油田污水微生物处理技术研究进展

2014-08-10蔡绪森

石油化工应用 2014年5期

张驰，蔡绪森

（长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100）

微生物处理污水是先培养专项菌群，菌群通过水合、繁殖、分解以及竞争形成优势菌群，再利用优势菌群的作用对污水中的有机物（烃类、脂类等）进行生物降解，把有机物转化为新的生物细胞及简单的无机物，最终达到去除有机物的目的。在石油行业中，处理油田污水也可以采用微生物处理的方法。近年来，国内外很多油田都开始采用微生物方法来处理油田污水，给油田带来了很好的经济效益。

1 油田污水微生物处理的优势

在油田污水处理工艺中，石油类及悬浮物一般采用隔油-混凝-过滤的方法处理，但是采用该方法会导致采出水的部分指标难以达标，尤其是稠油污水、聚合物采出水、高含盐采出水的CODcr 会严重偏高，达标率仅为50 %左右[1]。在国内其他行业大都采用生化处理法解决COD 值过高的问题，石油行业也可以借鉴这一方法。采用微生物方法处理污水，这样可以将原油较彻底的分离、分解，不仅成本低、操作简便、降解效果好，还能够有效的减少化学处理方式造成的污染、保护生态环境[2]。以上这些优势也导致微生物方法成为现阶段油田污水处理技术的主流。

2 油田污水微生物处理的应用

微生物处理污水按照微生物代谢类型的不同可以分为好养处理方法和厌氧处理方法。目前，污水好氧处理工艺主要包括活性污泥法、氧化塘法、生物膜法、AB处理法等方法。厌氧处理工艺主要包括厌氧接触法、厌氧生物转盘、升流式厌氧污泥床（UASB）等方法[3]（见图1）。这些微生物处理污水的方法很多都被广泛运用到油田污水的处理中，取得了很好的效果。

图1 现阶段微生物处理油田污水的主要方法及分类

2.1 活性污泥法

活性污泥法是将筛选出的具有特定降解功能的细菌菌液，按照一定的比率投入到生化池中，使混合液内特定的细菌处于最佳活性状态，这样不仅补充了曝气池内所缺少的细菌，在流入污水水质不变的条件下，微生物氧化作用显著。而且，在污水水质改变、环境变异的情况下，微生物仍能保持活性，提高曝气池耐冲击负荷能力，提高处理效果，近几年来该方法同固定化微生物技术把筛选出的优势菌种固定在载体上，不仅可提高浓度，还可增加停留时间，达到高效处理的目的。G.T.Tellers 等利用活性污泥法处理采油污水，研究表明停留时间为20 天时，能去除采油污水中98 %～99 %的碳氢化合物。胜利油田采用活性污泥处理法处理苯胺废水，当污泥溶解氧为4～5 mg/L，pH 为6.5～7.0，沉降比为13 %～20 %，苯胺的浓度不大于131.9 mg/L 时，活性污泥对苯胺废水有良好的处理效果，停留24 h 后降解率可达99.5 %[4]。

2.2 氧化塘法

氧化塘法是指利用水塘中的微生物和藻类等水生植物对污水和有机废水进行需氧生物处理的方法。在该方法作用的过程中，水塘中的微生物分解污水中的有机物产生了二氧化碳、碳酸盐、铵盐等供藻类等水生植物生长，藻类等水生植物通过光合作用产生的氧气又反过来供微生物生长，不仅如此其作用过程中的藻类蛋白还可以给水塘中鱼、鸟等生物提供营养。该方法不仅可以对污水中的污染物进行有效地处理还能使作用过程中生成的物质得到充分的应用，取得不错的经济效益。氧化塘法在油田污水的处理中取得了很好的效果，大港油田通过氧化塘处理技术对采油废水进行处理效果显著，COD、石油类、SS 去除率2000 年到2004 年分别由43 %、51 %、14 %提高到77 %、98 %、26 %[5]。胜利油田运用该方法处理桩西采油废水，硫化物、挥发酚都得到很好的处理，石油类含量由10.60 mg/L 下降到3.20 mg/L，COD 值由166.7 下降为127.9。

2.3 生物膜法

生物膜法是通过生物膜来吸附、降解有机物，从而达到净化污水的作用。生物膜主要由微生物细胞和它们所产生的胞外多聚物组成，微生物生长在载体的表面且分布不均匀，不连续[6]。生物膜法与活性污泥法相比具有一些优势，比如无需污泥回流，运行管理容易，无污泥膨胀问题，易于微生物生存，运行稳定等[7]。许谦等人采用序批式生物膜（SBBR）法处理油田废水取得了很好的效果，在SBBR 装置进水COD 容积负荷为0.5 kg/（m3·d）及进水COD 为500 mg/L 左右的条件下，经过近两个月的连续运转，COD 平均去除率超过80 %，出水中COD 低于100 mg/L，符合GB8978-1996《污水综合排放标准》的要求，经过处理的污水可以直接排放[8]。

2.4 “AB”处理法

污水处理中所谓的“AB”法工艺，简言之就是分作A 和B“两阶段曝气”处理工艺，每个阶段都有相互隔离的和独立的曝气过程和泥水分离过程，对于活性污泥的回流，也是相互隔离的，A 段沉淀池所产生的活性污泥回流到A 段曝气池，B 段沉淀池所分离出来的活性污泥回流到B 段曝气池内[9]。该方法在油田污水处理中也得到了很好的运用。中原油田石化总厂污水处理站采用“AB”处理法处理采油废水，处理后的外排水石油类、氨氮等指标都达到回用水要求，但Cl-、COD 超标[10]。“AB”法在处理污水时面临着A 段产生臭气污染环境、脱氮难度大、污泥产率高等问题。随着各种石油污水处理技术的不断进步，“AB”法已经很少运用于采油污水的处理中。

2.5 厌氧接触法

厌氧接触法是参照了好氧活性污泥法的工艺流程，在一个厌氧的完全混合反应器后增加了污泥分离和回流装置，从而使污泥停留时间大于水力停留时间，有效地增加了反应器中的污泥浓度。在处理油田产油污水过程中，厌氧接触法也发挥了重要的作用。冀东油田将厌氧接触法与其他技术相结合，采用气浮-厌氧-接触氧化工艺处理油田联合站剩余污水取得了很好的效果，工艺中的厌氧段是利用了水解过程，大大降低了污染负荷，将大分子难分解有机物分解为小分子有机物，提高了出水的可生化性[11]。

2.6 厌氧生物转盘

厌氧生物转盘技术主要用于处理高浓度的有机废水和污泥。装置主要由盘片、密封的反应槽、转轴及驱动装置组成，为收集沼气和防止液面上的空间有氧存在，于上部加盖密封。靠盘片表面生物膜和悬浮在反应槽中的厌氧活性污泥共同完成污水处理。盘片转动时，作用在生物膜上的剪刀将老化的生物膜剥下，在水中呈悬浮状态，随水流出槽外，沼气从槽顶排出。黄长盾、张志仁等人通过厌氧生物转盘处理高浓度有机废水的实验发现，在中温条件下，COD 容积负荷为5.44～11.6 kg/（m3·d），COD 去除率为70.6 %～74.7 %，总磷去除率为35 %～48.5 %，废水中的有机氮基本上转化为HN3-N，每去除1 kg COD 产生沼气0.41～0.65 m3[12]。采用厌氧生物转盘技术处理污水操作简便、处理过程稳定性强，但是由于盘片成本较高，所以在各油田的应用比较有限。

2.7 升流式厌氧污泥床（UASB）

升流式厌氧污泥床（UASB）是能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源（沼气）的一项技术，设备主要由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与底部污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物、把它转化为沼气。沼气带动污泥和水进入三相分离器，排出沼气后，固液混合液在三相分离器的沉淀区将污泥沉降，与污泥分离的水则被排出。该技术对不同含固量的污水适应性很强，并且结构、运行操作维护管理比较简单，价格较低，技术比较成熟，得到了广泛的应用[13]。中国石油大学的刘春爽等人采用升流式厌氧污泥床（UASB）处理高盐度稠油采出水发现：在m（COD）：m（TN）：m（TP）为1 200：10：1（其中COD 为化学需氧量，TN 为总氮，TP 为总磷），含盐量为1.50 %、进水COD 负荷为0.80 kg/（m3·d）的条件下，COD 去除率能够达到70 %，原油平均去除率达到70 %[14]。

3 油田污水微生物处理的发展前景

微生物污水处理技术在国内各个油田都得到了广泛的运用，并且取得了很好的应用效果。微生物污水处理技术已经成为国内油田采出水处理的重要组成部分，但是该技术还是存在很多局限性，新型菌种的培养、生物膜成本等一直是人们致力解决的问题，因此在采用微生物处理油田污水时必须联合其他先进的技术才能提高污水水质的达标率[15]。目前，国外油田采出水的处理技术已经从单纯的物理化学方法或者生物技术逐渐发展为物理化学方法与生物技术相结合的综合技术[16]，通过各种技术相互间的分工合作最终取得很好的效果，这也将成为我国微生物法处理油田污水今后的一个重要的发展方向。