微生物除油技术在高浊度油田黑水冲击下的应用实践

2014-02-19吴玉华庄建全罗江涛纪艳娟王文斌

石油工业技术监督 2014年2期

郭鹏，林刚，吴玉华，庄建全，罗江涛，纪艳娟，王文斌

1.中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院（江苏扬州 225009）

2.中国石化江苏油田分公司试采二厂（江苏扬州 225009）

随着油田进入中后期开采阶段，油井产液含水不断上升，从环保和节约资源考虑，对产出污水进行经济有效的处理是油田可持续发展的关键。依据污水排放国家标准GB 8978，油田污水中主要超标的污染物为石油类、硫化物、挥发酚等，属有机污染水质。

目前在炼油废水和城市污水处理领域广泛使用的生化处理技术，对于油田有机污染类水质的处理，是一项经济实用的处理方法。近年来，这一技术在华东、胜利、大庆、河南等油田得到了应用，为掌握这一处理方法的核心技术，解决实际存在的问题，2009年以来江苏油田立项开展了针对油田高盐高浊度污水专性生化处理技术研究。

1 污水可生化性评价与菌剂优选

1.1 现场污水可生化性评价

污水的可生化性即污水中有机污染物被生物降解的难易程度。可生化性差异的主要原因在于污水所含的有机物中，除一些易被微生物分解外，还有一些物质不易被微生物降解、甚至对微生物生长产生抑制作用[1]。

传统观点认为 BOD5／CODCr（5 日生物耗氧量/化学耗氧量）比值法是最经典、也是目前最为常用的一种评价污水可生化性的水质指标评价法，体现污水中可生物降解有机污染物占有机污染物总量的比例。该比值的变化遵循如表1所示的规律。

根据这一理论方法，分别取样测试了HS站三相分离器出口、FX、TZ、MTZ进站污水4个水样，测试数据看HS站三相分离器出口、FX污水站进水、MTZ三地污水均具有较好的可生化性，测试数据如表2所示。

1.2 除油菌剂筛选与纯化

利用生物育种手段[2]从含油污泥、污水中分离、筛选、富集、纯化、培养、选育出具有降解原油功能的微生物十余株，采用分子生物学（DGGE技术）和基因测序手段对比分析菌种功能特性，优选出3种除油菌：7-1号为NZ芽孢杆菌，7-2号为KC芽孢杆菌，7-3号为DY芽孢杆菌，室内除油率在96%～99.5%之间。

表1 污水可生化性规律表

表2 4个代表性站点污水可生化性数据

针对液体菌种在常温易老化、保存时间短等问题，开展干粉除油菌剂制作工艺研究，形成工业化高效石油降解菌干粉菌剂制作工艺方法[3]。干粉菌剂产品活菌数不少于1 010个/g，杂菌率不大于2%，纯度不小于98%，芽孢数占活菌数98%以上，除油率大于95%。高效石油降解菌剂适用于pH值5.5～9.5、温度 15～40℃、矿化度＜80 000mg/L 的含油污水体系。

2 FX断块油藏特点与生化除油小试实验

2.1 FX断块油藏特点

FX断块储层岩性以砂岩为主，平均渗透率7.5×10-3μm2，属低孔、低渗储层。该断块共有水井5口，日配注110m3。FX污水处理站始建于2010年6月，担负HS站来水处理及FX断块的注水任务，该站初投产时采用一级沉降加管式膜工艺处理。根据FX注水站水质现状与处理要求，选择该站开展了自主设计的小型生化装置现场实验工作。

2.2 现场小试实验

为评价FX站含油污水生化处理可行性，2011年3～5月，在该站现场开展含油污水生物接触氧化、管式膜超滤污水处理评价实验[4-5]。

2.2.1 现场小试工艺设计

实验装置见图1，来水经过缓冲桶后通过提升泵提升至生化池，经生物接触氧化处理后进入循环桶，随后进入管式超滤膜处理。生化系统设计处理能力为30L/h，膜过滤系统设计处理能力为20L/h，多余污水回流到循环桶。

2.2.2 小试实验效果分析

经小试流程处理后，污水水质得到很大改善，出水水质清澈透明，如图2所示。

图1 FX生化加膜过滤实验流程

图2 生化加膜小试实验沿程水质变化

实验中每半月一次取样检测，实验结果如表3所示。经生化加膜过滤处理后，出水水质清澈透明效果稳定；从指标上看，生化进口含油量10～160mg/L，硫化物含量40mg/L，浊度20～400 NTU；生化出口含油量0～1.2mg/L，生化出口不含硫化物，浊度5～12 NTU；膜出口浊度小于1NTU，粒径中值小于1.5μm，膜出口不含油，达到了A2级指标要求。

3 FX油田污水站生化工艺的应用

3.1 生化工艺的选择

生化除油工艺目前较多的采用好氧法处理，根据其作用原理和运行情况，各工艺处理方法的优缺点[3]，如表 4所示：

根据FX油田污水处理站来水特点，确定在该站选用生物接触氧化处理工艺。

2012年9月，该站完成改造并投入运行，主要设备包括2台注水泵，1套生化污水处理系统，1套双室精细过滤系统、1座100m3注水罐。

表3 生化加膜小试实验沿程水质数据

表4 几种好氧法处理工艺的优缺点对比

3.2 生化系统的启动

2012年9月FX污水站生化池内投加菌剂及生化强化剂，生化系统开始启动，启动期间运行过程如图3所示。

图3 生化系统启动阶段浊度变化

生化系统启动的第10天，系统浊度已经降至10NTU左右，系统达到平稳的运行状态，数据显示，现场生化系统启动成功。

3.3 生化处理常规油田污水效果

生化系统正常启动后，平稳运行3个月，对流程各点进行了沿程取样测试，测试结果如表5所示。从测试效果上看，油田污水经生化系统处理后，系统出水含油基本不含油，固体去除率大于70%、颗粒数去除率大于90%、硫化物去除率100%、在控制曝气量下腐蚀率下降大于90%，处理效果稳定。

4 高浊度黑水来源与特点分析

4.1 来源分析

FX站处理的污水存在来源广、处理流程长、污水量大的特点，包括 MTZ、WZ、MJZ、HJ、FS 等 6 个区块的井口产液；井口产出液到FX污水站经多个处理站多次加热、加压、沉降、加药处理；目前HS站基本为满负荷运行，因此当系统进液量波动时，出水水质波动大，导致后端FX污水站受到高浊度油田黑水冲击，膜系统难以稳定工作。2010年12月在该站投产半年后即更换膜管，2011年7月第2次更换膜管。

4.2 特点分析

4.2.1 稳定性分析

取高浊度黑水连续记录观察其中部浊度变化，数据如表6所示。

表5 生化处理油田含油污水效果

从数据变化上看，这种高浊度黑水具有稳定性强，沉降速度慢的特点。

4.2.2 水质分析

黑水水质分析数据见表7。

4.3 现场生化系统实际抗黑水冲击情况

由于前端联合站处理压力大，导致FX系统进水水质波动大，最高检出浊度大于2 000NTU，生化池出水最高达到100NTU。高浊水进入生化池后，在浊度峰值出现后4d池内浊度开始明显下降，生化系统逐渐恢复。在高浊度来水冲击下，出水浊度迅速上升，但出口含油仍可以得到有效处理，生化系统内高效除油处理菌剂能够耐受高浊度黑水冲击。