（分析化学专业论文）稠油污水回用于热采锅炉生化处理技术研究.pdf

稠油污水回用于热采锅炉生化处理技术研究 摘要 目前，我国大部分油田已进入开发中后期，大量的稠油区块被开采。在稠油 开采以及稠油炼制过程中会产生大量的稠油污水。我国水资源相对比较短缺，如 何对稠油污水进行有效的处理进而用于生产成为当前迫在眉睫的问题。目前，经 过处理之后，稠油污水主要用于热采锅炉、回注以及达标外排。 对稠油污水处理的方法主要有物理法、化学法以及生化处理方法三大类处理 方法。物理法、化学法存在的主要问题是处理不彻底、成本较高，而生化处理方 法由于其具有高效、节能、无二次污染的优点而得到水处理研究者及工作者的青 睐。 论文共分为五部分：第一部分为文献综述：第二部分为耐温耐盐原油降解菌 种的筛选、性能评价及降解菌群的构建；第三部分为微生物对原油降解作用研究； 第四部分为室内模拟实验和现场中试试验；第五部分为结论与建议。 本文从胜利油田陈庄集油站经过重力分离后的稠油污水和被稠油污染的土 壤中筛选出耐温耐盐原油降解菌株，构建出原油和c o d 降解菌群，并将其应用 于室内模拟实验处理稠油污水。在室内模拟实验中，应用生物接触氧化与超滤、 反渗透联用技术对稠油污水进行处理后，出水水质达到了能够替代清水资源用于 热采锅炉的目的。通过现场中试试验，优化了工艺参数。此外，通过气相、气 质联用方法探讨了原油的降解机理。主要实验结论如下： ( 1 ) 从陈庄稠油污水以及附近被稠油污染的土壤中筛选出四株耐温耐盐烃 类降解菌株h d 1 、h d 2 、h d 3 和h d 4 。经过初步鉴定，h d 1 、h d 3 为假单 胞菌属，h d 2 、h d - 4 为芽孢杆菌属。对单一菌株的降解性能进行了评价，研究 了菌株最佳生长及降解条件。实验结果表明，四株烃类高效降解菌对原油和c o d 具有显著的降解效果，h d 1 、h d 2 、h d 3 、h d - 4 对原油的降解率分别为4 2 0 、 4 7 6 、5 5 6 和4 3 4 ，对c o d 的去除率分别为：3 6 1 、3 9 2 、4 1 3 和 3 5 2 。 ( 2 ) 通过正交试验，构建出原油降解菌群：h d 1 、h d 一2 、h d 3 、h d 4 投 加量分别为0 5 、1 0 、o 1 、o 5 。降解菌群对原油的降解率可达6 8 0 1 ， 对c o d 的去除率为5 2 9 ，降解结果优于单一菌株以及其他组合。 ( 3 ) 通过降解前后原油中正构烷烃及多环芳烃组分的变化，利用气相色谱 和气质联用，分析了所筛选菌株对原油组分的降解情况。实验结果显示，单一 菌株有较好的降解效果，混合菌株降解作用好于单一菌株。单一菌株对c 3 0 以前 的中短链烷烃平均降解率达到5 0 以上，对c 3 0 到c 3 3 的长链正构烷烃的平均降 解率为2 0 ，混合菌株对短链烷烃几乎能全部降解，对长链烷烃的平均去除率 也达到5 0 ，添加h d 2 所产生物表面活性剂后，混合菌株对长链烷烃的平均降 解率达到6 5 ；对多环芳烃也有一定的降解能力，单一菌株的平均降解率为3 5 ，混合菌株的降解率为4 0 ，添加h d 一2 所产表面活性剂后混合菌株降解率大 于5 5 。 ( 4 ) 应用生物接触氧化技术与超滤、反渗透膜处理联用的方法，设计出室 内模拟实验流程。实验中来水先经过气浮处理再经过两级生化，然后进入膜组件。 对出水水质检测结果证明该工艺能够满足稠油污水锅炉回用的要求，能够应用于 实际生产。在室内模拟实验中，考察了d o 及h r t 对处理效果的影响，结果表 明，当d o 为3 5m g l - - - 4 0m g l ，h r t 为8h 时是最佳实验条件，此时出水水 质能够达到要求，而且能够满足生产的需要。 ( 5 ) 在室内模拟实验的基础上，进行了现场中试试验，并对中试试验参数 进行了优化。现场中试试验中，由于水温较高，试验中添加了冷却程序。对实验 中水温、絮凝剂的种类及用量等参数进行了优化。经过现场中试试验，在停留时 间为8h 时，在水温为4 5 - - 5 0 ，絮凝剂为8 0m g l 的聚合氯化铝( p a c ) 、沉 降时间均为3 0m i n 时，浊度去除率为9 5 6 ，生化出水完全能够满足超滤膜进 水的要求，反渗透出水达到了替代清水用于热采锅炉的目的。 关键词：烃降解菌；稠油污水；生物接触氧化；u f r o ；降解机理 i l s t u d yo nb io t r e a t m e n to fh e a v yoi i s e w a g er e u s e d in t h e r m ais t e a mg e n e r a t o r s a b s t r a c t t o d a y , m o s to fo i l f i e l d si n0 1 1 1 c o u n t r yh a v ea l r e a d ye n t e r e di 1 1 t ot h em i do rl a t e s t a g e ，s oal a r g en u m b e ro fv i s c o u sc r u d eo i l h a sb e e ne x p l o i t e d d u r i n gt h e e x p l o i t a t i o na n dr e f i n e m e n t o fc r u d eo i l ，al o to fh e a v yo i lw a s t e w a t e rw i l lb e d i s c h a r g e d o w i n g t os h o r to fw a t e ri nc h i n a , h o wt ot r e a tt h i sw a s t e w a t e r s u c c e s s f u l l ya n du s et h e md u r i n gp r o d u c t i o nh a sb e e nt h ep r o b l e mn e e d s t ob es o l v e d u r g e n t l y a f t e rt r e a t m e n t ，t h ec r u d eo i l w a s t e w a t e rm a i n l yu s e di nt h e r m a ls t e a m g e n e r a t o r , r e i n je c t i o na n dr e l e a s e d p h y s i c a l ，c h e m i c a la n db i o - c h e m i c a lm e t h o d sa r em a j o rk i n d so f t e c h n i q u e su s e d t ot r e a th e a v yo i lw a s t e w a t e r 1 1 1 em a i np r o b l e m so fp h y s i c a la n dc h e m i c a lt e c h n i q u e s a r el o we f f i c i e n c ya n dh i 曲c o s t ，c o m p a r e d 诵t 1 1t h o s em e t h o d s ，t h eb i o c h e m i c a l t e c h n i q u eh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sh i g he f f i c i e n c y , l o wc o s ta n dn os e c o n d a r y p o l l u t i o n , d u et ot h e s er e a s o n s ，t h eb i o - c h e m i c a lt e c h n i q u ei sp a i dm o r e a t t e n t i o n 1 1 1 ec o n t e n to ft h i st h e s i si sd i v i d e di n t of i v ep a r t s ：t h ef i r s tp a r ti sl i t e r a t u r e s u m m a r i z a t i o n ；t h es e c o n dp m i ss c r e e n i n go fh d bt o l e r a b l ew i mh e a ta n ds a l t t h e e v a l u a t i o no ft h e i rf u n c t i o n s ，t h ec o n s t r u c t i o no fd e g r a d a t i o nc o m m u n i t y ；t h et h j r d p a r ti st h er e s e a r c ho fp e t r o l e u mh y d r o c a r b o nb i o d e g r a d a t i o n ；t h ef o u r t hp a r ti s l a b o r a t o r ys i m u l a t i o ne x p e r i m e n ta n dp i l o tp l a n tr e s e a r c h ；t h ef i 助p a r ti sc o n c l u s i o n a n da d v i c e i nt h i st h e s i s ，f o u rb a c t e r i at o l e r a b l e 谢也h e a ta n ds a l tw e r es c r e e n e df r o mt h e h e a v yo i lw a s t e w a t e ra n dt h es o i lc o n t a m i n a t e dw i t ho i li nc h e n z h u a n g ，s h e n g l io i l f i e l d ，n l eo i la n dc o d d e g r a d a t i o nc o m m u n i t yw a sa l s oc o n s t r u c t e d ，w h i c hw a su s e d i nt h el a b o r a t o r ys i m u l a t i o ne x p e r i m e n tt ot r e a tt h ew a s t e w a t e r n l ec o m b i n a t i o n t e c h n i q u eo fb i o c o n t a c to x i d a t i o na n du f - r ow a su s e di nt h el a b o r a t o r ys i m u l a t i o n e x p e r i m e n t ，t h ep r o d u c e dw a t e rr e a c h e dt h ea i mt or e p l a c ef r e s hw a t e ru s e da sb o i l e r f e e d w a t e r t h ep a r a m e t e r sw e r eo p t i m i z e di nt h ep i l o tp l a n tr e s e a r c h b e s i d et h e s e ， t h em e c h a n i s mo fo i lb i o d e g r a d a t i o nw a ss t u d i e db yg c - f i da n dg c m s 1 1 1 em a i n 1 1 1 c o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) f o u ro i l d e g r a d i n gs t r a i n st o l e r a b l e 、析ms a l ta n dh e a tw e r es c r e e n e df r o m h e a v yo i lw a s t e w a t e ra n dt h eo i l c o n t a m i n a t e ds o i li nc h e n z h u a n g ，n a m e da sh d 1 ， h d 一2 ，皿一3a n dh d - 4 皿- 1a n dh d 一3w e r ei d e n t i f i e da sp s e u d o m o n a ss p p r i m a r y , 皿一2a n d 皿- 4w e r ei d e n t i f i e da sb a c i l l u s 够md e g r a d a t i o na b i l i t yo fe v e r y b a c t e r i u mw a ss t u d i e d ；t h eb e s tc o n d i t i o no ft h eg r o w t ha n dd e g r a d a t i o no f e a c hs t r a i n w a sr e s e a r c h e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea b i l i t yt od e g r a d eo i la n dr e d u c ec o do f t h e s es t r a i n sw a sv e r yh i 酿，t h eo i ld e g r a d i n gr a t eo f 皿一1 ，h d 一2 ，曲- 3 ，h d 4 w a sa s f o l l o w s ：4 2 0 ，4 7 6 ，5 5 6 ，4 3 4 ；t h er e m o v er a t eo f c o d i s6 。1 ， 3 9 2 ， 4 1 3 ，3 5 2 。 ( 2 ) 1 1 1 eo i la n dc o d d e g r a d a t i o nc o m m u n i t yi sc o n s t r u c t e db y o r t h o g o n a lt e s t ， t h ec o m m u n i t yi s0 5 h d 一1 ，1 o h d 一2 ，o 1 h d 一3 ，0 5 h d - 4 n l eo n d e g r a d i n gr a t eo ft h i sc o m m u n i t yw a s6 8 0 1 ，t h er e m o v er a t eo fc o d w a s5 2 9 ， w h i c hw a sb e t t e rt h a no t h e rc o m m u n i t i e sa n dt h es i n g l eb a c t e r i u m ( 3 ) b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ev a r i a t i o no fn o r m a la l k a i l e sa n dp o l y c y c l i c a r o m a t i ch y d r o c a r b o n s ( p a n s ) b e f o r ea n da f t e rd e g r a d a t i o n , t h em e c h a n i s mo f d e g r a d i n gw a ss t u d i e d b yg c - f i da n dg c m s mr e s u l t s s h o w e dt h a tt h e d e g r a d a t i o na b i l i t yo ft h es i n g l es t r a i nw a sh i 曲a n dt h em i x e ds t r a i n sw e r em o r e e f f e c t i v e n l cs i n g l es t r a i n sa v e r a g ed e g r a d a t i o nr a t eo ft h en o r m a la l k a n e sw h i c h c a r b o nc h a i ni ss h o r t e rt h a n3 0w a sm o r et h a n5 0 ，t h ea v e r a g ed e g r a d a t i o nr a t eo f t h en o r m a la l k a n e sw h i c hc a r b o nc h a i ni sf r o m3 0t o3 3w a s2 0 ；t h es h o r tc h a i n a l k a n e s c a nb ed e g r a d e da l m o s tc o m p l e t e l yb ym i x e ds t r a i n s ，t h ea v e r a g ed e g r a d a t i o n r a t eo ft h en o r m a la l k a n e sw h i c hc a r b o nc h a i ni sl o n g e rt h a n3 0w a s5 0 ，t h ea v e r a g e d e g r a d a t i o nr a t eo ft h em i x e ds t r a i n sr e a c h e dt o6 5 a f t e ra d d i n gt h eb i o s u r f a c t a n t r e l e a s e db yh d 一2 t h ea v e r a g ed e g r a d a t i o nr a t eo fp a h sb ys i n g l es t r a i nw a s35 ； t h ea v e r a g ed e g r a d a t i o nr a t eo fm i x e ds t r a i n sw a s4 0 ，a f t e ra d d i n gt h eb i o s u r f a c t a n t r e l e a s e db yh d 2t h ed e g r a d a t i o nr a t ew a sm o r et h a n5 5 ( 4 ) n e e x p e r i m e n t a lp r o c e s si ns i m u l a t e de x p e r i m e n tw a sd e s i g n e db a s e do n b i o - c o n t a c to x i d a t i o na n du f - r o i ne x p e r i m e n t ，f i r s f t l y ，t h ew a s t e w a t e rw a st r e a t e d b yf l o a t a t i o na n dt w os t a g eb i o - t r e a t m e n t , t h e n , t h ei tw a st r e a t e db yt h eu fa n dr o t h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h i st e c h n o l o g yc a nr e p l a c e 丘e s hw a t e ru s e da sb o i l e r f e e n d w a t e ra n di tc a l lb eu s e di na c t u a lp r o d u c t i o n t h ee f f e c t so fd oa n dh r tw e r e s t u d i e da n di ts h o w e dt h a tt h eo p t i m i z a t i o nd ow a s3 5m g lt o4 0m g la n dt h e h r tw a s8h u n d e rt h i sc o n d i t i o n , t h ep r o c e s sw o u l d m e e tt h ed e m a n do ft h e f e e d w a t e ra n dt h ea c t u a lp r o d u c t i o n ( 5 ) b a s e d0 1 1t h er e s u l t so ft h el a bs i m u l a t i o ne x p e r i m e n t , t h ep i l o tt e s tw a s c a r r i e do n ，t h eo p t i m u mp a r a m e t e r sw e r ea l s os t u d i e d a st h et e m p e r a t u r ei sv e r yh i g h , t h e c o o l i n gp r o c e d u r ew a sa d d e di nt h et e s t t h et e m p e r a t u r e ，t h ek i n da n dt h e c o n c e n t r a t i o no ft h ef l o c c u l a n t sw e r eo p t i m i z e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tw h e nt h e h r tw a s8h ，t h et e m p e r a t u r ew a sb e t w e e n4 5 a n d5 0 a n dt h ef l o c c u l a n tw a s p a c ，i t sc o n c e n t r a t i o nw a s8 0m g l ，t h er e m o v a lr a t eo fm r b i d i t yr e a c h e dt o9 5 6 ， w h i c hc a ns a t i s f yt h er e q u i r e m e n tt of e e d 晒t h ep r o d u c tw a t e ro fr oc a l lr e p l a c e f r e s hw a t e ru s e da sb o i l e rf e e d w a t e r k e yw o r d s ：h y d r o c a r b o nd e g r a d i n gb a c t e r i a ；h e a v yo i lw a s t e w a t e r ；b i o - c o n t a c t o x i d a t i o n ；u f r o ；d e g r a d i n gm e c h a n i s m v 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得或其他教育机构的学位或证 书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名却泽毒答字日期：呷年钼，o 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：御泽岳 签字日期：加刁年月，。日 导师签字 签字日期 伶w 稠油污水回用于热采锅炉生化处理技术研究 0 前言 在原油开采过程中，尤其是在稠油污水开采过程中，会产生大量的含油污水， 这部分污水称为油气田采出水( p r o d u c e dw a t e r ) 。这些含油污水若不经过有效处 理，不但会造成水资源的浪费，而且会加剧人类环境的恶化。因此，对稠油污水 进行有效处理，使其达到预期目标并应用于生产，对当今乃至今后都有着深远的 意义。 稠油区块在我国油田中占有一定的比重，在大庆油田、胜利油田、辽河油田、 河南油田等油田均有一定数量的稠油区块。在油田开发中后期的今天，大量的稠 油被开采。稠油开采方式一般采用蒸汽吞吐方式进行开采【，所以在稠油开采、 分离和炼制过程中会产生大量的含油污水，这部分含油污水称为稠油污水【2 1 。在 开采稠油过程中，为了满足热采锅炉用水的标准，目前大部分油田采用的是清水， 这不但加大了开采成本，而且造成了水资源的浪费，所以对稠油污水进行有效处 理，使其能够取代清水资源应用于热采锅炉，成为亟待解决的问题。 目前，大部分油田对稠油污水进行处理的方式仍为传统的物理化学处理方 式。由于在开采稠油的过程中加入了大量的化学药剂使得污水中的稠油常以乳化 状态存在，稠油污水中重质原油密度与水的密度相近，水温较高，。一般在6 0 以上，并且在稠油开采、油水分离时投加了大量的表面活性剂，在此过程中，稠 油很容易与加入的各种表面活性剂形成稳定的乳化体系，这就造成了油水两相很 难用传统处理工艺对其进行有效的分离。 近年来兴起的生化处理技术与传统处理工艺相比较，在含油污水处理尤其是 稠油污水处理中显示出更为明显的优势【3 4 】。应用生化处理技术能够对稠油污水 进行彻底处理、不产生二次污染，从而使得对化学类污染物的处理能够达到预期 的效果。另外，在稠油污水中有相当数量的原油是以乳化状态存在，这就使得微 生物系统更容易接近水中的原油，从而使得微生物更容易对其进行降解。由于生 化处理技术具有独特的优势，所以生化处理技术在我国油田已经开始推广使用， 在胜利油田、大庆油田、河南油田、辽河油田已经有一定规模的应用。 本论文以“十一五”国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金项目及中石 稠油污水回用于热采锅炉生化处理技术研究 化胜利油田科技攻关项目为依托，以陈庄集油站重力分离后的稠油污水为研究对 象，筛选出四株适用于稠油污水处理的耐高温高盐烃类降解菌并对所筛选出的菌 株进行初步鉴定及性能评价，研究了菌株最佳生长及降解原油和去除c o d 条件， 构建出原油降解菌群；利用气相色谱、气质联用研究方法对菌株降解原油组分 的情况进行了研究；将复配好的原油降解菌群应用于室内模拟实验和现场中试试 验，在实验中不仅对原水和出水水质进行全面的分析，而且确定出各项工艺参数， 使得生化处理后产水水质达到超滤膜的迸水要求，经过超滤反渗透处理后实现 了稠油污水替代清水资源回用于热采锅炉的目的。本论文将为我国热采污水锅炉 回用提供一定的实验基础，为节能减排提供一定的技术支撑。 2 稠油污水回用于热采锅炉生化处理技术研究 1 文献综述 1 1 原油的组成 1 1 1 原油的元素组成 由于形成条件的不同以及地层条件的差异，各个油田的原油的物理性质以及 化学性质存在着很大差异。但是，研究发现，它们的元素组成却是相对比较稳定 的。在大部分原油中，各种常见元素的质量分数如下：碳含量的8 3 8 7 ； 氢含量为1 1 1 4 ，硫、氮、氧等元素一般在1 4 以内。除上述五种元 素以外，石油中还含有矾) 、镍( n i ) 、铁( f e ) 、铜( c u ) 、铅( p b ) 、钙( c a ) 、钛( t i ) 、 镁( m g ) 、钠( n a ) 、钴( c o ) 、锌( z n ) 等金属元素和氯( c 1 ) 、硅( s i ) 、磷( p ) 、砷( a s ) 等 非金属元素，它们的含量都很少。相比而言，稠油中所含胶质沥青较多，所以通 常又称胶质沥青质原油【5 】。 1 1 2 原油的烃类组成 在组成原油的烃类中，烷烃的含量最大，是原油的主要成分。在这些烷烃中， 主要是直链烷烃，另外还有支链烷烃、环烷烃等。在原油中，直链烷烃的碳链可 以达到4 0 个碳以上，直链烷烃与其它烃类相比，是最容易被生物降解的烃类。 支链烷烃最为重要的是异戊二烯类化合物，以姥鲛烷、植烷为代表。支链烷烃可 以被微生物降解，但是与直链烷烃相比，降解的难度加大，而且支链越多降解难 度越大。环烷烃中，环戊烷和环己烷占的比重较大，除此之外，还有两环以及多 环的烷烃。环烷烃会引起原油黏度的加大，而且不容易被生物降解。烃类化合物 除烷烃外，还有其他的一些烃类化合物，其中比较重要的是芳香烃类化合物。芳 香烃类化合物的毒性较大，最难被生物降解，尤其是多环芳烃，更难降解。 石油中的非烃组分可分为六类：含硫化合物( ，如硫醇，硫醚，二硫化物、环 硫化物，噻酚等) ，含氮化合物( 如吡啶、喹啉、吡咯等) ，含氧化合物( 如酚类、 羧酸类、酮类等) ，卟啉和痕量金属。在痕量金属中，钒和镍的含量有时可达几 毫克每升【6 j 。 稠油污水回用于热采锅炉生化处理技术研究 科研工作者发现，关于原油中各种组分降解的难易存在如下规律：正构烷烃 支链烷烃 低分子量芳香烃 多环烷烃【7 1 。 1 1 3 稠油与普通原油的区别 稠油即胶质沥青质原油，其中所含的胶质沥青质较多，所含的其他元素与普 通原油大致相同。胶质沥青质原油的平均密度为9 0 0k g m 3 ，与水的密度大致相 近，这在一定程度上也增加了稠油污水的处理难度【引。 1 2 油田稠油污水来源及其特点 1 2 1 稠油污水的来源 稠油废水的来源很广，主要来源于稠油开采、炼制、稠油化工、油品贮运及 海上运输业【9 】。油污染作为一种常见的污染，对环境保护和生态平衡危害极大。 油田稠油废水的来源为石油的开采、富集及炼制，在这些过程中石油的主要伴生 物是水，所产生的污水即为稠油污水。稠油较一般原油更难开采，一般都要采用 二次和三次采油技术。二次采油通常可以采用注水和注汽，目前大部分油田采用 的是注汽开采方式。这就使得采出的原油中含有大量的水，在外输和外运之前需 要将这些水脱除，这就产生了大量的含油废水，三采过程中同样会产生大量的稠 油污水【1 0 1 。总之，稠油污水的主要来源有采油污水、钻井污水和洗井污水其中采 油污水水量最大。 1 2 2 稠油污水的特性 相对一般含油污水，稠油污水的特性为： ( 1 ) 稠油污水的油水密度差小：稀油的密度在8 8 0k r d m 3 以下，普通原油的 密度约为8 4 0k g m 3 ；而稠油的平均密度为9 0 0k g m 3 ，一些超稠油的密度在9 9 0 k r d m 3 以上，与水的密度非常接近【i l 】。 ( 2 ) 污水中化学成分较为复杂：采油生产中加入的各种化学药剂，大部分 残留在含油污水中，加大了含油污水的乳化程度，增加污水处理的难度和成本。 同时，这些化学药剂普遍是稳定的有机高分子物质，难以生化处理，这就要求有 4 稠油污水回用于热采锅炉生化处理技术研究 针对性的筛选出适宜降解这些物质的降解菌群。 ( 3 ) 稠油污水存在比较严重的乳化现象：稠油污水有别于轻油、稀油污水， 它对后续处理造成的影响主要为：除油过程中药剂投加量大，导致处理成本高； 污泥中含油量高，导致污泥脱水困难：油与悬浮物在处理构筑物中累积，长 时间运行导致处理构筑物效率降低，如溶气释放器堵塞，滤料污染等【1 2 】。 ( 4 ) 稠油污水具有较大的粘滞性，特别是在水温低时更为显著。 ( 5 ) 稠油污水的水温高，稀油的输送温度只要在5 0 左右即可，但在稠 油开发过程中为了降低原油粘度往往要将温度提高到7 0 - 8 0 ，水温偏高也在 一定程度上增加了处理的难度。 ( 6 ) 稠油污水中含有大量的阴离子和阳离子：稠油污水中含有大量的n a + 、 c a 2 + 、m 9 2 + 、b a 2 + 、s f 、f e 2 + 和c 1 一、c 0 2 _ 、h c o ；、s o ；一等，它们会影响稠油污 水的缓冲能力、含盐量和结垢倾向。 ( 7 ) 有机物含量高：含油污水的有机物组成是极其复杂的，主要由酚类、 烃类( 主要为烷烃) 、酯类、醇类、酮类和苯醌类组成，同时也存在着一部分大分 子物质。 1 2 3 稠油污水中油的存在状态 稠油污水中的油的存在状态和一般的含油污水相同，以浮油、分散油、乳化 油和溶解油等四种形态存在【1 3 1 。 ( 1 ) 浮油：它铺展在污水表面形成油膜或油层，这种油的油滴粒径较大， 一般大于1 0 0 岬，占总含油量的7 0 8 0 以上。 ( 2 ) 分散油：它以油粒形状分散在污水中，不稳定，静止一段时间后会转 变成浮油，这种油的粒径在2 5 1 0 0g m 。 ( 3 ) 乳化油：它在污水中呈乳浊状，细小的油珠外边包着一层水化膜且具 有一定量的负电荷，水中又含有一定量的表面活性剂，使乳化物呈稳定状态，油 粒径一般在o 1 2 5 岬，油粒之间难以合并，长期保持稳定，难以分离。这一部 分原油用传统的物理方法及化学方法处理很难达到回用和排放的要求，投加化学 药剂虽然可以起到破乳的作用，但是这些化学药剂会使c o d 升高，且不能直接 用于回注和热采锅炉供水，生化法可以克服上述缺点，具有明显的优越性。 稠油污水回用于热采锅炉生化处理技术研究 ( 4 ) 溶解油：油以化学方式溶解于水中，油粒直径在0 1g m 以下，甚至可 小到几纳米，极难分离。这部分也需要用生化处理的方法进行处理。 1 3 稠油污水处理方法及工艺 目前，油田对稠油污水的处理基本上沿用以前的传统处理方法，即采用沉降j 隔油、混凝和过滤等工艺，这些工艺可以对污水中的大粒径悬浮物和漂浮、分散 及部分乳化态的原油有一定的去除效果，但依然达不到替代清水回用于热采锅炉 的要求e l o 。近年来，我国大部分油田进入开发中后期，所开采的稠油量大大增加， 随之产生的稠油污水量也大大增加，因此，需要寻找种即能减低污水处理费用， 运行操作简单，又能实现稠油污水锅炉回用达标处理的方法成为当务之急。在上 述背景下，各种新型、高效的污水处理技术和设备不断出现，其中最值得关注的 是生物处理方法和膜处理方法。 二十多年前，加拿大的狼湖油田和冷湖油田和美国的吉利油田就对稠油污水 的处理工艺进行了探讨【1 4 】，我国辽河油田、河南油田、胜利油田也对稠油污水处 理工艺进行了一定的研究【1 5 1 7 1 。现有的处理工艺虽能对稠油污水进行有效处理， 但是存在工艺复杂、成本较高、应用范围有一定局限性等缺点，所以有必要研究 高效、节能、应用范围广的稠油污水处理工艺。 1 3 1 稠油污水处理方法 1 3 1 1 生化处理方法 生物处理方法是通过一定的人工措施，创造出有利于微生物生长、繁殖的环 境，使微生物大量繁殖，以提高微生物氧化分解有机物的一种技术f 1 8 1 。生化处理 方法由于具有无二次污染、高效、节能等独特优势，而成为污水处理中最为值得 关注的处理方法【1 9 - 2 2 。目前比较成熟的生化处理工艺可以分为两类，即利用好氧 微生物作用的好氧法与利用厌氧微生物作用的厌氧法。好氧处理工艺主要包括活 性污泥法、s b r 法、生物膜法、土地处理法、a b 处理法等形式【2 3 埘】，厌氧处理 工艺根据处理设备的不同可分为厌氧接触法、厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床 ( u a s b ) 、厌氧生物转盘等处理方法 2 s - 2 6 】。生物处理技术因其对污染物处理彻底， 6 稠油污水回用于热采锅炉生化处理技术研究 无二次污染，处理成本低等优势备受油田污水处理工作者的青睐，在油田污水处 理中具有重要的现实意义和广阔的市场前景。 表1 1 好氧处理和厌氧处理比较 t a b l e1 - 1c o m p a r i s o no fa e r o b i ca n da n a e r o b i ct r e a t m e n t ( 1 ) 好氧生物处理方法 稠油污水的好氧生物处理法是在有氧气存在下，利用好氧微生物对稠油污水 中的原油等有机物进行降解，使其转化为无害物质的处理方法。好氧处理方法在 稠油污水处理中有很广泛的应用。 活性污泥法 活性污泥法( a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) 是当前污水处理最为基础的方法，应用 相当广泛，自1 9 1 4 年a r d e n 和l a c k e t t 提出活性污泥的概念已有9 0 多年的历史， 在理论研究不断深入的同时，它在技术上得到了不断的改进和完善，使得其工程 设计更加合理【2 7 1 ，该方法可以分为好氧活性污泥和厌氧活性污泥法。好氧活性污 泥法中是借助曝气的方式，使活性污泥均匀分布于曝气池内，微生物壁外的粘液 将污水中的有机污染物吸附，并在生物酶的作用下对有机物进行代谢转化，微生 物得到良好生长繁殖，同时污水亦得到无害化处理的一种工艺【2 8 】。厌氧活性污泥 法是在厌氧条件下，借助水力搅拌的手段，使活性污泥得以均匀分布。最常用的 是好氧活性污泥法。好氧活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥 排除系统所组成，污水和回流的污泥一起进入曝气池形成混合液。曝气池是一个 生物反应器，曝气设备不仅传递氧气进入混合液，而且使混合液得到充分的搅拌 而成悬浮状态。这样，污水中的有机物、氧气同微生物能充分接触反应。随后混 合液流入沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉降下来和水分离，流出沉淀 池的就是净化水。沉淀池中的污泥大部分回流，称为回流污泥。回流污泥的目的 是使曝气池保持一定的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度。曝气池中 的生化反应引起了微生物的增殖，增殖的微生物通常从沉淀池中排除，以维持活 7 稠油污水回用于热采锅炉生化处理技术研究 性污泥系统的稳定运行，这部分污泥叫剩余污泥。剩余污泥中含有大量微生物， 排放环境前应进行处理，防止污染环境。 科研工作者对活性污泥工艺进行了革新，在传统的活性污泥法的基础上研究 出s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o ra c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ) 活性污泥法。所谓 s b r 活性污泥法就是序列间歇式活性污泥法的简称，是一种按间歇曝气方式来 运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥、法【2 9 1 。与传统污水处理工艺 不同，s b r 技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生 化反应替代稳态生化反应，静置沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运 行上的有序和间歇操作，s b r 技术的核心是s b r 反应池，该池集均化、初沉、 生物降解、二沉等功能于一体，无污泥回流系统。s b r 工艺的主要优点是： 理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状 态，净化效果好；运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、 效率高，出水水质好；耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓 冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击；工艺过程中的各工序可根据水质、 水量进行调整，运行灵活；反应池内存在d o 、b o d 5 浓度梯度，有效控制活 性污泥膨胀；工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器， 无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。 工艺组成上，与活性污泥法相比，可以不设初次沉淀池【3 0 】。 s b r 工艺由于可以间歇运行，所以特别适于那些污水量不太多，或者是间 歇式生产的单位，无论从运转成本还是从占地面积上，都能满足这些单位的需要。 近年来，研究者对活性污泥法的供氧和进料方式进行了很多探索。其中比较 典型的有厌氧折流板反应器、半推流式活性污泥系统和厌氧序批间歇式反应器。 这些反应器均有自己的优点，其中，厌氧折流板反应器能够适应有毒有机物的冲 击【3 u ；半推流式活性污泥系统集前段的多点进水和后段的推流式于一体，具有抗 冲击负荷强、处理深度大、运行费用低等优点，适宜处理高浓度有机废水【3 2 】； a s b r ( a n a e r o b i cs e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 反应器，即厌氧序批间歇式反应器， 是在9 0 年代由美国l o w a 州立大学r i c h a r dr d a q u t 教授等在厌氧活性污泥法等 研究基础上提出并发展的一种新型高效厌氧反应器，它具有固液分离效果好、工 艺简单i 占地面积少、建设费用低、耐冲击负荷、适应力强、温度影响小、活性 8 稠油污水回用于热采锅炉生化处理技术研究 污泥好及处理能力强等优点【3 3 】。 生物膜法 生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物进行污水处理的方法， 附着在滤料表面的这层微生物就成为生物膜口伯卯。生物膜是由高度密集的好氧 菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固 体介质称为滤料或载体。生物膜法主要的优点是：附着于固体介质表面上的微 生物对水量，水质的变化有较强的适应性；固体介质有利于微生物形成稳定的 生态体系，栖息微生物的种类较多，处理效率高；降解产物污泥量少；管理 方便。生物膜法有三种形式：润湿型、浸没型、流动床型。 生