懸浮物（mg/L）出水懸浮物（mg/L）5025155020石英砂過濾裝置，過濾水中殘留的油及懸浮物，保證出水達標，過濾單元工藝設計參數(shù)見表5。表5 過濾單元工藝設計參數(shù)運行流速（m/h）反洗強度（L/s.）反洗周期進水項目指標出水項目指標進水含油（mg/l）進水懸浮物（mg/l）出水含油（mg/l）出水懸浮物（mg/l）出水粒徑中值（m）814-1612天1520101034.3試驗數(shù)據(jù)分析（1）菌群培養(yǎng)期及調(diào)試期首先向生化單元中生化反應池內(nèi)注入一罐原水，曝氣24小時以增加原水中的含氧量，隨后投加微生物菌種，投菌后繼續(xù)曝氣一周時間，增大菌體

14、附著在掛件填料上的幾率，經(jīng)過一周后，開始以5日為單位進行流量遞增調(diào)試，最初為0.5m3/h，最終為2m3/h。由于在這個階段內(nèi)只把握菌群生長情況，不考慮水質(zhì)因素，因此不進行水質(zhì)化驗，微生物掛膜運行條件控制參數(shù)見表6。表6 微生物掛膜運行條件控制參數(shù)項目水溫PH氣水比含油量接種量流量控制參數(shù)25-406-114:1掛膜階段池內(nèi)含油不低于30mg/L微生物種液為生化池體積的以5日為一個單位由最初的0.5m3/h逐漸調(diào)制2m3/h通過對水溫、溶氧，以及掛件上菌膜的顏色和密度就能夠判斷出菌體的適應情況和生長速度。隨著菌群培養(yǎng)期的結(jié)束，生化反應池已能夠正常運行。這時進入設備調(diào)試期，在這個階段內(nèi)主要的試驗

15、內(nèi)容是調(diào)整上下游的設備工藝性能，使之能夠配合生化裝置達到最理想的處理效果和處理量。最理想的檢測上游設備對生化裝置影響的方式，是進行生化裝置內(nèi)不同位置含油量的對比，每一級生化池出水的含油量都應該是逐級遞減的，當出現(xiàn)兩極之間含油量相差無幾或倒置時說明來水含油量過飽和，已經(jīng)超出生化裝置的負載能力，這時需要及時對設備進行調(diào)整，以配合生化裝置的水質(zhì)要求，調(diào)試期間水質(zhì)跟蹤檢測數(shù)據(jù)如表7。表7 水質(zhì)跟蹤檢測（水中含油：mg/L）取樣口日期原水氣浮出水生化一級生化二級生化三級生化四級高級氧化出水7.8203.2110.445.634.412.816.47.67.12235.286.524.821.213.21

16、4.87.27.25385.697.235.531.326.417.54.8從檢測數(shù)據(jù)來看，生物凈化單元已能夠適應相應的負荷，就處理效果而言已經(jīng)達到預計水質(zhì)要求，設備調(diào)試完成。（2）運行初期階段。杏十聯(lián)三元復合驅(qū)采出水站微生物深度處理試驗于7月26日正式投運，運行初期采用“緩沖微氣浮分散油去除裝置+生物凈化系統(tǒng)+一體化高級氧化處理裝置+石英砂過濾裝置”處理工藝，處理量44-48m3/d。各單體設備進出水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表8，各單體設備進出水三元驅(qū)油劑含量變化見表9.表8 運行初期水質(zhì)跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)取樣口時間含油（mg/L）懸浮物（mg/L）粒徑中值（um）備注7.262090.867.5來水170

17、6.757.5氣浮出水26.354.3生化出水14.536.2高級氧化出水8.214.85.1過濾出水8.22581.6124.2來水907.1117.1氣浮出水35.589.7生化出水12.871.1高級氧化出水5.217.82.3過濾出水8.71761.9176來水854.6152氣浮出水42.486生化出水16.269高級氧化出水5.2173.8過濾出水8.122810.2142來水987.4110氣浮出水64.948生化出水31.442高級氧化出水11.9134.6過濾出水表9 運行初期水質(zhì)含劑情況跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)時間聚合物濃度（mg/L）粘度（mPa.s）表活劑含量（mg/L）備注7.2

18、641110.153.8來水3884.639.8生化出水3564.928.5高級氧化出水8.245217.533.4來水45314.326.7生化出水4654.823.3高級氧化出水8.727537.133來水31415.529生化出水3123.224高級氧化出水8.1233541.227來水33418.925生化出水4032.923高級氧化出水從表8可以看出：該階段來水含油在1761-2810mg/L之間，含油較高。懸浮物含量67.5-176mg/L，來水水質(zhì)比較穩(wěn)定。本階段出水含油量在5.2-11.9mg/L之間,可以達標（含油100mg/L、懸浮物10mg/L）。懸浮物含量在13-17.

19、8mg/L，不能滿足要求(含油10mg/L、懸浮物10mg/L）。從表9可以看出：該階段來水聚合物濃度275-452mg/L之間，高級氧化出水含聚在312-465mg/L之間，降聚效果不明顯，來水粘度在10.1-41.2mPa.s之間，高級氧化出水粘度在2.9-4.9mPa.s之間，降粘效果明顯。來水表活劑含量在27-53.8mg/L之間，高級氧化出水表活劑含量在27-53.8mg/L之間，（3）水質(zhì)變化階段。對水質(zhì)變化情況進行描述，通過水質(zhì)跟蹤數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)見表10，分析各節(jié)點對水質(zhì)變化的適應性表10 來水變化階段水質(zhì)情況跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)時間含油（mg/L）懸浮物（mg/L）粒徑中值（um）備注

20、8.144596.1152氣浮出水209.498生化出水176.344高級氧化出水21.2263.7過濾出水8.161241.6414來水402.5462氣浮出水91.9295生化出水97.5202高級氧化出水18.9751.5過濾出水8.231638.2332來水361.8396氣浮出水11.4138生化出水5.576高級氧化出水4.4184.2過濾出水8.261867.7264來水273.7176氣浮出水6.5122生化出水3.245高級氧化出水1.4112.7過濾出水（4）穩(wěn)定運行階段。通過水質(zhì)跟蹤數(shù)據(jù)（表11），說明目前運行狀況以及裝置的運行效果。表11 穩(wěn)定運行階段過濾出水情況跟蹤監(jiān)

21、測數(shù)據(jù)時間含油（mg/L）懸浮物（mg/L）粒徑中值（um）8.291.2163.88.301.7112.69.20122.69.62.742.69.92.1302.69.103.2402.64 結(jié)論及認識（1）通過現(xiàn)場試驗結(jié)果可以看出采用微生物法的處理工藝處理混摻三元復合驅(qū)采出水, 微生物處理技術(shù)除油效果顯著，可提高處理后的出水水質(zhì), 試驗裝置生化段和過濾段的出水含油量分別小于50mg/L和20mg/L的指標要求。并達到碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標及分析方法（SY/T53291994）的回注水水質(zhì)控制指標要求，為杏北油田三元復合驅(qū)采出水處理提供了新的思路。 （2）除懸浮物效果差異較大。在前期試

22、驗中出水懸浮物含量階段性接近20mg/L的指標，但在化學劑升高后，生化段和過濾段出水懸浮物含量遠超50mg/L和20mg/L的指標，分析認為是生化段跑菌嚴重和過濾段工藝不完善所致。（3）生化反應池若工業(yè)化推廣，需定期進行清淤，停產(chǎn)難度較大。池內(nèi)曝氣頭采用橡膠塑料材質(zhì)，橡膠易被污水腐蝕造成曝氣頭失靈，更換難度較大。作者簡介：張廣福，工程師，2000年畢業(yè)于大慶石油學院地質(zhì)勘探專業(yè)，獲學士學位，從事采油工作zhangguangfu，大慶第四采油廠第二油礦，163511。 參考文獻1吳迪, 孫福祥, 孟祥春, 等.大慶油田三元復合驅(qū)采出液的油水分離特性J . 精細化工，2

23、001，18( 3 ): 159- 161, 169.2沈萍，陳向東.微生物學M.北京：高等教育出版社，2006： 112- 154.3沈萍.工業(yè)廢水氣浮處理工藝設計M.北京：高等教育出版社，2006：95- 101.4王文海.加壓溶氣氣浮設備理論溶氣量的計算J.環(huán)境污染治理技術(shù)與設備，2002（5）: 55- 63.5劉俊新，李圭白濾池氣水反沖洗時排水濁度變化的數(shù)學模式J哈爾濱建筑工程學院學報，1989，22(4)：60676張強.微生物污水處理工藝現(xiàn)場試驗J.油氣田地面工程，2012，31（2）：7-8.Microbiological method ternary complex expe

24、rimental study of water floodingAbstract: ASP flooding technology as EOR enhanced oil recovery technology, has entered the stage of industrialization promotion. Due to the ASP produced water contains a large number of polyacrylamide (PAM), a surfactant and alkali, so that sewage viscosity become larger, smaller size of oil in sewage water beads, emulsification sewage serious. Conventional treatment process is difficult to ASP flooding produced w