硫酸盐还原菌对高含铁采出水的净化作用——以江汉油田老二站采出水为例

刘清云 （长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州434023）

唐 芬 （长江大学图书馆，湖北荆州434023）

罗 跃 （长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州434023）

肖 文，夏志刚 （中石化江汉油田分公司江汉采油厂，湖北潜江433124）

硫酸盐还原菌对高含铁采出水的净化作用
——以江汉油田老二站采出水为例

刘清云 （长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州434023）

唐 芬 （长江大学图书馆，湖北荆州434023）

罗 跃 （长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州434023）

肖 文，夏志刚 （中石化江汉油田分公司江汉采油厂，湖北潜江433124）

细菌繁殖和Fe2＋暴氧产生沉淀是造成注水水质二次恶化的主要原因。针对江汉油田老二站污水高含铁、SRB（硫酸盐还原菌）等细菌的水质特点，在水处理工艺流程前端不添加杀菌剂，使SRB在流程前段繁殖，利用SRB代谢产生的S2－与水体中Fe2＋结合产生FeS沉淀以除去水体中铁离子。现场试验结果表明，合理调整杀菌工艺，水处理工艺末端水体含铁量由原来的48mg／L降为10mg／L左右、铁离子去除率由20%上升到83.3%，SRB的除铁作用明显。SRB对油田高含铁污水具有良好的净化作用。

高含铁采出水；水质二次恶化；硫酸盐还原菌；絮凝；污水处理

高含铁污水化学稳定性差，轻度暴氧即产生大量氢氧化铁沉淀，造成水体悬浮物超标，水质二次恶化现象严重。水体细菌繁殖往往造成系统腐蚀、水体结垢、悬浮物增加等问题，严重污染水质［1］。细菌、铁离子含量都是注水水质标准中严格控制的主要指标。虽然许多油田在注水系统沿程采取了诸多隔氧、杀菌等措施，但因注水系统沿程设施多，隔氧、杀菌困难，不同程度的暴氧、细菌繁殖防不胜防。以硫酸盐还原菌（sulfate reducing bacteria，SRB）处理污水，除去水体中金属、重金属成分的水处理技术近年来发展很快［2］。利用SRB的代谢活动将电镀废水中的重金属离子转化为不溶物而沉淀除去，实现电镀废水的低廉高效处理，可达到电镀废水的排放标准。利用SRB处理高硫酸盐废水，降低废水中硫酸盐含量，也是近几年发展起来的有效方法［3］。

针对油田污水高含铁、SRB等细菌的水质特点，研究SRB对高含铁油田污水的净化作用，以污治污，是油田污水处理技术发展的良好选择，目前尚未见文献报道。

1 净化方法

1.1 SRB除铁原理

油田水中普遍含有SRB、铁细菌（iron bacteria，IB）、腐生菌（total growth bacteria，TGB）等细菌。其中，SRB代谢过程中利用水体中普遍含有的硫酸根离子产生H2S，S2－与铁离子结合产生FeS沉淀，在絮凝沉降时沉淀，消耗了水体中的Fe2＋；IB将Fe2＋氧化成Fe3＋，生成Fe（OH）3絮凝沉淀而除去。在絮凝沉淀的同时，因为大部分细菌被包裹藏身于FeS、Fe（OH）3、悬浮物等沉淀中，水体中原有的Fe2＋和细菌含量均大大降低。生产实际中将目前普遍采用的前端杀菌改为末端杀菌，SRB等厌氧细菌在工艺前段比较缺氧的罐体底部大量繁殖，IB也在罐顶少量繁殖，构成水体中微生物净化体系，增强了水处理工艺对油田高含铁水体的除铁净化效果。

1.2 老二站水化学分析

油田采出水中普遍含有硫酸盐、有机酸等细菌生长所必须的营养物质，江汉油田老二站采出水也不例外。老二站三相分离器来水和注水泵出水化学成分分析如表1所示。

表1 2011年7月老二站采出水化学分析

水质分析表明，老二站采出水中含SRB高达110个／ml，SRB代谢所必须的浓度也很高，平均在1400mg／L左右，满足SRB繁殖与代谢需求。采出水中Fe2＋约60mg／L，若让SRB大量繁殖，构成水体中微生物净化体系，会增强水处理工艺对油田高含铁水体的除铁净化效果。

1.3 室内研究方法

室内试验在严格的隔氧条件下进行，选用江汉油田老二站高含铁污水和无菌的复合盐溶液在不同条件下试验，研究水体中不繁殖（加入杀菌剂）、自然繁殖与强化繁殖（添加营养剂）SRB情况下不同繁殖培养时间的除铁效果。

试验按照《SY／T5329－1994碎屑岩水质标准》［4］对沉淀后污水水质进行检测。

2 试验结果与分析

2.1 SRB与水体硫化物关系

调研表明，江汉油田老二站出口污水含铁与添加杀菌剂有关。原先的水处理工艺在前端和末端均添加杀菌剂，末端出水高含铁，后来前端停加杀菌剂，发现末端出水含铁降低、SRB含量稍高，推断SRB应有一定的除铁效果。

为验证上述推断，试验配制复合盐溶液为：蒸馏水＋5%NaCl＋0.4%CaCl2＋0.2%MgCl2· 6H2O＋0.6%Na2SO4＋0.06%Na2CO3，注入SRB菌量25个／ml，分别培养数天后检测其中硫化物和SRB含量，结果如表2所示。

表2 水体中细菌与硫化物含量关系（培养温度：35℃）

2.2 SRB的除铁作用

试验表明，细菌培养过程中，S2－、SRB含量均快速增加，水体pH值略有降低；但培养72h后增加缓慢，这可能与水体中SO2－4消耗、S2－产物累积抑制SRB生长代谢有关。

SRB在繁殖过程中产生的S2－可与水体中的Fe2＋作用产生FeS沉淀，达到除铁效果。试验用采出水为江汉油田老二站三相分离器出水，含Fe2＋在54mg／L左右，分别在杀菌、自然、补加营养剂3种不同条件下密闭隔氧培养数天，然后测试水体上清液含铁量，结果如表3所示。

以上结果说明，水体中添加1227杀菌剂（100mg／L）杀灭SRB等细菌后铁离子含量下降不够明显，而不加杀菌剂时，在35℃，恒温培养数天后，SRB逐渐生长繁殖，其产生的S2－结合Fe2＋以FeS沉淀除去，有较强的除铁效果。水体中添加了利于SRB生长繁殖的营养剂之后，SRB生长更加旺盛，除铁作用进一步增强。

表3 不同试验条件下水体中铁离子含量（培养温度：35℃）

3 现场应用

3.1 老二站前端杀菌与水质分析

在研究中通过现场调研、取样分析，对老二站污水系统中各阶段出水进行了水体细菌与水质分析。前端添加杀菌剂时细菌及水质分析结果如表4所示。

从检测结果看，虽然前端添加有杀菌剂，系统水体中SRB仍然在繁殖，絮凝沉降前水体中细菌自始至终呈上升趋势。各个罐体的沉降排泥作用一般使细菌大幅度减少，这是因为污水系统中SRB菌体主要藏身于底部污泥中，水体中细菌含量远远低于污泥中细菌含量［1］。

这种工艺条件下，污水系统的除铁作用较弱，Fe2＋去除率仅为20%。各罐底污泥中发现大量SRB和少量FeS黑色沉淀。这说明即使前端添加有杀菌剂，杀菌效果也较差，不仅没有彻底杀灭细菌，除铁作用也很弱。

表4 老二站污水系统工艺调整前各工段细菌及水质分析结果

3.2 杀菌工艺调整

污水系统前端杀菌效率低下，与前端水体中悬浮物高有关，因为细菌藏身于悬浮物污泥中，受污泥包裹，杀菌剂难以接触细菌，致使杀菌效率低下。杀菌剂的投加应该在絮凝沉降之后，由于絮凝沉降，此时水体中细菌含量低，细菌无所附着，杀菌效率最高。现在工艺中杀菌剂加药位置已调整到絮凝沉降之后、过滤器增压泵前，运行良好。

表5 老二站工艺调整后的水质情况

3.3 现场应用效果

老二站平均处理水量为200m3／d，所辖注水井10口，配注水量150m3／d，实际注水量145m3／d。污水处理中液碱、絮凝剂、缓蚀阻垢剂采取连续投加的方式。杀菌剂在工艺后段采用间歇式投加，依据来水流量和细菌含量确定杀菌剂的投加量，一般用量在100mg／L以上。2011年12月16日后现场工艺调整实施后老二站水质情况如表5所示。

由表5可以看出，水体中铁含量明显下降，水处理工艺末端注水泵入口处含铁量由原来的48mg／L降为10mg／L左右，工艺调整前后污水中铁离子的去除率由20%上升到83.3%，除铁作用明显。水体pH值由7.2降为6.8，降低幅度不算太大。

4 结 论

1）细菌繁殖和Fe2＋暴氧产生沉淀是造成注水水质二次恶化的主要原因，一直是困扰油田注水的难题。

2）SRB在代谢过程中消耗硫酸盐，产生S2－，与采出水中Fe2＋结合产生FeS沉淀除去水体中的铁，对高含铁油田污水有一定程度的净化作用。

3）现场应用中，合理调整杀菌工艺，水处理工艺末端水体含铁量由原来的48mg／L降为10mg／L左右、铁离子去除率由20%上升到83.3%，SRB的除铁作用明显。

4）利用SRB除去造成注水水质二次恶化的Fe2＋，在油田污水处理中研究和报道还比较少见。这种以污治污的方法，进一步提高了油田污水处理效率。

［1］张小里，刘海洪，陈开勋，等.硫酸盐还原菌生长规律的研究［J］.西北大学学报（自然科学版），1999，29（5）：397～398.

［2］马晓航，贾小明，赵宇华.用SRB处理重金属废水的研究［J］.微生物学杂志，2003，23（1）：36～40.

［3］缪应祺.SRB处理高浓硫酸盐废水［J］.中国给水排水，2003，19（7）：66～67.

［4］SY／T 5329－1994，碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法［S］.

［编辑］ 萧雨

149 The Purification Effect of Sulfate Reducing Bacteria（SRB）for Produced Water with High Iron Content——By Taking the Produced Water in Laoer Station in Jianghan Oilfield for Example

LIU Qing－yun，TANG Fen，LUO Yue，XIAO Wen，XIA Zhi－gang

（First Authors Address：College of Chemical and Environmental Engineering，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

Bacteria reproduction and sedimentation generated by Fe2＋for aeration were the main reasons for the secondary deterioration of injection water quality.The characteristics of water quality in Laoer Station of Jianghan Oilfield was high content of the iron，SRB and other bacteria.In view of the above characteristics，the measures taken were that fungicides wasnt added in the front of water treatment process，which made SRB reproduce，then S2－produced by SRB metabolism combined with Fe2＋existed in oilfield water produced FeS to remove iron ions in water.The result of field experiments show through reasonable adjustment of sterilization process，SRB has obvious effect of removing iron and good purification for high iron oilfield water that the content of iron in the end of the water treatment process reduces from 48mg／L to 10mg／L，the removal rate of iron increases from 20%to 83.3%.

high－iron produced water；the secondary deterioration of water quality；SRB；flocculation；treatment of waste water

book=13,ebook=13

TE991.2

A

1000－9752（2012）07－0149－04

2012－04－02

刘清云（1964－），男，1986年兰州大学毕业，副教授，现从事油田应用化学研究工作。