复杂产出水微生物活性污泥法处理技术应用

孙立辉，瞿定祥，魏世举，吴小薇

（中国石化中原油田，河南濮阳 457000）

马寨油田产出水具有矿化度高，S2-、二价金属离子含量高、pH 值低的特点，具有很强的腐蚀性，采用的预氧化水处理技术产生的污泥量比水质改性技术减少70%左右，但仍存在污泥量大的问题[1-2]。油田污水站产生的污泥为《国家危险废物名录》（环境保护部令第39 号），“HW08 废矿物油与含矿物油废物”类别下，代码为“900-210-08”的“油/水分离设施产生的废油、油泥及废水处理产生的浮渣和污泥（不包括废水生化处理污泥）”，存在环保隐患。为寻找一种既适合马寨油田产出水特点又能大量减少污泥产出量的绿色环保技术，在马寨污水站应用了微生物活性污泥法水处理技术。

1 马寨污水站基本情况

马寨污水站1994 年建成投产，设计处理规模4 000 m3/d，实际处理规模3 000 m3/d，出水水质达到Ⅱ级标准[3]，1 000 m3处理水污泥产出量为0.57 t。

1.1 水质状况及工艺流程

1）水质状况

马寨污水站来水水质具有强腐蚀性、有结垢趋势。特点是弱酸性，pH值6.0、腐蚀性强，矿化度、Cl-含量高，腐蚀速率1.342 mm/a；易产生悬浮物，S2-含量高，易生成FeS沉淀；有结垢趋势，HCO3-、Ca2+等成垢离子含量高。离子分析和水质指标见表1、表2。

2）工艺流程

3）处理后水质

经预氧化水处理工艺处理后，出水水质达到Ⅱ级标准，见表3。

1.2 存在问题

马寨污水站采用预氧化水处理工艺主要存在产出污泥量大、环保压力大、回注井选择困难、出水水质不能满足马寨低渗特低渗油藏精细注水开发需要等问题。

表1 马寨污水站来水水质离子分析 mg/L

表2 马寨污水站来水水质指标

图1 马寨污水站预氧化水处理技术工艺流程

表3 马寨污水站出水水质指标

1）马寨污水站每天产生高含水污泥45 m3左右，干泥量为1.70 t，产出污泥量大，环保压力大，综合污泥处置费29元/m3，费用较高。

2）马寨油田经过长期污泥回注，目前只有MZW95-34、MZW95-57 井达到污泥回注要求，但回注压力分别为21 MPa、23 MPa，也已接近回注临界值25 MPa。

3）根据《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》（SY/T 5239—2012）推荐的注入水水质要求，马寨油田注入水水质需满足Ⅰ级标准，但预氧化水处理工艺出水水质只能达到Ⅱ级标准，不能满足低渗、特低渗油藏精细注水的需要。

2 微生物活性污泥法水处理技术

马寨油田产出水微生物水处理技术采用的是活性污泥法，利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，去除污水中的有机污染物，再经低能耗管式膜过滤，从而达到净化污水、降低污泥产出量的目的。

2.1 技术原理

活性污泥中含有适应马寨油田产出水水质特点的特种微生物菌群，菌群通过人为培养大量繁殖，形成菌胶团，增强了活性污泥吸附和分解有机物的能力[5]。

（1）加快企业现金流出。根据权责发生制，企业赊销所获得的收入全部记入当期收入，企业通过赊销获得了相应的经济收益，企业当期纳税义务随之产生，企业当期并没有获得现金的流入，却要帮客户垫付各项税费，这就导致了现金流出企业，应收账款的产生增加了企业的费用，企业管理这些应收账款所需要支付的成本都加快了企业现金的流出。

1）特种微生物菌群培养。采用马寨油田产出水对各种微生物群体进行连续混合培养，获得适应马寨污水水质特点的最佳特种微生物菌群，菌群从自然界中分离驯化获得，对人体和环境没有危害。

2）特种微生物菌群适用条件。温度10 ～45℃（最佳温度20～40℃），运行压力常压（也可以在≤0.5 MPa压力条件下运行），溶解氧≥2 mg/L，pH值5.5～9，含油量10～300 mg/L，悬浮物≤500 mg/L，硫化物含量≤100 mg/L，矿化度≤20×104mg/L。

3）技术原理。在人工充氧条件下，利用活性污泥中特种微生物菌群的氧化、分解等代谢过程，将污水中的有机物降解成H2O和CO2等简单的无机物，同时将产出水中的H2S、S2-、等低价态硫化物氧化为稳定的硫酸盐，降低产出水中还原性硫化物的含量。

图2 马寨污水站“微生物＋低能耗管式膜”处理工艺流程

2.2 工艺流程

“微生物＋低能耗管式膜”处理工艺流程见图2。联合站来水经缓冲罐后，污水与部分清水混合进入微生物反应池，去除绝大部分的油及部分有机物和胶体物，再经过低耗能管式超滤膜的截留净化作用，将油、菌类、胶体等从污水中分离，被拦截的活性污泥回流至微生物反应池，膜过滤出水通过出水泵泵入注水罐，经除氧后外输至注水系统。

1）微生物反应池。由4 座微生物反应池组成，每两座反应池一组，组内串联运行，组间并联运行，每座反应池尺寸16.5×4.2×6.2 m。池底设有阻垢曝气系统，一是为微生物供氧，二是将微生物处理的最终产物中的CO2吹脱排出。投运初期，定期向微生物反应池中投加特种微生物菌群，系统正常运行后不再投加。

2）低能耗管式膜装置。由3 组膜组成，每组14支，单支膜面积53.4 m2，膜通量30 L/m2·h。膜组件采用国际先进的管式超滤膜，材质为聚偏氟乙烯，具有很高的抗污染性能和膜通量[6]。膜处理系统配套反冲洗装置，定时对膜处理装置进行反冲洗，防止膜污染，必要时可加入化学药剂，加强清洗和反冲洗效果，恢复膜通量。反冲洗回水进入系统再处理，保持反应池中微生物浓度，节约水资源。

3）排污池。将微生物反应池中的剩余污泥排入排污池沉降，上清液进入系统循环利用，节省水资源，排污池下部浓缩污泥定期外运，回注地层。

2.3 工艺特点

该工艺前段利用活性污泥中的特种微生物对悬浮物、含油进行强化降解，确保水中含油率达标，降低膜污染，从而延长了低能耗管式膜的使用寿命；经膜过滤的水，水质稳定、合格[7]。工艺特点为：

1）针对马寨油田产出水特点培养的特种微生物联合菌群具有高耐盐、高活性、适应性强、耐冲击性能好的特点。微生物处理系统采用此菌群强化处理，高效降解产出水中的油及有机物，为后级膜过滤创造良好的进水条件。

2）低能耗管式膜组件具有亲水、耐污染、抗酸碱、耐腐蚀、高通量的特性，微生物反应池泥水混合液通过膜的高效分离作用，将污泥、胶体、细菌等截留并回流到微生物反应池，只允许水及小分子物质透过膜，确保出水水质优质。

3）系统设有循环泵及反冲洗泵，设计表面流速为1～2 m/s，实际运行时，大部分时间采用1 m/s流速，能耗低。当膜表面产生污染时，可采用反冲洗及化学加强反冲洗去除污染，化学清洗周期一般在3个月以上。

4）整个工艺中除了为控制腐蚀在出水中添加除氧剂外，不添加其他药剂，降低了药剂成本。

3 应用效果

马寨污水站应用复杂产出水微生物活性污泥法水处理技术，“微生物＋低能耗管式膜”处理工艺后，出水水质达到Ⅰ级标准，各项指标详见表4；1 000 m3处理水产生污泥量由0.57 t 减少至0.03 t，降低95%，且产出的污泥为生化污泥；运行成本与原工艺相比，药剂成本减少0.58元/m3，吨水电耗增加0.24元/m3，污泥处理费用减少0.38元/m3，人工成本减少0.65 元/m3，污水处理直接运行成本增加0.22元/m3，综合运行成本降低0.43元/m3。

表4 马寨污水站微生物处理出水水质情况

4 结论

微生物活性污泥法水处理技术是一种将生物处理技术与膜分离技术有机结合的高效污水处理技术，具有降解效率高、污泥产出量少、能耗低、工艺流程简短、自动化程度高、工人劳动强度低等特点。该工艺技术在马寨污水站的成功应用，达到了马寨油田复杂产出水处理的目的，满足了低渗、特低渗油藏精细注水开发需要，降低了污水处理综合运行成本，从根本上消除了环保隐患，为复杂产出水处理找到了一条新的有效途径。