（应用化学专业论文）烃类降解菌的筛选及油田污水室内生化实验研究.pdf

烃类降解菌的筛选及油田污水室内生化实验研究 烃类降解菌的筛选及油田污水室内生化实验研究 摘要 随着我国主要油田开发的不断深入，采出液含水量越来越高，水质也越来越 复杂，现有的油田污水处理工艺不能满足油田持续开发和环境保护的要求。在 2 0 0 5 年胜利油田回注水质调查报告中，水质对油藏的适应性仅为5 7 。现有的以 物理和化学方法相结合的污水处理工艺存在的主要问题是除油程度差，技术迫切 需要改进。含油污水生化处理技术因具有不产生二次污染、出水水质好、成本低 等优点被广泛关注。经生化处理的污水含油量、污水s r b 、腐蚀速率等主要指标 均远远好于现工艺流程处理的水质。 论文的研究内容分为五个部分。第一部分是文献综述；第二部分是高温烃类 降解菌的筛选及性能评价；第三部分是细菌对原油的降解作用研究；第四部分是 室内模拟污水生化实验；第五部分是结论。 本论文以胜利油田大芦湖油田含油污水为试验对象，筛选出适宜高温油田污 水生化处理的烃类降解菌，利用气浮和生物接触氧化法对污水进行处理，通过室 内模拟试验对油田污水的处理进行系统、全面的分析和研究，为油田污水处理后 的回注提供经济合理的工艺流程，并确定运行参数。另外，还研究和探索了筛选 的烃类降解菌对原油的作用过程和对原油中主要烃类化合物的降解程度。所取得 的主要结论如下： l 、经过广泛取样、多次富集和驯化，筛选到多株烃类降解菌，其中有一组 包含有三株烃类降解菌的混合菌效果最好，经初步鉴定其中2 株为芽孢杆菌属 ( b a c i l l u s s p ) ，l 株为不动杆菌属( a c i n e t o b a c t e r s p ) 。通过实验室摇瓶试验测得 该组混合菌的原油降解率在6 0 以上，其适宜生长和降解温度为4 5 , - , 6 0 1 2 之间， d h 值为5 o 碍0 之间，矿化度为1 5 0 0 0 - - 2 7 0 0 0 m g l 之间，接种量为2 ，原油初 始浓度小于5 0 0 m e , m ，摇床转速为1 8 0 r p m 。对微生物作用前后原油组成分析表 明：烃类降解菌对原油的降解作用主要集中在饱和烃的降解上，其中正构烷烃的 降解率超过9 0 ；对多环芳烃有所降解，但不十分明显；对萜烷、甾烷等生物标 志物基本上没有降解：对原油的降解优先降解短、中链饱和烃。 中国海洋大学硕士论文 2 、在进行室内模拟生化试验中，首先对油田污水进行气浮处理，试验结果 表明，气浮对油田污水中的原油、悬浮物和s r b 有很好的去除效果，萁中含 油量降低到8 m “左右，满足了生化处理的要求。采用优势菌挂膜法挂膜，待 生物膜成熟后，出水水质除悬浮物含量偏高外，其余水质指标均达到油藏注水 j a 2 级标准，并且经过处理后的生化水进入密闭系统后s r _ b 不再繁殖。实验最终 确定该系统运行的最适宜水力停留时间( m 盯) 为6 h 。 本论文的研究结果为大芦湖油田污水生化精细处理示范工程提供了一定的 理论基础和技术支持。目前己应用到该工程的现场试验方案设计，现场试验正在 进行中。 关键词：烃类降解菌；高温；筛选；油田回注污水；生化处理 n 烃类降解菌的筛选及油田污水室内生化实验研究 s c r e e nin go fh y d r o c a r b o nd e g r a d a tio nb a c t e riaa n d s t u die s o nbio c h e mic alt r e a t m e n to fp r o d u o e d w a s t e w a t e ri n0 ii f ；e l d a b s t r a c t w i t ht h ed u r a t i v ee x p l o i t a t i o n so ft h ep r i m a r yo i l f i e l d si nc h i n a ， t h ew a t e rc o n t e n ti np r o d u c e dw a t e ri sh i g h e r ，a sw e l la sw a t e rq u a l i t y i sm o r ec o m p l e x t h et r a d i t i o n a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t sc o u l dn o tm e e tt h e d e v e l o p m e n t so fo i l f i e l da n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n t h ea d a p t a b i i i t y o fr e i n j e c t e dw a t e rq u a l i t yw a so n l y5 7 i ns h e n g l io i l f i e l di n2 0 0 5 t h e e x i s t i n gp h y s i c a la n dc h e m i c a lm e t h o d sh a v eas e r i e so fd e f i c i e n c i e s ，w i t h t h el o we f f i c i e n c yo fe l i m i n a t i n go i l ，t h u st h et e c h n i q u e sh a v et ob e i m p r o v e de x i g e n t l y b i o l o g i c a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yh a sb e e n p a i dm o r ea t t e n t i o nd u et on os e c o n d a r yp o l l u t i o n ，h i g hw a t e rq u a l i t ya n d l o wc o s t t h em a i nl e v e l so ft h eo i l ，s u l f a t er e d u c i n gb a c t e r i a ( s r b ) c o n c e n t r a t i o na n dc o r r o s i o nr a t et r e a t e db yt h eb i o l o g i c a lt e c h n i q u e & r e f a rb e t t e rt h a nt h a tt r e a t e do no t h e re x i s t i n gp r o c e s s e s t h ec o n t e n to ft h i st h e s isw a 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 t w a sl i t e r a t u r es u m m a r i z a t i o n ；t h es e c o n dp a r tw a ss c r e e n i n go fh d ba n d t h e i rc h a r a c t e r i s t i ce v a l u a t i o n ：t h et h i r dp a r tw a ss t u d i n go n b i o d e g r a d a t i o n ：t h ef o u r t hp a r tw a ss i m u l a t i o ne x p e r i m e n to fb i o l o g i c a l t r e a t m e n t ：t h el a s tp a r tw a sc o n c l u s i o n s i nt h i st h e s i s ，w es e l e c t e dd a l u h uo i l f i e l da so u rs t u d yo b j e c t t h e s y s t e m i cs i m u l a t e de x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u ti nt h el a b o r a t o r i e s ， s c r e e n i n gh i g h t e m p e r a t u r eh y d r o c a r b o nd e g r a d a t i o nb a c t e r i a ( h d b ) 。w h i c h c o u l db eu t i l i z e di nb i o l o g i c a lt r e a t m e n t st h r o u g hf l o a t a t i o na n dc o n t a c t o x i d a t i o n ，i no r d e rt of i n do u te c o n o m i c a lt e c h n i c sa n do p e r a t i n g p a r a m e t e r si nb i o l o g i c a lt r e a t m e n t s i na d d it i o n ，m e c h a n is ma n dp r o c e s s e s o fm i c r o b i a ld e g r a d a t i o nh a da l s ob e e ns t u d i e d t h em a i nc o n c l u s i o n sa r e i l l 中国海洋大学硕士论文 a sf o l l o w s ： 1 ah i g h t e m p e r a t u r e 。h i g h e f f i c i e n c y 皿bw e r ee n r i c h e da n di s o l a t e d f r o mp e t r o l e u mc o n t a m i n a t e dw a t e ra n ds o i ls a m p l e s 。w h i c hc o n t a i n e dt h r e e s t r a i n s a f t e rt h ep r i m a r yt e s t ，w ek n o wt h a to n ew a sa c i n e t o b a c t e rs p ， a n dt h eo t h e r sw e r eb a c i l l u ss p , t h r o u g hs h a k i n ge x p e r i m e n t s ，t h eb e s t d e g r a d a t i o nc o n d i t i o n so fm i x e db a c t e r i ap r e s e n t e da sf o l l o w s ：t h e t e m p e r a t u r ew a s4 5 撕o ，t h ep hw a s5 8 0t h em i n e r a l i z e dr a t ew a s 1 5 0 0 0 2 7 0 0 0m g l t h ei n o c u l a t i o nw a s2 ，6 ，t h ei n i t i a lc r u d eo i l c o n c e n t r a t i o nw a sl o w e rt h a n5 0 0 m g l , a n dt h er o t a t i n gs p e e dw a s 1 8 0 r p 札a f t e ra n a l y z i n gt h ec o m p o s i t i o no fc r u d eo i li nd e g r a d a t i o n ，t h e r e s u l t sw e r ec o n c l u d e da sf 0 1l o w s ： m bp r e f e r r e dd e g r a d e db r i e f 、m i d d l e s a t u r a t e dh y d r o c a r b o n s ：m ) bm o s t l yd e g r a d es a t u r a t e dh y d r o c a r b o n s 。t h e d e g r a d i n gr a t eo fn o r m a la l k a n e e x c e e d9 0 t h ep a r to fp _ a l i sw e r e d e g r a d e d ，n o to b v i o u s l y ：b i o l o g i c a lm a r k e rs u c ha sm e n t h a n e ，s t e r a n e ， w e r en o td e g r a d e db a s i c a l l y 2 i nt h es i m u l a t e de x p e r i m e n t s ，o i lc o n t e n t ，s u s p e n d e ds o l i da n ds r bw e r e w i p e do f fd i s t i n c t l yb yf l o a t a t i o n ，o i lc o n t e n tw h i c h w a s8m g ua v e r a g e l y c o u l dr e a c ht h er e q u e s to fb i o c h e m i c a lt r e a t m e n t d u r i n gc u l t u r i n gs t a g e ， t h es u p e r i o rs t r a i n sw e r eu t i l i z e dt oc u l t u r eb i o f i l m t h em a t u r e db i o f i l m e x h i b i t sad i s t i n c te f f e c tt o w a r d sp r o d u c e dw a s t e w a t e r a f t e rt h e t r e a t m e n t ，t h ew a t e rq u a l i t yr e a c h e dt h ea 2s t a n d a r dw h i c hw a sr e q u i r e d b yt h eo il f i e l d ，e x c e p tf o rs u s p e n d e ds o l i d s r bc o u l dn o tr e p r o d u c ei n c l o s e ds y s t e m t h eo p t i m u mo p e r a t i o nt i m eo fh r tw a s6 h t h er e s u l t so ft h i s t h e s i sw o u l dp r o v i d et h et h e o r e t i c a lb a s i sa n d t e c h n o l o g i cs u p p o r tf o rt h eb i o c h e m i c a lt r e a t m e n to fp r o d u c e dw a s t e w a t e r o fd a l u h uo i l f i e l d a n di th a sb e e np u ti n t ou s ei n s i t ui nd a l u h u o i l f i e l d k e yw o r d s ：h 州r a r b o nd e g r a d a t ；o nb a c t e r ia ：hig ht e m p e r a t u r e ；s c r o o n ： r o i n j e c t e dw a t e r ：b i o c h e m i c a it r e a t m e n t i 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 ( 注! 翅没直甚他盂要挂别直明的：奎拦亘空2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：割豫签字日期：夕岬年f 月je l 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。( 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：参j 傻窘堇 导师签字：胚眷处 签字日期：乒唧年月日签字日期：夕呵年l ：月f e l 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编 烃类降解菌的筛选及油田污水室内生化实验研究 r i j 吾 随着油田开发的不断深入，我国陆地主要油田已经进入高含水开发期，综合 含水率超过9 0 ，每年有大量的含油污水需要处理，以胜利油田为例每天就有大 约7 0 万方含油污水需要处理。从环境保护的角度出发，含油污水中的c o d 、b o d 5 及其他污染指标如氨氮、硫化物、挥发酚等远远超出污水外排标准，大量的含油 污水直接外排，造成了严重的环境污染；从油田开发的角度出发，注水开发依然 是油田开发的主要形式，含油污水处理可以节约大量的新鲜淡水资源，增加污水 的回用效率，保证油田的可持续开发【l 】。应此，含油污水处理是油田开发和油田 环境保护亟待解决的问题，尤其对于处于开发后期、综合含水率高的油田更为重 要。 目前，油田污水处理主要物理、化学相结合的处理工艺为主，主要采用沉降、 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定的去除效果，但无法达到低渗透油藏对注水水质的要 求和污水外排的标准。三次采油过程中聚合物的使用，污水处理设备老化等原因 进一步导致了常规物理化学处理工艺运行费用高、处理效果差、结垢腐蚀严重等 问题。因此，需要寻找一种即能降低污水处理费用，运行操作简单，又能满足污 水达标排放和油藏回注水水质要求的油田污水处理工艺。 在上述背景下，各种新型、改良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技术。生物处理技术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 2 - 4 1 。生物处理技术因其对污染物处理彻底，无二次污染，处理成本低 等优势已成为油田污水处理的主要研究方向，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。污水生物处理法可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理 法，其中，生物接触氧化法因其对水质适应能力强、容积负荷高，剩余污泥少、 不存在污泥膨胀问题被广泛应用于污水处理。生物接触氧化法于1 9 7 1 年在日本 首创，是在池内设有人工曝气装置，向池内供氧并起到搅拌与混合作用，污水流 经池内填料，与生物膜接触，此技术相当于在活性污泥法曝气池内充填供微生物 中国海洋大学硕士论文 附着、栖息的填料嘲。目前，在油田污水处理中，影响生物接触氧化法技术推广 的最主要因素是好氧生物膜的培养，即菌种对油田污水的适应性。本论文广泛在 胜利油田采出液及受原油污染的土壤、水体中筛选、驯化高温、高效烃类降解菌， 通过优势菌种挂膜法完成生物膜的培养，提高污水处理效率和出水水质。 本论文的研究工作是为纯梁采油厂大芦湖油田的现场试验服务的，该试验是 中石化污水专项治理低渗透油藏污水精细处理试验。本论文通过筛选高效烃类降 解菌提高生物接触氧化法处理污水的出水水质，扩大该方法的适用范围；同时研 究了烃类降解菌对原油的降解过程。通过该试验，一方面为满足低渗透油藏回注 水水质要求，实现油田各个区块“注上水、注足水、注好水”的目标；另方面， 为将来该项技术大面积推广积累经验。 2 烃娄降解菌的筛选及油田污水室内生化实验研究 1 文献综述 1 1 油田污水特点与处理技术 1 1 1 油田污水的特点 通常所说的油田污水是指在油田开发、运输过程中，产生的含有少量原油的 污水，其绝大部分来源于原油脱出水( 又名油田采出水) 。由于油田污水中含有大 量的石油类及其它污染物，直接外排会严重污染近海海洋环境，地表水和农田等 旧：同时油田持续开发需要大量的清水回注地层以保持地层能力，因此油田含油 污水处理具有双层意义，即可以保护环境又满足油田持续开发的需要。 1 1 1 1 原油在污水中的存在状态 油田污水中的含有的原油一般以漂浮油、分散油、乳化油、溶解油和油一固 体物五种形式存在【2 1 ： ( 1 ) 漂浮油：以连续相漂浮于水面，形成油膜或油层。这种油的油滴直径较大， 一般大于1 0 0 岫； ( 2 ) 分散油：以微小油滴悬浮分散于水中，不稳定，静止一定时间能聚集成较 大油珠而上浮到水面会变成漂浮油，油滴直径在1 0 - - 1 0 0 弘m ( 3 ) 乳化油：因水中含有表面活性剂而使油和水形成稳定的乳化液，油滴直径 一般小于l o g m ，大部分在o 1 - - 2 p m ； ( 4 ) 溶解油：是一种以分子状态分散于水体中形成的稳定均匀的体系，油滴直 径比乳化油还要小，有时可以小到几个纳米； ( 5 ) 油一固体物：水体中的油黏附在固体悬浮物表面上形成的油一固体物。 1 1 1 2 油田污水的普遍共性 由于受底层结构和采油手段多样化的影响，特别是稠油开采，三次采油的影 响，油田污水水质各异，但又有共性。2 0 0 4 年底胜利油田对下属主要污水处理 站进行水质调查，其中具有代表性的1 9 个污水处理站水质见表1 1 ，各项主要标 中国海洋大学硕士论文 准浮动较大，具体为：进水含油量1 8 - 2 0 3 3 m g l ，平均8 3 6 r a g l , 悬浮物含量 15 - 2 2 4 m g l ，平均7 7 m g l 。 表1 - 1 胜利油田1 9 座污水站水质情况表 t a b l e1 - 1t h et a b l eo f w a t e rq u a l i t yi n1 9s e w a g es t a t i o n so f s h e n g l io i l f i e t d 根据胜利油田及我国其他主要油田污水状况，油田污水中均含有大量的石油 类、可溶性有机物、固体颗粒物、无机离子、微生物等，使得废水中的c o d 、 石油类、挥发酚、硫化物、悬浮物等浓度较高【7 棚，既不符合注水水质标准，也很 4 烃类降解菌的筛选及油田污水室内生化实验研究 难达到g b 8 9 7 8 - - 9 6 污水综合排放标准的要求f 9 】，油田污水主要特性概括如下： ( 1 ) 原油含量高：多数油田含油污水的油含量在5 0 m g ，l 以上，其中9 0 左右 为1 0 - - 1 0 0 p m 的分散油和大于1 0 0 t i m 的漂浮油，其余1 0 左右则为1 x 1 0 一 1 0 9 m 的乳化油。 ( 2 ) 悬浮物含量高：颗粒粒径小，油田污水中的悬浮固体颗粒直径范围在卜一 1 0 0 9 m ，主要包括泥砂、各种腐蚀产物及垢、细菌和有机物等杂质。这些悬浮物 不同于地表水中的沙石颗粒，由于粒径小，在重力的自然作用下沉降缓慢。 ( 3 ) 矿化度高：油田污水的矿化度一般在2 0 0 0 m g l 以上，胜利油田某些区块 甚至高达5 0 0 0 0 m g l ，高矿化度加速电化学反应，加快了输送管路的腐蚀，并且 给污水的生化处理造成困难。 ( 4 ) 含有c a ：+ 、m 9 2 + 、h c 0 3 一、b a ：+ 等结垢离子；在温度、压力等外界条件变 化时，易形成沉淀。 ( 5 ) 水温较高：一般水温在4 0 - - 6 0 。 ( 6 ) 化学耗氧量( c o d ) 高：石油开采过程中添加的各种化学药剂和石油类共 同形成了油田污水中的高c o d ，这些性质复杂的有机物为微生物的繁殖提供了 有利条件，同时也是污水处理中的难点。 ( 7 ) 含有铁细菌、腐生菌、硫酸盐还原菌等类型的微生物：溶解氧含量低，有 利于厌氧菌的滋生。 1 1 2 我国主要油田污水处理工艺 全国主要油田常规的污水处理工艺有沉降分离、聚结分离、阻垢缓蚀、气浮 选、旋流分离、过滤分离、滤芯分离及混凝沉降【1 j ，】等，这些工艺基本上可以满 足中、高渗透区块的注水需求，具体情况见表卜2 ： 表卜2 我国主要油田污水处理工艺 t a b l e1 - 2t h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yi nm a j o ro i l f i e l d s 中原 磊 + +水平较高 5 章 中国海洋大学硕士论文 胜利 嚣 + 华北低 + + 辽河低 + 塔里 中， l 术低 + + + + + + + + 部分自动化 9 ：警自动化水平低 孔管 +半自动化 部分自动化 p e b 微 孔管 双伺过 滤 + j - 金属粉 末滤料 双向、 滤芯过 滤 + 自动化水平低 手动 手动 水平较高 手动 手动 + 嘎烹萝 部分自动化 。滤器 1 1 3 国内外油田污水处理技术的发展趋势 油田污水处理方法从技术上分，可以分为物理法、化学法和生物法。在油田 污水处理的新技术中，具有代表性且在现场开始应用的技术主要是膜分离技术和 污水生化处理技术。 1 1 3 1 膜分离技术 膜分离法是s s o u r i r a j a n 所开拓并在近z o 年内迅速发展起来的分离技术， 主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等几类，被认为是。2 l 世纪的水处理技术” 【1 羽。目前，膜分离法处理污水正从室内研究走向实际应用阶段( 1 9 删。h u m p h e r y 等人采用m e m b r a l o x 陶瓷膜进行了陆上和海上采油平台的采出水处理研究，经过 适当的预处理后取得了较好的效果，悬浮物含量由7 3 2 9 0 m g l 降低到l m g l 以 下，油含量由8 5 8 3 m g l 降低到5 m g l 以下。s i r r a s 等人采用高分子膜和 m e m b r a l o x 陶瓷膜对加拿大西部的重油采出水进行了处理，悬浮物含量由1 j o 2 2 9 0 m g l 降低到l m g l 以下，油含量由1 2 5 1 6 4 0 m g l 降低到2 0 m g l 以下。美 6 + + + + + + + + 电低吼低 港 汉 大 江 + + + + + + + + + + + 低电低低 苏 庆 林 江 大 吉 + + + + 憔东拉依哈淮克玛趾 烃类降解菌的筛选及油田污水室内生化实验研究 国在1 9 9 1 前后研究了一种陶瓷超滤膜处理采出水用于油田回注，在美国路易斯 安那、墨西哥湾的海上和陆上油田进行了小规模生产实验，采出水先进行投加化 学药剂和沉降分离常规处理后，出水含油为2 7 5 8 3 m g b 经过超滤处理后降为 1 0 m g l 以下。美国加利福尼亚的德克萨斯砂道油田位于萨里纳斯谷，气候干旱， 特别是近几年来地下水位降到临界点，因此研究决定向地下水注入高质量的水以 补充水源的不足，实验以砂道油田采出水作为水源，用膜法处理使其满足饮用或 灌溉要求。c h e l a 等对0 2 0 8 岫陶瓷膜处理油田采出水进行了研究，发现经过 f e ( o h h 预处理，可使油质量分数由2 7 x 1 0 - 6 5 8 3 1 0 - 6 降低到5 x 1 0 - 6 以下，悬 浮固体由7 3 x 1 0 - 6 3 5 0 x 1 0 _ 6 降低到1 x 1 0 - 6 以下，通过反冲和快速冲洗，膜通量 能在较长时间内达到3 0 0 0 u ( m 2 它具有不需加入其他试剂、不产生含油污泥、 设备费用低等优点。膜技术正逐步成为油田水处理的主要技术之一。 1 1 3 2 生物处理技术 污水生物处理技术是指用微生物的生物化学作用，将复杂的有机物分解为简 单物质，将有毒物质转化为无毒物质，使污水得到净化f 2 】嘲。由于生物法处理具 有效果好，成本低，易控制，效果稳定，无污染的特点，已经被广泛应用在生活 污水和工业污水的处理中。近年来在油田含油污水的处理上，国内外已较多采用 生物处理的方法 2 3 。2 4 1 。根据污水生物处理法的原理和对目前工艺流程的改进，可 以解决回注污水处理中存在的大多数难题。 1 ) 生物处理技术的主要类型 污水生物处理法可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法两大类。好氧生物 处理法是在游离氧存在的条件下，以好氧微生物为主使污水有机物降解、稳定的 无害化处理方法；厌氧生物处理法是在无游离氧的情况下，以厌氧微生物为主对 有机物进行降解、稳定的处理方法。根据污水生物处理法的原理和工艺的不同， 污水生物处理可分为以下几种【2 5 】： 摇篮蓝盈昼法：活性污泥法是采用人工曝气的手段，使活性污泥( 栖息着大量 微生物群的絮状泥粒) 均匀分散并悬浮于曝气池中，当污水与它接触时，微生物 细胞壁外的粘液层将废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。通过该生化反应过程，微生物得到良好的生长、繁殖，同时污 7 中国海洋大学硕士论文 水亦得到无害化处理。 生物腿接触氢丝法! 生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间 的生物膜法工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池 体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触，避免生物接触氧 化池中存在污水与填料接触不均的缺陷。当污水与滤料接触时，在充分供氧的条 件下，微生物就可摄取污水中的有机物作为营养，从而使污水得以净化，与此同 时，微生物在滤料表面生长繁殖。 生物整盘洼生物转盘是一种固定膜反应器，其主体是由同轴等间距的多 组圆盘片构成的转体。转体的一半漫入水槽中，盘片上附着生物膜。当转盘转动 时，下部与污水接触摄取有机物，上部与空气接触进行充氧，使有机物得以氧化 分解，污水得以净化。该法与生物膜接触氧化法不同的是，生物转盘法是生物膜 在水中回转，而生物膜接触氧化是生物膜固定，污水循环。， 生物速化废洼流化床法是一种改善固体颞粒与流体之间的接触，并使整个 系统具有流体性质的一项技术。它在化工、石油、冶金等工业部门己得到广泛应 用嘲，该技术用于污水生物处理则称为生物流化床法。生物流化床的载体一般为 小颗粒的聚苯乙烯球、活性炭、砂和无烟煤等，载体的表面附着一层生物膜。当 流化床流化时，载体与污水充分接触，吸附污水中的有机物，使有机物氧化分解， 污水得以净化。 生物氢化墟；生物氧化塘法是一种利用天然或人工整修的池塘进行污水生 物处理的方法。塘中好氧微生物呼吸所需的氧，可由塘内生长的藻类通过光合作 用提供，亦可通过人工曝气提供。污水中的有机物质通过较长时间的停留，被塘 中的微生物氧化分解，达到净化污水的目的。 臌生物反应墨法竺膜生物反应器是将生物降解作) q - q 膜的高效分离技术 结合而成的一种新型高效水处理工艺，它通过膜技术来强化生化反应的功能。采 用这种工艺几乎能将所有的微生物截留在生物反应器中，反应器中的生物污泥浓 度大幅度提高，污泥泥龄( 理论上) 可以无限长，使出水的有机污染物含量降到最 低，对难降解的工业污水也非常有效。 2 ) 烃类降解菌 污水生化处理中，对原油及其他有机物进行降解的主要是烃类降解菌。自然 界中能够降解石油烃的微生物广泛存在于土壤、地下水、海洋、湖泊等环境中， 8 烃类降解菌的筛选及油田污水室内生化实验研究 现已发现7 0 多个属、2 0 0 多种微生物能够氧化降解一种或者多种石油烃类【：”9 】， 其中，细菌主要包括：分支杆菌属( m y c o b a c t e r i u m ) 、诺卡式菌属( n o c a r d i a ) 、 假单胞菌属( p s e u d o m o n a s ) 、脱硫弧菌属( d e s u l f o v i b r i o ) ，无色杆菌属 ( a c h r o m o b a c t e r ) ，微球菌属( m i e r o e o e e u s ) 、假杆菌属( p s e u d o b a c t e r i u r n ) 、棒 杆菌属( c o 搿h e b a c t e d u m ) 、节细菌属( a r t h r o b a e t e r ) 、芽孢杆菌属( b a c i l l u s ) 、 黄杆菌属( f l a v o b a c t e r i u m ) 、产碱杆菌属( a l c z l i g e n e s ) 、短杆菌属 ( b r e v i b a c t e r i u m ) 、不动细菌属( a c i n c t o b a c ：t e r ) 、气单胞菌属( a c r o m o n a s ) 、小 单胞菌属( m i c r o m o n o s p o r a ) 、螺菌属( s p i r i l l u m ) 、弧菌属( v i b d o ) 等；真菌 主要包括；假丝酵母菌( c d i d a ) 、丝孢酵母菌( t r i c h o s p o r o n ) 、红酵母菌 ( r h o d o m r u l a ) 、球拟酵母菌( t o r u l o p s i s ) 、掷孢酵母菌( s p o r o b o l o m y e e s ) 、新 月酵母菌( s e l e n o f i l a ) 、毕赤酵母菌( p i e h i a ) 、隐球酵母菌( c o , p t o c o c c u s ) 、汉 逊酵母菌( h a n s e n u l a ) ，内孢霉菌( e n d o m y c e s ) 、青霉菌( p e n i c i l l i u m ) 、曲霉菌 ( a s p e r g i l l u s ) 等。 由于细菌属性和外界环境的不同，不同种类的烃类降解菌对原油的降解能 力不同，即使同一属性的不同菌株对原油的降解程度也不同。为了缩短降解时 间、提高降解效率，人们常常从受原油污染的土壤和水体中分离并驯化降解效 果好的优势菌株，然后再把它们用于污染环境的生物治理中【3 0 l 。 目前，在油田污水生化处理中常用的细菌主要有假单胞菌属( p s e u d o m o n a s ) 、 芽孢杆菌属( b a c i l l u s ) 、微球菌属( m i c r o c o e c u s ) 、产碱杆菌属( a l c a l i g e n e s ) 等，所使用的菌株的适宜温度一般都在3 5 左右，只适宜中、低温度油田污水 的处理，无法对高温油田污水进行有效处理，严重影响了生化处理技术在油田 污承处理中的推广。 3 ) 生化处理中的环境条件 温度对微生物降解石油烃化合物的影响主要是：石油烃物理状态、化学组成 的影响，特别是对微生物可接触到的烃表面积的大小，以及挥发后供微生物降解 的烃类的组成的影响，以及对微生物本身活性的影响。 氧气是石油降解必需的( 除厌氧外) ，各个组分要矿化成二氧化碳和水。据估 计，每分解1 9 石油需氧3 _ 4g ，而且一些严重污染的环境里，氧有时成为石油降 解的限制因素。 微生物代谢需要氮、磷等营养物的参与，营养物是影响微生物降解的重要困 9 中嗣海洋大学硕士论文 素【3 。在被污染的环境体系中，石油烃是微生物可以利用的大量碳底物，但它只 能够提供有机碳而不能够提供其他营养物，因而氮、磷常常是限制微生物活性的 重要因素，为了使污染物完全降解，需要适当的添加外源营养物以满足微生物生 长的需要。 在石油污染的生物修复中，为达到高效的生物降解效果，加入表面活性剂 可以降低石油物质与水溶液闯的界面张力，增加石油的溶解性，使微生物和石油 更有效地接触，加速石油的生物降解。大量研究表明，离子型和非离子型表面活 性剂对石油降解有促进作用，但浓度高时对微生物产生抑制瞰- 3 3 。微生物所处 环境的盐度和压力也会对微生物的代谢活动产生影响。 4 ) 生化处理油田污水发展趋势 在常规生物处理技术和设备的基础上，不断改进，以期达到处理稳定化、设备 紧凑化以及过程节能化； 开发新的污水生物处理工艺与设备；张国辉，宋小云等对常规活性污泥法和一 体化氧化沟工艺在中原油田基地污水厂的应用效果进行了对比分析，一体化氧化 沟工艺是一种新型的生活污水处理技术，它对s s 、n h 3 _ n 的去除效果优于常规法： 连续三天的日均值监测结果表明，新工艺对各种污染物的去除效果达到9 1 以上： 这种工艺集通氧、沉淀、废渣分离和回收为一体，占地面积小，操作简单，在中 原油田污水站取得了较好的应用效果湖。 培养特殊条件下的微生物，如耐高温、能降解化工、石油类污染物的微生物： 曹明伟针对油田污水c o d 高、可生化性差、温度高等特点，研究的新型高温优势 微生物菌株生物膜法处理含油污水工艺技术，能在超常规生物处理温度下不经人 工降温直接进行生物处理，使高温油田水直接生物处理成为可能p 5 l 。 利用基因工程方法，再造新的微生物的种类，使之能处理特殊条件下的污染物： 传统的生物处理方法大多是对自然生长的微生物群体加以驯化、繁殖、利用，即 微生物的混合培养。微生物的混合培养在处理污染物的过程中，因其代谢过程复 杂，能量利用不经济，使污染物的降解效率不高；因而，人们开始引入现代生物 技术，从一般的筛选工作，转入到降解代谢途径，降解酶系组成以及其遗传的控 制机制上来，在此基础上，实现定向育种，定向构建具有高效生物降解能力的基 因工程菌。 烃类降解菌的筛选及油田污水室内生化实验研究 1 1 3 3 其他油田污水处理技术 在新型油田污水处理技术中，除生物法外比较有代表性的主要有吸附法、电 化学法、气浮法等。 1 ) 吸附法 吸附法主要是利用固体吸附剂去除污水中多种污染物。根据固体表面吸附力 的不同，吸附可分为表面吸附、离子交换吸附和专属吸附三种类型，油田污水处 理中采用的吸附主要是利用亲油材料来吸附水中的油，棠用的吸附材料是活性 炭，由于其吸附容量有限，且成本高，再生困难，使用受到一定的限制，故一般 只用于含油污水的深度处理。因此，近年来开展了寻求新的吸油剂方面的研究， 研究主要集中在两点嗍：一是把具有吸油性的无机填充剂与交联聚合物相结合， 提高吸附容量：二是提高吸油材料的亲水性，改普其对油的吸附性能。 2 ) 电化学法 电化学法是，以金属铝和铁作阳极电解处理含油污水的方法：具有处理效果 好、占地面积小、操作简单、浮渣量相对较少等优点，但是它存在阳极金属消耗 量大、需要大量盐类作辅助药剂、耗电量高、运行费用较高等缺点。较难用于实 际鲫。 3 ) 气浮法【3 8 4 0 目前采用的气浮法主要是有溶气气浮、叶轮剪切气浮和射流气浮1 8 】。因为 空气微泡由非极性分子组成，能与疏水性的油结合在一起，带着油滴一起上升， 上浮速度可提高近千倍，所以油水分离效率很高，该方法主要用于不含表面活性 剂的分散油的分离；若在含油污水中加入絮凝剂，则加压溶气浮选法对油的分离 效果还会提高。目前该法正逐步应用于油田污水、石油化工污水、食品油生产废 水等的处理，工艺也逐渐成熟。 除此之外，吸附法、超声波法等开始在油田污水处理中有所应用，其主要特 点见表l 一3 。 中国海洋大学硕士论文 表1 3 油田污水主要处理方法比较 t a b l e i - 3 t h ec o n 仃a s t o f m a j o r w a s t e w a t c r t r e a t m e n ti n o i l f i c l d 1 ，2 胜利油田污水处理现状 截止到2 0 0 5 年7 月，胜利油田在运行污水站5 2 座，承担着7 0 4 x 1 0 4 m 3 d 污水的处理任务，其中4 4 x i 0 4 m 3 d 的污水处理后外排，o 2 x 1 0 4 m 3 d 作为蒸汽锅 炉用水外，其余污水全部回注地层，回注水量占污水总量的9 0 以上。油田污水 处理大多是采用物理和化学方法相结合的技术以达到回注水的要求f 4 1 1 ，该法在一 定时间内满足了油田生产的需求，随着开发的不断深入，水质越来越复杂，占地 面积大、投资大、运行费用高、易造成二次污染等缺点逐渐暴露，污水处理工艺 迫切需要改进。 烃类降解菌的筛选及油田污水室内生化实验研究 1 2 1 胜利油田中、高渗透油藏污水固注处理现状 胜利油田中、高渗透油藏污水回注处理流程大致可以分为以下几个阶段： 第一段为缓冲调节段，主要构筑物是调储罐： 第二段为沉降分离除油段，按其设备不同又可分为重力沉降除油( 混凝沉降罐、 斜管沉降罐等) 、压力沉降除油( 租粒化罐、压力斜板除油罐等) 、气浮选除油及 旋流器分离除油等； 第三段为压力过滤段，将沉降分离段不能截留的微粒杂质、絮凝物、乳化油分离 出来，是常规处理流程的关键环节，也是水质能否达标的主要设备，并配套投加 水质稳定剂，具体分类如下： 1 ) 重力式污水处理工艺：立式除油罐自然沉降除油，压力滤罐过滤除机杂工艺， 2 8 座站，设计处理能力6 5 9 x 1 0 4 m 3 d ，实际处理能力4 8 x 1 0 4 m 3 d ，占总水量的 6 6 ： 2 ) 压力式污水处理工艺：以压力粗粒化聚结、斜板( 斜管)