A/O工艺处理采油废水技术

杨永，赵启昌，尹怀庆

(1.华北理工大学 建筑工程学院，河北 唐山 063009 ；2.河北省地震工程研究中心，河北 唐山 063009；3. 华北油田第三采油厂工程技术处，河北 任丘 062450；4. 唐山市曹妃甸供水有限责任公司，河北 唐山 063200)



A/O工艺处理采油废水技术

杨永1，2，赵启昌3，尹怀庆4

(1.华北理工大学 建筑工程学院，河北 唐山 063009 ；2.河北省地震工程研究中心，河北 唐山 063009；3. 华北油田第三采油厂工程技术处，河北 任丘 062450；4. 唐山市曹妃甸供水有限责任公司，河北 唐山 063200)

油田废水；A/O生化处理工艺；COD；含油量

石油工业发展60年来，我国已开发大型油田中的大部分已经进入到石油三采期, 油田废水产量也在逐年增加。油田废水经处理后用于回注或排放，其控制指标主要有COD、悬浮物和含油量。本文将采用A/O生化处理工艺进一步降低油田废水的COD悬浮物和含油量，使得油田废水达到排放或综合利用的标准。

油田采油废水是石油开采过程中产生的水体污染物，油田废水主要由钻井污水和采油污水组成。我国的石油资源分布广泛，每年大约有5×108m3的油田废水需要处理，由于各地区的地质条件不同造成我国石油的开发方式、污水水质要求、集输工艺等存在着巨大的差异。在石油开采过程、原油脱水过程、石油产品集输过程、污废水处理过程中伴随着大量的有机和无机化学药剂的使用，使得油田废水的水质十分复杂，处理难度加大。油田废水的处理方法的选用一般需要根据其油份在水中的存在形式和出水要求来决定，一般情况下把含有废水的处理方法分为物理法、化学法、物理化学法和生物法。为了使油田废水达到排放标准或注水水质要求，A/O生化处理工艺有其独特的特点。

1 油田废水A/O生化处理工艺特点

生化处理工艺中，将活性污泥法和生物膜法有机结合，在升流式颗粒污泥厌氧反应池存在着颗粒污泥，既有活性污泥的特点又兼有生物膜法的特点。分层陶粒填料好氧反应池，同时存在着悬浮污泥和固着生物膜，生化反应池中既有固着生长的生物膜，同时也存在着大量悬浮污泥。厌氧池和好氧池中保持着较多的生物量，同时由于2个工艺的特点使得污泥中微生物的世代周期均长于其他污水处理方式的微生物世代周期。水处理过程中，在厌氧池和好氧池分别培养驯化适宜其生存降解能力的优势菌种，增强了微生物的处理能力，提高了生化处理的效果和生化处理池的抗冲击负荷能力。

1.1 厌氧生化处理

本项目将采用升流式2级串联一体式厌氧生化处理的方式，升流式颗粒污泥厌氧反应池，池内不需要添加填料，只需要培养颗粒污泥，采用三相分离器实现固、液、气三相分离，池内水体的流速控制在5 m/h，原水COD浓度控制在400 mg/L，COD容积负荷采用10 kgCOD/(m3·d)，经过处理后的污水进入1级沉淀池，1次沉池污泥流入污泥干化处理池，上清液进入好氧处理池进一步降解COD和油。这种反应器有利于泥水充分接触，传质过程得到最大化的强化，最大限度地利用了颗粒污泥的降解能力，增加了处理效率。

1.2 好氧生化处理部分

好氧生化处理部分也采用2级串联处理方式，池内分3层填料架装填陶粒，每层填料厚度50 cm，填料之间间距30 cm，好氧池有效深度为2.4 m。布水采用旋转式莲头散水器，空气自下而上经过微孔暴气器进行曝气。填料上生长生物膜，调料之间的水体部分含有从填料上脱落的生物膜，作为活性污泥继续降解水中的油和COD。在生化处理方面，将活性污泥法和生物膜法的优点有机地结合在一起。填料在暴气过程中具有剪切气泡的作用，使气泡变得更小，能够有效地提高曝气充氧能力，动力效率较高[2]。

经过串联式厌氧生化处理池和分层陶粒填料好氧反应池处理后的污水经过2次沉淀池沉淀处理后上清液排放或回收利用，2次沉淀池下部混合液由回流泵送入好氧池重新处理，底部活性污泥利用污泥泵排放至污泥干化处理设施进行污泥脱水处理，制成泥饼后外运。

2 油田污水生物处理的主要设施

2.1 冷却塔

主要是为了确保进入生化处理系统的废水温度适宜微生物生长繁殖需要，把水温降到微生物适宜的温度范围，生化处理的第1步为厌氧微生物处理技术，在厌氧微生物处理中优势菌种主要为厌氧性微生物，一般情况下，厌氧微生物的分为中温菌和高温菌，中温菌的最适宜温度为33～35 ℃，高温菌的最适宜温度为53～55 ℃，因此冷却塔的出水温度根据原水的温度条件保持在33 ℃或53 ℃。确保微生物具有良好的降解条件。冷却塔高7 m，直径为2 m，设2个[3-5]。

2.2 升流式颗粒污泥厌氧反应池[6]

停留时间设为10 h，直径为1.5 m，设2组池子。每组池高4 m，分2级，上下串联，装置内设2组三相分离器，水由下向上供水，下部设均匀布水装置。

2.3 分层陶粒填料好氧反应池

本项目拟采用分层陶粒填料好氧反应池与二次沉淀池合建的方式，为了污水的充分降解，污水在好氧反应池与二次沉淀池的总停留时间设定为16 h，设2组池子，平面尺寸为2 m2×4 m2，池底装有微孔曝气装置,通过鼓风机供给好氧菌需要的氧气。

2.4 一次沉淀池和二次沉淀池

一次沉淀池主要是对从厌氧池出来的污水进行一次沉淀处理，处理后的上清液流入好氧池，一次沉淀池的底部污泥进行沉淀浓缩后排入污泥处理设施进行污泥干化处理；二次沉淀池主要收集的是好氧池处理的污水，二次沉淀池的上清液直接进行排放，底部的污泥流入污泥浓缩设施进行污泥干化处理。一次沉淀、二次沉淀的主要功能就是固液分离[7]。

2.5 鼓风机

鼓风机的作用主要是通过加压把空气中的氧气通入到水中，利用双模理论的原理把气态氧转移到液体中去，鼓风机通过微孔曝气器把氧气转移到水中，以维持水中的溶解氧浓度在微生物需要的范围1～3 mg/L左右。鼓风曝气的另一个作用就是对水体的搅拌作用，在气泡向上走时能够对水体起到一定的搅拌作用[8-9]。

在试验进行过程中，为了更接近于生产实际情况，小试过程中每个月对进水的COD、TP、NH-N、含油量进行分析化验，有利于充分了解各个生产环节的降解程度和降解中出现的问题，经过12个月的试验数据测定，含油废水处理后的水质指标达到了排放要求。

3 试验数据分析处理

试验装置采用一级厌氧—二级厌氧—中间沉淀池—一级好氧—二级好氧—二次沉淀池的处理工艺，试验中监测的主要指标是进出水的COD值。

3.1 工艺对COD的去除率分析

表1为各取样检测点指标平均值，图1为A/O工艺进出水COD值变化图。

表1 各取样检测点指标平均值

图1 A/O工艺进出水COD值变化图

试验结果显示，12个月的月平均进水COD值在370～450 mg/L之间变化，经过厌氧—好氧2级串联生物处理以后，出水COD值在35～60 mg/L之间发生变化，去除率最高为90.8%，出现在7月份；处理率最低为84.4%，出现在1月份。经过分析，温度对生化处理工艺具有一定的影响。

表2为水中含油量变化值，图2为水中油含量变化图。

表2 水中含油量变化值

图2 水中油含量变化图

3.2 工艺对水中含油量的去除率分析

试验结果显示，12个月的月平均进水中油的含量在2～10 mg/L之间变化，经过厌氧—好氧2级串联生物处理以后，出水中油的含量在0.5～2 mg/L之间发生变化，去除率最高为88.1%，出现在6月份；处理率最低为80.9%，出现在1月份。经过分析，生化处理工艺中微生物对油的处理率在一定程度上受到温度的影响。

4 工艺处理经济效益和环境效益分析

经过试验运行数据分析后，污水采用生化处理的方法，污水从进入生化处理流程一直到流出总运行费用约为0.5元/m3。查阅资料，采用污水回灌的总运行费用是3.5元/m3。按照油田每年外排生化处理后的污水5 000万m3计算，污水生化处理后外排与回灌相比，能够节约运行费用 15 000万元。

采用污水生化处理后外排，间接效益明显，能够有效解决油田依靠污水回灌及回注无法满足生产要求的状况，能够减少多口回灌井的工艺流程及配套设施的投资，减少回灌泵动力消耗、人力物力的消耗，减少了设备维修工作量。采用污水生化处理方式能够取得良好的经济效益和环境效益[10]。

5 结论

采用厌氧—好氧工艺对COD降解效果明显优于单纯好氧工艺，厌氧处理工艺能耗低，节能效果明显，采用厌氧—好氧工艺在很大程度上降低了好氧工艺降解COD时的曝气动力消耗。采用厌氧—好氧工艺，采油废水出水COD值达到35～60 mg/L，去除率在84.4%～90.8%，满足采油废水出水COD的排放标准要求。

[1]王伟燕，等．A-MBR-Fenton-活性炭吸附组合工艺处理海上钻井含油废水的初步研究[J]．天津科技大学学报．2014，29(4)：72-77.

[2]袁惠民．含油废水处理方法[J]．化工环保．1998，18(3)：146-149.

[3]周刚．乳化液废水处理浅议[J]．有色金属加工．2001，163(1)：16-19.

[4]杜荣光．油田废水处理技术研究与应用新进展[J]．工业给排水．2011，37(3)：49-55.

[5]宋永亭，杜春安，王新，等．采油污水回用深度处理技术研究进展[J]．工业水处理，2009，29(1)：1-5.

[6]胡琦．大港油田氧化塘生物处理采油废水[J]．油气田环境保护，2006，16(1)：21-23.

[7]Heins W.Sehooley K．Achieving Zero liquid discharge in SAGD heavy oil covery[J]．Journal of Canadian Pet roleura Technology，2004，43(8)：1-6.

[8]文义．大庆油田采出水回注处理工艺技术的创新及应用[J]．水处理技术，2008，34(6)：62-65.

[9]金明权，范廷骞，贺廷昭．冀东油田含油污水生化处理技术应用[J]．天然气勘探与开发，2005，28(1)：44-47.

[10]高旭，龙腾锐，郭劲松．城市污水处理能耗能效研究进展[J]．重庆大学学报(自然科学版)，2002，25(6)：143-148.

Treatment Technology of Oil-field Wastewater by A/O Process

YANG Yong1, 2, ZHAO Qi-chang3, YIN Huai-qing4

(1.College of Civil and Architectural Engineering,North China University of Science and Technology,Tangshan Hebei 063009,China;2. Earthquake Engineering Research Center of Hebei, Tangshan Hebei 063009, China;3. Engineering Technology Department, the Third Oil Production Plant of Huabei Oilfield, Renqiu Hebei 062550, China;4. Tangshan Caofeidian Water Supply Co. Ltd, Tangshan Hebei 063000, China)

oil field wastewater; A/O biochemical treatment process; COD; oil content

With the development of the petroleum industry for sixty years, the development of the most of large oil fields in our country has entered third oil production period, production of oil field wastewater is also increasing year by year. The treated wastewater oil field is used for reinjection or discharge, the main control was COD, suspended solids and oil content. A/O biochemical treatment process was applied to further reduce COD, suspended matter and oil content of oilfield wastewater, which makes the oil field wastewater reach the standards of discharge or comprehensive utilization.

2095-2716(2016)01-0029-05

2015-09-02

2015-12-15

唐山市科技局科技支撑计划工业领域科技支撑项目(13130241z)。

TE991.2

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