（石油与天然气工程专业论文）杏十三1含聚污水微生物处理工艺研究.pdf

摘要 随着聚合物驱油的广泛应用，污水处理难度逐渐增大，现有的处理技术已经不能满 足大庆油田注水水质的要求，因此大庆油田杏十三1 联合站经过比较分析，决定选用具 有处理效果好，出水稳定，运行费用低、运行管理方便，基本无二次污染的生化处理技 术。杏十三一1 联合站采用的新处理方法是以生物处理法为主体，并与传统方法相结合的 方法。 本文通过采取现场试验的方式，培养筛选出适应大庆采油五厂杏十三一1 联合站含聚 污水强化处理的专性微生物，并进行驯化，同时利用杏十三一l 联合站原有的过滤处理系 统，采用前段用选配的高效专性微生物对污水中的油及有机污染物进行有效生物降解， 后级利用原有过滤处理系统确保出水水质的“专性微生物强化处理+ 沉淀+ 过滤 的处 理工艺，对杏十三一1 联合站含聚污水处理工艺进行优化改进，确定合理的技术参数，使 回注水质符合大庆油田第五采油厂含聚污水注水标准，以实现采油含聚污水的达标回 注。 杏十三一l 联合站建设的1 5 0 0 m 3 d 微生物处理装置，处理含聚污水后含油指标合格 率能达到1 0 0 、悬浮物指标合格率能达到1 0 0 ，整套技术处理含聚污水效果较好，经 济社会效益显著，为解决油田回注污水水质超标问题提供了一条新的技术途径，并对简 化地面污水处理工艺具有一定的指导意义。该试验的研究成果在全油田含聚污水处理站 具有很好的应用前景，预计可以推广应用。 关键词：污水处理；聚合物；专性微生物；回注；效益 t e c h n o l o g i c a ls t u d yo fb i o t r e a t m e n tf o rs e w a g ep r o d u c e dp o l y m e r f l o o d i n gi nx i n g l 3 - 1g a t h e r i n gs t a t i o n l i us o n g l i n ( m e c h a t r o n i ce n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f k o uj i e a b s t r a c t w i t ht h ew i d e l ya p p l i c a b l eo fp o l y m e rf l o o d i n g ，t h ed i f f i c u l t yo fs w a g et r e a t m e n t i n c r e a s e dg r a d u a l l y ，e x i s t i n gt r e a t m e n tt e c h n o l o g yc a n n o ts a t i s f yd a q i n go i l f i l e d sn e e df o r i n j e c t i o nw a t e rq u a l i t y ，c o n s e q u e n t l y ，x i n g l3 1g a t h e r i n gs t a t i o ni nd a q i n go i l f i l e dd e c i d e d t oc h o o s et h eb i o l o g i c a lt r e a t m e n tt e c h n o l o g yw i t ht h ep e f e c tt r e a t m e n te f f e c t s ，a n dt h es t a b l e q u a l i t yo fo u t l e tw a t e r ，a n dt h el o wr u n n i n gf e e ，a n dc o n v e n i e n c eo fm a n a g e m e n ta n d m a n i p u l a t i o n ，a n dt o ol i t t l er e c o n t a m i n a t i o n x i n g l3 1g a t h e r i n gs t a t i o n sn e wt r e a t m e n t m e t h o di sk e 印b i o l o g i c a lt r e a t m e n tt e c h n o l o g yi nad o m i n a n tp o s i t i o n ，谢t i lt r a d i t i o n a l t r e a t m e n tt e c h n o l o g y t h i sa r t i c l et a k eaf i e l dt e s ta p p r o a c h ，b r e e da n ds c a nt h eo b l i g a t em i c r o b et oa d a p t s t r e n g l 【h e nt r e a t m e n to fp o l y m e r - b e a r i n gw a s t e w a t e ri nx i n g l3 - 1g a t h e r i n gs t a t i o ni nd a q i n g o i l f i l e d ，a n dd o m e s t i c a t i o ，m e a n w h i l e ，u s et h ep r i m a r yf i l t e r i n gs y s t e m i n x i n g l3 1 g m h e r i n gs t m i o n ，t a k et h et r e a t m e n tt e c h n o l o g yw h o s ef o r e p a r tc h o o s et h ee f f i c i e n to b l i g a t e m i c r o b et od e g r a d a t eo i la n do r g a n i cc o n t a m i n a n ti ns e w a g e ，a tt h es a m et i m e ，t h er e a r s e c t i o nu s et h ep r i m a r yt r e a t m e n tt e c h n o l o g yw h o s en a n l ea r e o b l i g a t em i c r o b es t r e n g t h e n t r e a t m e n ta n ds e d i m e n t a t i o na n df i l t r a t i o n t oe n s u r ee f f l u e n tq u a l i t y ，i no r d e rt oi m p r o v e m e n t a n do p t i m i z a t i o nt h et r e a t m e n tt e c h n o l o g yo fp o l y m e r b e a r i n gw a s t e w a t e r ，a n dt of i xt h e r a t i o n a lt e c h n i c a lp a r a m e t e r s ，t oe n s u r et h a tt h ew a t e rq u a l i t yo fr e i n j e c t i o ni sk e p tw i t h i nt h e f i f t ho i lp r o d u c t i o np l a n ti nd a q i n go i l f i l e dp o l y m e r - b e a r i n gw a s t e w a t e r i n j e c t i o ns t a n d a r d s t h e15 0 0 m dd e v i c ef o rt r e a t i n gm i c r o b i o nw h i c hw a sc o n s t r u c t e db y x i n gl3 - 1 g a t h e r i n gs t a t i o n ，c o u l dm a k eo i la n ds u s p e n d e ds o l i d sc o n c e n t r a t i o ni np o l y m e r - b e a r i n g w a s t e w a t e rr a t ea r ea l li n10 0 c o m p l i a n c ew i t ht h es t a n d a r d s ，t h ew h o l es e tt e c h n o l o g yh a s m a d eb e a e rr e s u l tf o rp o l y m e r b e a t i n gw a s t e w a t e ，a n da c h i e v e dr e m a r k a b l ee c o n o m i ca n d s o c i a lb e n e f i t ，a n dp r o v i d ean e wt e c h n i c a la p p r o a c ht os o l v et h ep r o b l e mw h i c ht h er e i n j e c t e d s e w a g eo v e rt h es t a n d a r d ，a n di th a sc e r t a i nd i r e c t i v ee f f e c tf o rs i m p l i f yt h es e w a g et r e a t m e n t t e c h n o l o g y t h ee x p e r i m e n t sr e s e a r c hr e s u l t sh a v eab r i g h t f u t u r e f o ra p p l i c a t i o ni n p o l y m e r - b e a r i n gw a s t e w a t ep r o c e s s i n gp l a n to ft h ew h o l eo i l f i e l d ，a n dt h er e s u l t sa r eg o i n gt o e x p e c tt o e x t e n da n da p p l i c a t e k e yw o r d s ：p r o d u c t i o nw a t e rt r e a t m e n t ；p o l y m e r ；o b l i g a t em i c r o b e ；r e i n j e c t i o n ； b e n e f i t s 关于同意使用本人学位论文的授权书 中国科学技术信息研究所是国家科技部直属的综合性科技信息研究和服务 机构，是国家法定的学位论文收藏单位，肩负着为国家技术创新体系提供文献保 障的任务。从六十年代开始，中国科学技术信息研究所受国家教育部、国务院学 位办、国家科技部的委托，对全国博硕士学位论文、博士后研究工作报告进行 全面的收藏、加工及服务，迄今收藏的国内研究生博硕士论文已经达到1 0 0 多 万册。 学位论文是高等院校和科研院所科研水平的体现，是研究人员辛勤劳动成果 的结晶，也是社会和人类的共同知识财富。为更好的利用这一重要的信息资源， 为国家的教育和科研工作服务，在国家科技部的大力支持和越来越多的专家学者 提议下，中国科学技术信息研究所和北京万方数据股份有限公司承担并开发建设 了中国学位论文全文数据库的加工和服务任务，通过对学位论文全文进行数 字化加工处理，建成全国最大的学位论文全文数据库，并进行信息服务。 本人完全了解中国学位论文全文数据库开发建设目的和使用的相关情况， 本人学位论文为非保密论文，现授权中国科学技术信息研究所和北京万方数据股 份有限公司将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服 务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他 媒体发表论文的权利。 论文题目：杏十三一1 含聚污水微生物处理工艺研究 毕业院校：虫国虿油太堂( 堡丕2 毕业时间：2 q ! q 生! 目! 兰目 论文类型：博士论文 口 硕士论文一 博士后研究报告 口 同等学力论文 口 授权人签字：三 日期：3 - 年 f 月侈日 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均己在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 日期：矽年，月刊1 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门 ( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被 查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用 影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 指导教师签名： 日期：小夕年 日期： l | 具 ，月 移日 巧日 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第一章前言弟一早刖卣 1 1 论文的研究意义 目前，国内各油田的开发己进入中后期，随着开发时间的延长，原油含水率不断上 升，油田采出水量也在迅速增长，部分油田综合含水已高达9 0 以上，聚合物驱油开始 得到广泛应用，因而产生了大量的含聚采油废水。由于聚合物的存在使采出液粘度升高， 水中油滴和固体悬浮物的乳化稳定性增强，s r b 滋生，进而导致油水分离和含油污水处 理的难度加大，利用常规处理工艺处理含聚采出液难以达到回注地层的水质要求，又不 能环保外排【l , 2 1 。因此，含聚采出液的处理已经成为油田地面处理工艺研究的重要课题之 o 油田采出水是伴随着采油作业采出的经原油脱水分离后的含油污水，9 0 以上用于 回注，其余需要外排【3 】。这部分污水不仅含有石油类，还含有固体悬浮物、分散油及浮 油，以及化学药剂等多种成分，对土壤和水体危害极大，可造成农田绝收、鱼虾死- l = f 4 j ， 影响人们的正常生活和生产活动。同时，含聚污水回注对地面处理工艺、油层和井筒都 产生了不同程度的负面影响5 , 6 1 ，聚合物对含油污水含油量的测定有一定的影响【7 j ，还会 引起常规污水重力式滤罐的堵塞【8 】，给油田的生产操作带来了极大地不便。 目前，大庆油田处理含聚污水采用的处理工艺技术主要是采取沉降、过滤的常规处 理工艺流程。随着含聚污水成份日益复杂，富含结构稳定复杂的链烷烃、环烷烃、芳香 烃、酯肪烃、萘类以及有机硫、有机氯等难降解物质，含盐量高，悬浮物高，可生化性 差，采用常规生化处理难以获得理想的处理效果；同时，在生产过程中投加的驱油剂、 破乳剂、降粘剂、缓蚀剂又使得采油污水进一步复杂化，污水处理难度增大，现有污水 处理工艺难以满足油田注入水质的需要。【9 】 杏十三1 含聚污水站于2 0 0 0 年“月建成投产，设计处理能力为5 0 0 0 m 3 d ，全站原 有1 0 0 0 m 3 沉降罐一座，横向流聚结除油器三台，一二次压力式滤罐各三座，2 0 0 5 年新 建2 0 0 0m 3 d 沉降罐一座，已于同年1 1 月份投入使用，新建横向流聚结除油器一台，已 于2 0 0 6 年8 月投入使用。含聚污水处理站投产第一年水质情况较好。2 0 0 5 年，2 月份 下旬，含聚污水水质更加急剧恶化，尽管站内在处理环节上进一步做了大量工作，但仍 没有使水质得到改善。因此，如何经济、有效地对大量的含聚污水作高效除油净水处理， 使之达到外排的要求，对环境保护也有着重要的意义。 第一章前言 1 2 国内外研究现状 随着采出液聚合物浓度的增加，造成了污水水质的稳定，污水处理难度异常艰难。 目前国内外对含聚污水的处理基本可以分为物理处理方法、化学方法、物理化学法和生 物方法四种。 物理处理法：物理法包括重力分离法、粗粒化法、过滤法、膜分离法以及超声波法 等，重力除油主要去除游离态和机械分散态油，包括自然除油、斜板除油、浮板除油、 机械分离技术、水力旋流技术【l o l 。该技术对废水中的浮油、分散油和一定程度的乳化油 有很高的去除能力，且处理效果稳定、运行费用低、管理方便，缺点是设备占地面积大； 其中，水力旋流器是一种能实现油水分离的高效处理设备，能有效的提高含油污水的处 理效果，有很好的应用前景。北海u l a 油田采用了水力旋流器，处理后的水质可达到回 注水的标准【1 1 1 。粗粒化技术，滤料易堵塞，水中含有表面活性剂时效果较差；过滤法， 滤料易污堵，难反冲清洗干净；膜分离法是一种新的高效油田污水处理工艺。膜处理法 它具有耗能低，不产生二次污染，简单易行的优点。膜法处理采油污水关键在于解决膜 污染导致的膜通量降低、堵塞、使用寿命缩短、清洗频繁且难以再生恢复等问题，同时 还关系到膜的选择与污水水质相匹配的问题【1 2 】。国内外已经对膜法处理油田污水做了研 究，效果较好。胜利油田用p p 膜处理含油污水工艺流程，能够满足低渗透、特低渗透 油田的注水标准【l3 1 。超声波技术作为一种新的废水处理技术，在国内应用较少，而在国 外已有大量实验室的基础研究成果，并有部分进入实际应用，被认为是一种有前途的废 水处理技术。超声波对有机物的降解基于空化理论和自由基理论1 14 1 。杨风华实验研究表 明通过超声处理可有效降低含聚采出液粘度，使油水容易分副1 5 】。 化学处理法：化学处理法是国内处理采出水的常用方法，处理关键是对不同的水质， 开发出高效的水处理药剂，主要包括复合型破乳、絮凝剂的筛选研制、油水分离化学剂 的筛选研制和水质改性技术，并取得了一定进展。近年来大量文献报道了一些新的水处 理药剂。其中聚丙烯酰胺的应用最多，占合成高分子絮凝剂的8 0 ，在油田也已大量采 用【16 1 。国内、外也主要集中在聚丙烯酰胺的新产品开发上。彭森【17 】等对河南油田污水处 理达标排放进行了研究，研制新型的污水处理剂，取得了较好的效果。此外，唐金龙l l 即 采用三组分复配法研制了水溶性低温高效破乳，刘国荣i l9 】针对胜利油田孤东采油厂水处 理站的含聚污水，采用多种絮凝剂对其进行絮凝对比试验，确定了以聚合硫酸铁( p f s ) 为絮凝剂，聚合硫酸铝( p a s ) 作助凝剂的复配体系，都取得满意的处理效果。 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 物理化学法：物理化学法包括气浮法、电解法、吸附法、混凝法等。气浮法在石油、 化工等工业污水中处理一些与水密度相差不大的细小颗粒中得到了广泛的应用。该法是 通过在污水中产生大量的气泡，使油滴及小颗粒物质结合在一起上浮至水面上，达到分 离的目的1 2 们。科威特北部油田采出水处理采用气浮法，这种处理工艺对于采油废水效果 好，对乳化严重的采出水和稠油污水处理效果不明显，常作为二级处理技术，缺点是浮 选药剂费用过耐2 1 1 。吸附法和混凝法虽处理s s ( 水质中悬浮物) 和油效果较好，但药 剂较贵，生成的污渣较多，成分复杂，后续处理较麻烦；电解法要求被处理的污水具有 足够的导电性。因此，物理化学法存在的共同缺点：水质不稳定，难以达标回注； 工艺越来越复杂，劳动强度大；维护量大，运行成本高；污泥量大，易造成二次污 染；需加药，使得采油污水的进一步复杂化。所以，现有处理工艺技术己不能满足低 渗透及特低渗透油藏等的注水水质要求。 生物处理法：污水的生化处理技术已有1 0 0 多年的历史。长期以来，污水生化处理 技术以其特有的技术、经济和环境优势，一直是水处理的主要技术，在城市污水和工业 废水的处理、深度处理和再利用等各个方面发挥着越来越重要的作用。近几年，随着油 田注水开发的发展，污水处理难度越来越大【2 2 】，常规的物理化学处理方法不能满足生产 的需要，生化处理技术也开始引入油田污水处理过程1 1 j 。 含聚污水生化处理技术，是采用特殊的细菌降解污水中的聚合物，消除聚合物对污 水的不利影响，可回收部分原油，依靠细菌对原油的降解作用，进一步降低污水含油量 和有机污染物，使污水达到回注或环保外排标准川。微生物具有分布广、繁殖快、适应 性强等优点，在污水处理方面越来越受到人们的重视1 2 5 1 。而且将生化法引入含油废水的 深度处理流程将是未来的发展方向1 2 引。 大量研究表明【2 4 】：在含油废水的一级处理中使用物理、化学等方法优于生物方法， 油去除率 9 0 。通过一级处理，出水油含量一般为2 0 3 0 m l 范围，仍不能达标排放， 需增设深度处理。目前，含油废水二级处理的方法有电解、离心等物理化学方法，生物 法也有使用。通过一级处理，出水中含油量低且以乳化态和溶解态存在。此时，物理化 学方法用于深度处理，成本高、不经济，易造成二次污染。生物法用于含油废水深度处 理，通过筛选优势菌或进一步构建工程菌，油去除率高，可彻底降解，无二次污染忧患。 室内研究和现场试验结果表明，只要选用合适的微生物，油田污水可以进行生化处理1 1 1 。 生物处理法具有不产生二次污染、自然净化、水质稳定、处理效率高且成本低等显 著优点。针对采油污水的b o d 、c o d 值严重偏高，可生化性较低，微生物不易生长繁 第一章前言 殖的特点，在生物处理前需对其进行预处理，投加絮凝剂、诱导剂、营养物质，使含油 污水的可生化性提耐2 6 1 。微生物处理污水技术不仅解决了污水含油、硫酸盐还原菌含量 超标等关键问题，而且为后续精细处理工艺的应用起到了良好的预处理作用。 生化处理研究，是国内研究的热蒯z 刀。主要包括微生物絮凝和技术、生物流化床、 s b r 技术和a o 技术。对于可生化性较好的采出水，采用s b r 技术对c o d 有较好的 处理效果。但是大多数采油废水可生化性差，目前多采用厌氧水解酸化处理技术来改 善废水的可生化性【2 引。杜卫东等人采用“厌氧一好氧 处理工艺对采油污水进行实验研 究【3 们。在脱油污水进入厌氧酸化单元后，污水中的一些复杂有机物在厌氧菌作用下进行 分解和发酵，转为易于生物降解的简单有机物。试验证明，通过厌氧处理后，b o d 5 增 加了一倍，污水的可生化性得到改善。而后，污水进入好氧池，在好氧微生物的作用下， 污染物被分解为无机【3 1 1 。印度尼西亚a r u n 油田采出水处理采用物理、化学、生物处理 三种方法相结合的处理技术，应用效果良好1 2 9 1 。刘芳等对稠油污水生物处理进行了研究， 结果表明生物处理法关键是对优势复合菌种的培养和选择，活性污泥和生物膜法结合进 行处理比单一使用效果佳1 3 2 】，酵母菌中的假丝酵母、红酵母、球拟酵母等均有能降解石 油的菌株，尤以假丝酵母最为常见【3 引。针对低渗透油藏回注污水难以达标的问题，应用 生化处理配套精细过滤的污水精细处理工艺，在大芦湖油田樊4 l 块进行了试验性的应 用，处理后水质达到a 1 级标准，且运行稳定。通过生化处理技术在低渗透油田污水精细 处理和含聚污水治理中的试验和应用，展现出较好的应用前景【1 1 。 活性污泥法g i l b e r tt t e l l e z 等人也采用活性污泥法对美国南部油田的采油污水进 行了处理和评估，该工艺处理后，污水的c o d 去除率达9 2 ，c o d 值下降至1 0 0m g l 以下。李哲【3 4 】在处理油田采出水时运用s b r 法，结果表明c o d 去除率为8 0 9 0 ； 出水满足行业排放标准。刘俊川1 3 5 】试验了活性污泥法串联氧化塘处理焦化废水，效果理 想，排放水质优于一级标准。陈治型3 6 】的实验室研究表明：原水经酸化后在水温1 5 以上，采用间歇好氧活性污泥法曝气3 h 后沉淀，c o d 去除率为8 2 6 0 0 - 9 0 。s b r 工艺 是一种新型高效废水处理技术。它集进水、反应、沉淀于一池；是传统活性污泥法的改 进。该方法具有固液分离效果好，工艺简单j 占地少、建设费用低，耐冲击负荷强，温 度影响小，活性污泥好，及处理能力强等优点。充分考虑含油废水的特点，认为在含油 污水领域的应用前景较好。氧化沟工艺在炼油厂的应用实例较多，但处理效果不能令人 满意，氧化沟是活性污泥法的发展，只有在最大限度满足其工艺要求时，才能发挥去污 效用1 2 8 】。 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 杨晓华【3 7 1 根据废水特点，提出在油脂废水进入生物转盘氧化池，进行生物吸附、降 解前，投加硫酸铝絮凝剂，使各污染物指标总去除率均达到9 8 以上，出水水质达到排 放标准。崔俊华等1 3 8 l 在“老三套”工艺上添加了三相生物流化床部分：且采取高效原油 降解菌及漂浮和悬浮填料并用的措施，使出水含油量为3 5 4 9 m g l ，达到国家级排放标 准。据文献i 3 9 】报道，用常规功能菌筛选和诱变方法获得5 株高效降解原油菌，将此高效 菌接种到三相流化床中，在适宜降解条件下可使废水中的油含量从4 4 。4 m g l 降至 4 0 m g l ，平均去除率提高至9 1 0 。 在采油废水方面，气浮一生物接触氧化工艺被普遍运用。王吉从i 钧】的中试研究表明： 生物技术处理采油废水是可行的。龚争辉【4 ”应用该工艺对采油废水进行了现场试验研 究，废水中c o d 和油的去除率分别为4 2 2 和8 9 3 ，最后出水能达标排放。接触氧化 法不仅可降低c o d ，对氨氮也有去除作用，比较适合用于炼油废水的净化。庞金钊1 4 2 】 以新型高效填料固定微生物，由实验得出结论：用接触氧化工艺处理c o d 5 0 0 m g l 的炼油废水时，硝化细菌是优势菌；能同时有效去除c o d 。李鑫钢【4 3 】的实验研究也证 实了此点。 还有一些研究者充分利用各种处理技术的优点，开发出能高效处理含油废水的多级 净化工艺。张慧俐等人畔】将接触氧化池、生物滤塔两者串联使用，该工艺在处理炼油废 水时，表现出较强的缓冲能力，同时生物滤塔串联运行比单独运行的去污效果好。在炼 油废水深度净化与回用的实验中，厌氧陶粒滤池、陶粒填料接触氧化池与陶粒滤料过滤 池相串联运用的工艺，也是一种创新性的尝试。运行结果表明：该工艺处理效率高，运 行稳定，出水中的c o d 、油类、悬浮物与酚类的去除率高达9 0 1 0 0 ，能满足工厂回 用水的水质要求【4 5 】。竺建荣【蚓采用接触氧化法作为二级处理方法，该阶段出水c o d 去 除率在6 0 左右。张立伟【4 。7 对接触氧化法处理精炼油厂废水作出较好的评价，认为混凝 沉淀后的各项污染物浓度很低，但c o d 和b o d 还是达不到排放标准，只有经过进一步 接触氧化处理最后出水才完全达标。 膜生物反应器技术是一种将废水生物处理和膜过滤技术结合在一起的先进的废水 处理技术，近几年发展迅速，特点是：对有机污染物去除率高；出水悬浮物很低；剩余 污泥产率低；是唯一将废水的二级处理和三级处理结合在一起的工艺；处理效率高；容 易实现一体化控制；设计操作运行简便。缺点是：膜通量小；寿命短；易堵塞，推广应 用受限制。李勇【4 8 1 研究的特殊流态的膜反应器，处理效果好于目前炼油厂的合建式曝气 第一章前言 池。膜生物反应器法治污能力的提高，应从两方面突破：一是研制出质量优良的膜，设 法延长膜的寿命，增大膜通量。二是构思出特殊流态，降低膜堵塞现象。 石油污水成分复杂，除了含有烃类外，还有一些有毒的物质，使得一般的微生物或 生物处理方法难于达到处理的目的。然而，若利用降解石油的微生物来处理石油污水将 会取得很好的效果。 4 9 1 生物强化技术广泛应用于废水生物处理中，而竞争力和适应性强的高效菌株筛选 是生物强化技术的决定性因素【5 0 1 。运用微生物遗传学的手段去改造生物反应器中的微生 物特性，从而创造出新的高效生物处理工艺。d a i 等【5 2 】通过基因重组将多种有益的突变 组合在一起，w a t a n a b e 等【5 3 】利用含有外源代谢基因的土著微生物强化，都取得了显著 的效果。就废水生物处理而言，通过遗传学手段创造的基因工程菌在处理有毒、生物难 降解废水中，已显示出诱人的应用前景。目前基因工程菌生物强化，实验室研究偏多， 实际应用较少。在含有难降解化合物的造纸废水【5 4 , 5 5 1 、制药废水【5 6 1 、染料废水吲和农药 废水【5 l 】生物处理中，应用高效微生物强化，都取得了一定的成效。随着进入水体环境污 染物种类增多，化合物的结构复杂，只有非常专一的菌株或具有特定代谢性能的微生物 才能降解。而且这些物质对微生物有毒害作用，相应具有代谢功能的微生物数量很少， 因此这些物质会长期残留在环境中，造成污染。用常规的生物处理方法很难达到理想的 效果，生物强化技术成为有效的辅助手段。用特定的有效微生物强化，可提高废水生物 处理系统中难降解有机物的降解效率、提高系统稳定性等。利用基因工程手段构建具有 高效降解性能的土著微生物，或直接利用具有代谢性能的可移动基因组分进行强化，避 免与土著微生物竞争资源和空间，是未来生物强化技术的发展方向。 5 0 1 鉴于此情况，大庆油田杏十三1 联合站决定选用具有处理效果好，出水稳定，运行 费用低、运行管理方便，污泥量少，基本无二次污染等特点的生化处理技术，在工业规 模上试验处理效果，确定合理的技术参数，为解决油田回注污水水质超标问题提供一条 新的技术途径。生化处理技术在国内外污水处理中己得到广泛应用，被认为是2 l 世纪最 具发展潜力的高新技术，也是环保水处理技术发展的方向和趋势。油田采出水处理技术 将朝着低污染、低成本、易操作、高效处理、自动化程度高o 无二次污染的方向发展。 新的处理方法将是以生物处理法为主体，并与传统方法相结合的方法。 1 3 研究目的和内容 本次研究是针对目前含聚污水处理工艺处理后的污水水质难以达到回注水质指标 的实际入手，通过培养筛选适应大庆采油五厂杏十三一1 联合站含聚污水强化处理的专性 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 微生物，采用“专性微生物强化处理+ 沉淀+ 过滤的先进的含聚污水处理工艺，确定 合理的技术参数，使得含聚污水水质得到根本改善，实现含聚污水的达标回注，最大限 度地减少含聚污水对环境的污染，为解决油田回注污水水质超标问题提供一条新的技术 途径，并对简化地面污水处理工艺具有一定的指导意义。 本课题研究的主要内容由以下四点： ( 1 ) 开展杏十三一1 含聚污水微生物处理技术现场试验； ( 2 ) 开发出用于含聚污水有机物降解的高效优势生物菌群； ( 3 ) 在现有工艺基础上，采用新的微生物技术，提高含聚污水水质，使出水水质符合大 庆油田第五采油厂含聚污水注水标准； ( 4 ) 进行经济效益评价。 1 4 研究途径 采取现场试验的方式，培养筛选适应大庆采油五厂杏十三一l 联合站含聚污水强化 处理的专性微生物，并进行驯化，同时利用杏十三一1 联合站原有的过滤处理系统，采用 前段用选配的高效专性微生物对污水中的油及有机污染物进行有效生物降解，后级利用 原有过滤处理系统确保出水水质的“专性微生物强化处理+ 沉淀+ 过滤”的处理工艺， 对杏十三一1 联合站含聚污水处理工艺进行优化改进，确定合理的技术参数，使回注水质 符合大庆油田第五采油厂含聚污水注水标准。 7 第二章专性微生物技术 第二章专性微生物技术 因油田污水成分复杂，富含结构稳定复杂的链烷烃、环烷烃、芳香烃、酯肪烃、萘 类以及有机硫、有机氯等难降解物质，含盐量高，悬浮物高，可生化性差，采用常规生 化处理难以获得理想的处理效果；同时，在生产过程中投加的驱油剂、破乳剂、降粘剂、 缓蚀剂又使得采油污水进一步复杂化，污水处理难度增大，现有污水处理工艺难以满足 油田注入水质的需要。大庆油田杏十三一1 联合站通过比较分析含聚污水常用的处理技 术，决定选用具有处理效果好，出水稳定，运行费用低、运行管理方便，污泥量少，基 本无二次污染等特点的生化处理技术，在工业规模上试验处理效果，确定合理的技术参 数，为解决油田回注污水水质超标问题提供一条新的技术途径。 2 1 试验的技术原理 2 1 1 专性微生物 专性微生物主要来自于自然界，是通过富集、筛选、分离、复壮及有效配伍获得的 联合菌群，其活性1 0 1 1 个克，是常规处理的1 0 5 - 8 倍，因而调试周期短，优势菌群容 易形成。已广泛应用于钢铁、炼化、化工、油田等行业的难处理、难降解污水的处理及 回用，突破了多个国际性难题。专性微生物为固体状，运输、储藏方便，常温下两年内 活性不变，使用时只须用温水预湿活化后直接倒入生化反应池即可，调试初期须连续投 j n 5 7 天，每天一次，之后每周一次，2 3 个月后每月投加一次维护量，因此使用简单， 日常维护方便。专性微生物强化处理可最大限度将污水中有毒有害及难降解有机污染污 得到有效降解，因而出水清澈、无味，可达到回注水标准后回注或达n - 级排放标准后 外排；剩余污泥约为常规处理的1 3 ，可直接进行无害化处理后外运。 2 1 2 微生物技术基本原理1 9 】 因采油污水中成分复杂，含难处理、难生化降解的有机污染污较多，可生化性差， 杂菌较多且竞争性较强，因此一般微生物通过竞争难以形成优势菌群，而且在高含盐量 的采油污水中难以生长繁殖，因而般生化处理难正常运行。本工艺技术是在有氧的条 件且适宜的环境中，通过向采油污水中投加特定的专性联合菌群，使含油污水中的溶解 性有机物透过细菌的细胞壁被细菌所吸收，固体和胶体等不溶性有机物先是附着在细菌 体外，由细菌所分泌的某种特殊酶分解成可溶性物质，再渗入细胞体内，促生其对特定 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。并提 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 供适宜的生长环境，通过与污水中微生物间的竞争形成优势菌群，同时在不断的竞争中 又提高了生物群抗毒抗冲击的能力，因而使污水中能够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，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，同时可强化对烃类、蜡类以及酚、萘、胺、苯、煤油等的生物降解，这些 专性微生物有着很高的繁殖率，它们通过自身的生命过程水合、活化、氧化、还原、 合成，把复杂的有机物最终降解成为简单的无机物h 2 0 和c 0 2 ，并放出部分能量作为 自身生存与繁殖的生命之源。在适宜的条件( 1 0 o - 4 0 o ) 下，专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，对环境没有 二次污染。 选配的专性联合菌群能适应6 0 0 0 0 1 5 0 0 0 0 m g l 高含盐量采油污水，不但能降解水 中的油，而且对其它有机污染物的降解也十分明显。微生物处理系统的关键是给予联合 菌群适当的生长环境和停留时间，使专性联合菌群能在适宜的条件下不断生长和繁殖。 2 1 3 微生物降解机理 本研究主要针对油田污水中最难处理的链烷烃，环烷烃，芳香烃以及少量非烃化合 物的复杂混合物进行专性降解微生物的筛选和配伍，其生物降解机理如下： 1 、链烷烃及其衍生污的微生物降解 微生物攻击链烷烃的末端甲基，由混合功能氧化酶催化，生成伯醇，再进一步氧 化为醛和脂肪酸，脂肪酸接着通过b 一氧化进一步代谢。反应式为： b - c h 2 - c h j 等致e 秘：一啦。疆i 甄2 0 rv ： l ：筵 3 蓑证一致r c 氆c 0 0 t i ：鞋一一c ：- - c h o 。 h 0 i 有些微生物攻击链烷的次末端，在链内的碳原子上插入氧。这样，首先生成仲醇， 再进步氧化，生成酮，酮再代谢为酯，酯键裂解生成伯醇和脂肪酸。醇接着继续氧化 成醛、羧酸，羧酸则通过p 一氧化进一步代谢。反应式如下： 9 第三章含聚污水微生物处理现场试验研究 。啦+ ：h l r 一删。- - c h ：一ch 广意尹e - - c h ：- - ；ch - - c i i j 00 l ，o l l i n c h 2 - - 9 一c c h ，i 专一c h ：一c c h ，董1 t 。 歉e l l ：“- - o h + c h l c o o h 觳瀚一誉- r 一洲凇一岬一羲芝 2 、环烷烃及其衍生物的微生物降解 不具备末端甲基的环烷烃由类似于上述次末端氧化的机制进行生物降解。如环已 烷，由混合功能氧化酶的羟化作用生成环已醇，后者脱氢生成酮，再进一步氧化，一个 氧插入环而生成内酯，内酯开环，一端的羟基被氧化成醛基，再氧化成羧基，生成的二 羧酸通过p 一氧化进一步代谢。反应式如下： 霉一 + i - i ：0 脂环化合物通常不能用作微生物生长的唯一碳源，除非它们有足够长的酯族侧链。 虽然已发现能够在环己烷生长的微生物，但更常见的是能转化环已烷为环已酮的微生物 不能内酯化和开环，而能将环已酮内酯化和开环的微生物却不能转化环已烷为环已酮。 可见微生物之间的互生关系和共代谢在环烷烃的生物将解中起着重要作用。 3 、芳香烃及其衍生物的微生物降解 芳香烃由加氧酶氧化为二茶酚，二羟基化的芳香环再氧化，邻位或间位开环。邻位 开环生成已二烯二酸，再氧化为p 一酮己二酸，后者再氧化为三羧酸循环的中间产物琥珀 酸和乙酰辅酶a 。间位开环生成2 一羟已二烯半醛酸，进一步代谢生成甲酸、乙醛和丙酮 酸。以上反应见下式： l o 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 。龟 弋 +鐾磊妻懿- 饶j 螂位弹烀 一， m m ( ：篡，域一垅“ + o 。“一、 ( ：f 屯 卜叫随) o 域 o l + o h c x x h v l + o o c c h ：一c b c o o 聪 o | ， c l l 】o se 站a 多环芳烃的生物降解，先是一个环二羟基化、开环，进一步降解为丙酮酸和c 0 2 ， 然后第二个环以同样方式分解。以萘为例的反应式为： ? 9 h 魄卜潮 卫防铡一：c 0 + 6 h 同；。k 吉寸一r 髑禽o k 卫伦。辩 同f 丫溅方式。一、，i ：江瑟h 卫乏乒黧 2 1 4 专性微生物的特点 专性微生物主要有以下五个特点： 1 、微生物生物活性大于l o m l 4 个克( 常规为1 0 4 。6 个克) ，容易形成优势菌群，调 试启动快，一般只需7 1 0 天即可； 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，出水稳 定，而且运行时间越长处理效果越好； 4 、环境友好，污泥产量少，且基本无二次污染，是一种无害化处理的方法； 5 、抗毒和抗冲击性能强，运行时间越长处理效果越好。 第三章含聚污水微生物处理现场试验研究 2 1 5 专性微生物技术的应用条件 专性微生物技术的应用需要满足以下条件： 1 、使用环境温度：1 0 4 5 ( 最佳2 5 3 5 ) ； 2 、运行压力：常压( 也可以在 2 m g 1 ； 4 、一般进水水质条件： o p h6 - 9 ； 含油量2 0 5 0 0 m g l ： 悬浮物5 0 3 0 0m g 1 ； 硫化物5 0m g l ，否则须进行特殊处理； 含聚浓度一 2 m g l 。加入1 # 营养剂3 4 k g ，3 # 营养剂4 8 k g ，c 1 # 5 0k g ，在桶内用 自来水溶解后均匀投入微生物反应池。 2 菌种的预湿接种方法： 每个预湿桶内案涉及量加入相应的菌种，问或搅拌预湿6 0 分钟后。全部进入接 种罐内； 一个预湿桶对应一个接种罐： 中层i 油大学( 华东) i 程硕士学位论文 开启接种罐的曝气阀曝气搅拌3 4 小时； 将接种罐和加药箱内物全部加入微生物反应池； 连续曝气。每天根据现场检测结果定期或不定期向池中添加含油污水或营养剂。 2 24 动态试验 通过实验室动态试验，通过综合比较专性微生物在不同停留时间，对油、悬浮物 的去除效果，以确定微生物在反应池中停留的最佳时间。 ，o o ，0 0 窑黜： 綦黧 f j 9 2 2 9 鱼 ，、眠 窖 v9 l 量9 6 0 0 粕9 5 0 0 0 0 123456 取样号 f i 再蕊_ i 历i 瓦：翮 图2 - 2 专性徽生物不同停留时何对油的去瞎效果的对比图 c o m p a r e t h e d i l t e n n tr e s j d t i m e o fs p e c i f i c m i c r o b e o f t h eo i lr m o v a l m t e 1z3 45 6 取样号 一6 h 占玲事8 h 爰昧率 1 0 1 1 击姥率 圈2 - 3 专性微生物不同停留时间对悬浮物的去除效果的对比图 v i 9 2 - 3c o m p a r e t h e d i f f e r e n tr 8 i d e n c e t i m e o fs p e c i f i c m i c r o b eo f t h es u s p e n d e ds o i d ! t n i 1 1 t e 通过实验室动态试验，综合比较专性微生物对油、悬浮物的去除效果，撮终确定微 生物在反应池中停留的最佳时间为8 小时。 23 微生物技术工艺流程 微生物技术的一般工艺流程为： 第三章含聚污水微生物处理现场试验研究 来水首先进入缓冲隔油池，调节水质水量，并回