淺談攪拌槳在污水過濾罐反沖洗流程中的作用

1、微生物法處理三元復(fù)合驅(qū)采出水試驗(yàn)研究張廣福（大慶油田第四采油廠第二油礦）摘要：三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)作為三次采油提高采收率技術(shù)，已進(jìn)入工業(yè)化推廣階段。由于三元復(fù)合驅(qū)采出水中含有大量的聚丙烯酰胺（PAM）、表面活性劑和堿，使采出水的黏度變大，污水中油珠粒徑變小，污水乳化嚴(yán)重,采用常規(guī)處理工藝很難使三元復(fù)合驅(qū)采出水得到有效處理并達(dá)到回注水水質(zhì)控制指標(biāo)要求。為此在杏十聯(lián)三元復(fù)合驅(qū)采出水站，采用處理規(guī)模為5m3/h試驗(yàn)裝置，進(jìn)行實(shí)際三元復(fù)合驅(qū)采出水微生物生化處理現(xiàn)場試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，微生物生化處理技術(shù)除油效果顯著，試驗(yàn)裝置生化段和過濾段的出水含油量分別小于50mg/L和20mg/L，達(dá)到與常規(guī)三元污水處理

2、工藝的出水含油指標(biāo)（含油20mg/L）要求，提高了三元復(fù)合驅(qū)采出水的處理效果。關(guān)鍵詞: 三元復(fù)合驅(qū)采出水 微生物生化處理,高級(jí)氧化處理 處理水質(zhì)為保證原油穩(wěn)產(chǎn)，杏北油田先后進(jìn)行了多個(gè)區(qū)塊的三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化開發(fā)，隨著三元復(fù)合驅(qū)開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，深度水（深度水指標(biāo)含油5mg/L、懸浮物5mg/L、粒徑中值2um）需求不斷增加，而杏北油田目前的三元復(fù)合驅(qū)采出水處理工藝，無法直接將三元復(fù)合驅(qū)采出水處理為深度水水質(zhì)進(jìn)行回注。另一方面，普通注水（普通注水指標(biāo)含油20mg/L、懸浮物20mg/L、粒徑中值5um）需求量逐年遞減，三元復(fù)合驅(qū)采出水處理后存在過剩問題1，油田當(dāng)前普遍采用的處理工藝出現(xiàn)了設(shè)備處理

3、能力降低、沉降時(shí)間過長、出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)困難等現(xiàn)象。而目前油田三元處理工藝主要有“曝氣沉降+高效油水分離+兩級(jí)過濾”工藝和“曝氣沉降+氣浮沉降+兩級(jí)過濾”工藝。無論采用何種處理工藝，在三元復(fù)合驅(qū)采出水見劑高峰期，由于三元復(fù)合驅(qū)采出水中含有大量的聚丙烯酰胺（PAM）、表面活性劑和堿，使污水的黏度變大，污水中油珠粒徑變小，污水乳化嚴(yán)重。尤其是在堿性環(huán)境條件下，采出水中含有大量粒徑低于1m無定形硅膠體，其處理難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聚合物驅(qū)采出水。而且常規(guī)的水處理藥劑很難適應(yīng)三元復(fù)合驅(qū)采出水pH高達(dá)9.5以上的堿性環(huán)境，所以采用常規(guī)處理工藝很難使三元復(fù)合驅(qū)采出水得到有效處理。因此，尋找一種經(jīng)濟(jì)的方法，將三元復(fù)合驅(qū)采

4、出水高效、快捷地處理為深度污水，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1 三元復(fù)合驅(qū)采出水處理現(xiàn)狀以杏北油田杏十聯(lián)三元復(fù)合驅(qū)采出水站為例，該污水站采用“曝氣沉降+高效油水分離+兩級(jí)過濾”工藝，沉降時(shí)間8h2。為了提升三元復(fù)合驅(qū)采出水處理效果，該站將三元復(fù)合驅(qū)采出水與水驅(qū)污水混合處理，圖1為純?nèi)獜?fù)合驅(qū)采出水含劑情況與混合后污水含劑情況對(duì)比曲線。圖1 三元采出水、混摻污水含劑情況對(duì)比曲線從圖1可以看出，混摻后，污水含劑濃度有所降低，但仍保持在較高的水平。在見劑高峰期，三元復(fù)合驅(qū)采出水站處理混摻污水，水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)，濾后水含油最高時(shí)達(dá)到了198mg/L（指標(biāo)要求20mg/L），濾后水懸浮物最高時(shí)達(dá)到了82mg/L（指

5、標(biāo)要求20mg/L），可見目前的處理工藝很難適應(yīng)高三元驅(qū)油劑含量的采出水處理，得到滿意的處理效果，曲線圖2所示。圖2 三元復(fù)合驅(qū)采出水站水質(zhì)變化情況對(duì)比曲線2 微生物法處理三元復(fù)合驅(qū)采出水原理簡單理解，生物處理就是利用微生物分解氧化有機(jī)物的這一功能，并采取一定的人工措施創(chuàng)造有利于微生物的生長、繁殖的環(huán)境，使微生物大量增殖，以提高其分解氧化有機(jī)物效率的一種污水處理方法3，作用原理主要有以下幾點(diǎn)：2.1活性破乳高效破乳微生物能夠通過自身的生長代謝活動(dòng)產(chǎn)生高效生物破乳劑，此類破乳劑能夠有效取代乳化油表層的表活劑，從而降低乳化油的界面強(qiáng)度；破乳劑攜帶的正電荷能夠中和乳化油表面的負(fù)電荷，降低乳化油油滴間

6、的電荷斥力。這些作用均可有效降低乳化油的穩(wěn)定性，有利于乳化油珠聚集合并為大油滴。此外，微生物菌體自身的架橋作用也強(qiáng)化了乳化油的聚并效果4。乳化油聚并為大油滴后，易于水相分離，從而可回收污水中的大部分原油，降低油含量。2.2生物降解微生物的降解作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，高效原油降解菌能夠通過一系列生長代謝活動(dòng)，將污水中的殘余原油分解為無污染的CO2和H2O與水相分離，進(jìn)一步降低污水中的含油量；另一方面，包括原油降解菌在內(nèi)的微生物均可分解、利用污水中的有機(jī)懸浮物作為生長繁殖的營養(yǎng)物質(zhì)，從而可以降低污水中的懸浮物含量。2.3表面吸附微生物菌體體積微小，具有巨大的比表面積和表面能量，能夠高效吸附

7、污水中的細(xì)小顆粒物質(zhì)。三元復(fù)合驅(qū)采出水中的小粒徑懸浮物尤其是無定形硅膠體被微生物吸附后，會(huì)形成尺寸較大的絮狀體。此類絮狀體由于尺寸較大(直徑1-5mm)，具有良好的過濾性能。在適宜的條件下，微生物通過分解有機(jī)物作為營養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)自身繁殖，凈化水質(zhì)，對(duì)環(huán)境沒有二次污染。3微生物菌種的優(yōu)選3.1菌種選擇（1）水質(zhì)檢測。為了使篩選的菌種更有針對(duì)性，對(duì)杏十聯(lián)來水進(jìn)行了水質(zhì)檢測，結(jié)果見1。表1 杏十聯(lián)污水原水水質(zhì)檢測結(jié)果檢測項(xiàng)目聚合物濃度表活劑濃度含油量懸浮物PHCL-CO32-HCO3-含量（mg/L）491.325.4200-10000200-70010.01102719872051檢測項(xiàng)目HPO3-C

8、a2+Mg2+SO42-Na+礦化度CODcr（化學(xué)需氧量）BOD5（生化需氧量）含量（mg/L）0.3527.55.923.6291980402178352微生物細(xì)胞組織的化學(xué)分子式如C60H87N12O23P,對(duì)于各種微生物來說，去具體需求的碳氮比是不同的，但是對(duì)微生物群體而言有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。污水處理中常用BOD與COD的比值評(píng)價(jià)污水的可生化性，BOD/COD大于0.15，即認(rèn)為污水具有可生化性，可以采用生物法處理。根據(jù)對(duì)污水原水水質(zhì)分析結(jié)果BOD/COD=0.16，其中BOD=352，COD=21785。污水原水適合微生物生長，具有實(shí)施生化處理的可行性。根據(jù)水質(zhì)檢測結(jié)果，污水原水含聚達(dá)到了

9、491.3mg/L、PH值為10.01，屬于高含聚、強(qiáng)堿性污水（PH=8為弱堿環(huán)境），因此試驗(yàn)所選微生物應(yīng)適合高含聚污水，且能夠適應(yīng)強(qiáng)堿環(huán)境（污水PH=10.01）。（2）菌種選擇。本次試驗(yàn)所使用的菌種主要屬 “格蘭氏陰性桿菌”。能夠適應(yīng)高礦化度含油污水，礦化度在120000mg/L以內(nèi)有極強(qiáng)的生命力。對(duì)油田污水指標(biāo)可直接適用范圍如下：含油及其它有機(jī)污染物（乳化油及溶解性污油）<1000mg/L；懸浮物（含有機(jī)）<350mg/L；含聚濃度 <1200mg/L；粘度<20mPa.s；硫化物<200mg/L；COD<10000mg/L；表活劑150mg/L；PH

10、 6-11；生存溫度<45；工作溫度20-40最佳，符合試驗(yàn)要求。4 微生物法處理試驗(yàn)裝置現(xiàn)場試驗(yàn)4.1 試驗(yàn)裝置處理工藝本試驗(yàn)污水原水來自杏十聯(lián)游離水崗放水出口，該試驗(yàn)主要工藝為“緩沖微氣浮分散油去除裝置+生物凈化系統(tǒng)+一體化高級(jí)氧化處理裝置+石英砂過濾裝置” 6，如圖3所示。圖3微生物法處理試驗(yàn)裝置工藝流程示意圖來水進(jìn)入緩沖微氣浮分散油祛除裝置，回收來水中大量分散態(tài)污油，并均衡來水的水質(zhì)水量；分散油祛除裝置出水自流至生物凈化系統(tǒng)，依靠系統(tǒng)中專性菌劑對(duì)有機(jī)物的高效分解作用以及系統(tǒng)內(nèi)生物載體的吸附過濾特性，分解去除水中的油及有機(jī)懸浮物，并使水中懸浮物形態(tài)由微小狀態(tài)轉(zhuǎn)化為大塊的脫落菌膜；出

11、水自流入生化出水池之后由泵提升進(jìn)入等離子體氧化裝置進(jìn)行氧化降粘處理；高級(jí)氧化出水自流進(jìn)入中間水池，之后經(jīng)增壓泵，增壓至濾罐進(jìn)行過濾，去除水中殘留的油及懸浮物，一級(jí)過濾出水達(dá)到“10、10、3”指標(biāo)。4.2 單體試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)參數(shù)氣浮單元工藝設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。在生物凈化系統(tǒng)試驗(yàn)中，生物凈化裝置采用撬裝式接觸氧化池結(jié)構(gòu)，添加BSEM高效生物菌種，在含有特種酶制劑的懸掛式生物載體上生成對(duì)苯類、酚類物質(zhì)及雜環(huán)芳烴類有機(jī)物具有特效降解作用的聯(lián)合生物菌群，生物菌群通過新城代謝作用分解水中的油類等有機(jī)污染物，并以脫落菌膜形式懸于浮污水中，出水含油可達(dá)到30mg/L以下，生化設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。一體化高級(jí)氧化處理裝置

12、，氣體發(fā)生器在高頻、高壓作用下通過強(qiáng)電離放電而產(chǎn)生非平衡等離子活性氣體，活性氣體在裝置反應(yīng)塔內(nèi)對(duì)污水中高穩(wěn)定的高分子有機(jī)物、油及有毒物質(zhì)等進(jìn)行開環(huán)、斷鏈、降解，使水體粘度大大降低，氧化單元工藝設(shè)計(jì)參數(shù)見表4。表2 氣浮單元工藝設(shè)計(jì)參數(shù)處理量（m3/h）有效停留時(shí)間（h）進(jìn)水含油（mg/L）出水含油（mg/L）進(jìn)水懸浮物（mg/L）出水懸浮物（mg/L）22.53000300300250表3 生化單元工藝設(shè)計(jì)參數(shù)處理量（m3/h）有效停留時(shí)間（h）進(jìn)水含油（mg/L）出水含油（mg/L）進(jìn)水懸浮物（mg/L）出水懸浮物（mg/L）501430025300250表4 氧化單元工藝設(shè)計(jì)參數(shù)處理量（m

13、3/h）進(jìn)水含油（mg/L）出水含油（mg/L）進(jìn)水懸浮物（mg/L）出水懸浮物（mg/L）5025155020石英砂過濾裝置，過濾水中殘留的油及懸浮物，保證出水達(dá)標(biāo)，過濾單元工藝設(shè)計(jì)參數(shù)見表5。表5 過濾單元工藝設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行流速（m/h）反洗強(qiáng)度（L/s.）反洗周期進(jìn)水項(xiàng)目指標(biāo)出水項(xiàng)目指標(biāo)進(jìn)水含油（mg/l）進(jìn)水懸浮物（mg/l）出水含油（mg/l）出水懸浮物（mg/l）出水粒徑中值（m）814-1612天1520101034.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析（1）菌群培養(yǎng)期及調(diào)試期首先向生化單元中生化反應(yīng)池內(nèi)注入一罐原水，曝氣24小時(shí)以增加原水中的含氧量，隨后投加微生物菌種，投菌后繼續(xù)曝氣一周時(shí)間，增大菌體

14、附著在掛件填料上的幾率，經(jīng)過一周后，開始以5日為單位進(jìn)行流量遞增調(diào)試，最初為0.5m3/h，最終為2m3/h。由于在這個(gè)階段內(nèi)只把握菌群生長情況，不考慮水質(zhì)因素，因此不進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，微生物掛膜運(yùn)行條件控制參數(shù)見表6。表6 微生物掛膜運(yùn)行條件控制參數(shù)項(xiàng)目水溫PH氣水比含油量接種量流量控制參數(shù)25-406-114:1掛膜階段池內(nèi)含油不低于30mg/L微生物種液為生化池體積的以5日為一個(gè)單位由最初的0.5m3/h逐漸調(diào)制2m3/h通過對(duì)水溫、溶氧，以及掛件上菌膜的顏色和密度就能夠判斷出菌體的適應(yīng)情況和生長速度。隨著菌群培養(yǎng)期的結(jié)束，生化反應(yīng)池已能夠正常運(yùn)行。這時(shí)進(jìn)入設(shè)備調(diào)試期，在這個(gè)階段內(nèi)主要的試驗(yàn)

15、內(nèi)容是調(diào)整上下游的設(shè)備工藝性能，使之能夠配合生化裝置達(dá)到最理想的處理效果和處理量。最理想的檢測上游設(shè)備對(duì)生化裝置影響的方式，是進(jìn)行生化裝置內(nèi)不同位置含油量的對(duì)比，每一級(jí)生化池出水的含油量都應(yīng)該是逐級(jí)遞減的，當(dāng)出現(xiàn)兩極之間含油量相差無幾或倒置時(shí)說明來水含油量過飽和，已經(jīng)超出生化裝置的負(fù)載能力，這時(shí)需要及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，以配合生化裝置的水質(zhì)要求，調(diào)試期間水質(zhì)跟蹤檢測數(shù)據(jù)如表7。表7 水質(zhì)跟蹤檢測（水中含油：mg/L）取樣口日期原水氣浮出水生化一級(jí)生化二級(jí)生化三級(jí)生化四級(jí)高級(jí)氧化出水7.8203.2110.445.634.412.816.47.67.12235.286.524.821.213.21

16、4.87.27.25385.697.235.531.326.417.54.8從檢測數(shù)據(jù)來看，生物凈化單元已能夠適應(yīng)相應(yīng)的負(fù)荷，就處理效果而言已經(jīng)達(dá)到預(yù)計(jì)水質(zhì)要求，設(shè)備調(diào)試完成。（2）運(yùn)行初期階段。杏十聯(lián)三元復(fù)合驅(qū)采出水站微生物深度處理試驗(yàn)于7月26日正式投運(yùn)，運(yùn)行初期采用“緩沖微氣浮分散油去除裝置+生物凈化系統(tǒng)+一體化高級(jí)氧化處理裝置+石英砂過濾裝置”處理工藝，處理量44-48m3/d。各單體設(shè)備進(jìn)出水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表8，各單體設(shè)備進(jìn)出水三元驅(qū)油劑含量變化見表9.表8 運(yùn)行初期水質(zhì)跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)取樣口時(shí)間含油（mg/L）懸浮物（mg/L）粒徑中值（um）備注7.262090.867.5來水170

17、6.757.5氣浮出水26.354.3生化出水14.536.2高級(jí)氧化出水8.214.85.1過濾出水8.22581.6124.2來水907.1117.1氣浮出水35.589.7生化出水12.871.1高級(jí)氧化出水5.217.82.3過濾出水8.71761.9176來水854.6152氣浮出水42.486生化出水16.269高級(jí)氧化出水5.2173.8過濾出水8.122810.2142來水987.4110氣浮出水64.948生化出水31.442高級(jí)氧化出水11.9134.6過濾出水表9 運(yùn)行初期水質(zhì)含劑情況跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)間聚合物濃度（mg/L）粘度（mPa.s）表活劑含量（mg/L）備注7.2

18、641110.153.8來水3884.639.8生化出水3564.928.5高級(jí)氧化出水8.245217.533.4來水45314.326.7生化出水4654.823.3高級(jí)氧化出水8.727537.133來水31415.529生化出水3123.224高級(jí)氧化出水8.1233541.227來水33418.925生化出水4032.923高級(jí)氧化出水從表8可以看出：該階段來水含油在1761-2810mg/L之間，含油較高。懸浮物含量67.5-176mg/L，來水水質(zhì)比較穩(wěn)定。本階段出水含油量在5.2-11.9mg/L之間,可以達(dá)標(biāo)（含油100mg/L、懸浮物10mg/L）。懸浮物含量在13-17.

19、8mg/L，不能滿足要求(含油10mg/L、懸浮物10mg/L）。從表9可以看出：該階段來水聚合物濃度275-452mg/L之間，高級(jí)氧化出水含聚在312-465mg/L之間，降聚效果不明顯，來水粘度在10.1-41.2mPa.s之間，高級(jí)氧化出水粘度在2.9-4.9mPa.s之間，降粘效果明顯。來水表活劑含量在27-53.8mg/L之間，高級(jí)氧化出水表活劑含量在27-53.8mg/L之間，（3）水質(zhì)變化階段。對(duì)水質(zhì)變化情況進(jìn)行描述，通過水質(zhì)跟蹤數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)見表10，分析各節(jié)點(diǎn)對(duì)水質(zhì)變化的適應(yīng)性表10 來水變化階段水質(zhì)情況跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)間含油（mg/L）懸浮物（mg/L）粒徑中值（um）備注

20、8.144596.1152氣浮出水209.498生化出水176.344高級(jí)氧化出水21.2263.7過濾出水8.161241.6414來水402.5462氣浮出水91.9295生化出水97.5202高級(jí)氧化出水18.9751.5過濾出水8.231638.2332來水361.8396氣浮出水11.4138生化出水5.576高級(jí)氧化出水4.4184.2過濾出水8.261867.7264來水273.7176氣浮出水6.5122生化出水3.245高級(jí)氧化出水1.4112.7過濾出水（4）穩(wěn)定運(yùn)行階段。通過水質(zhì)跟蹤數(shù)據(jù)（表11），說明目前運(yùn)行狀況以及裝置的運(yùn)行效果。表11 穩(wěn)定運(yùn)行階段過濾出水情況跟蹤監(jiān)

21、測數(shù)據(jù)時(shí)間含油（mg/L）懸浮物（mg/L）粒徑中值（um）8.291.2163.88.301.7112.69.20122.69.62.742.69.92.1302.69.103.2402.64 結(jié)論及認(rèn)識(shí)（1）通過現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果可以看出采用微生物法的處理工藝處理混摻三元復(fù)合驅(qū)采出水, 微生物處理技術(shù)除油效果顯著，可提高處理后的出水水質(zhì), 試驗(yàn)裝置生化段和過濾段的出水含油量分別小于50mg/L和20mg/L的指標(biāo)要求。并達(dá)到碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法（SY/T53291994）的回注水水質(zhì)控制指標(biāo)要求，為杏北油田三元復(fù)合驅(qū)采出水處理提供了新的思路。 （2）除懸浮物效果差異較大。在前期試

22、驗(yàn)中出水懸浮物含量階段性接近20mg/L的指標(biāo)，但在化學(xué)劑升高后，生化段和過濾段出水懸浮物含量遠(yuǎn)超50mg/L和20mg/L的指標(biāo)，分析認(rèn)為是生化段跑菌嚴(yán)重和過濾段工藝不完善所致。（3）生化反應(yīng)池若工業(yè)化推廣，需定期進(jìn)行清淤，停產(chǎn)難度較大。池內(nèi)曝氣頭采用橡膠塑料材質(zhì)，橡膠易被污水腐蝕造成曝氣頭失靈，更換難度較大。作者簡介：張廣福，工程師，2000年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院地質(zhì)勘探專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，從事采油工作zhangguangfu，大慶第四采油廠第二油礦，163511。 參考文獻(xiàn)1吳迪, 孫福祥, 孟祥春, 等.大慶油田三元復(fù)合驅(qū)采出液的油水分離特性J . 精細(xì)化工，2

23、001，18( 3 ): 159- 161, 169.2沈萍，陳向東.微生物學(xué)M.北京：高等教育出版社，2006： 112- 154.3沈萍.工業(yè)廢水氣浮處理工藝設(shè)計(jì)M.北京：高等教育出版社，2006：95- 101.4王文海.加壓溶氣氣浮設(shè)備理論溶氣量的計(jì)算J.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002（5）: 55- 63.5劉俊新，李圭白濾池氣水反沖洗時(shí)排水濁度變化的數(shù)學(xué)模式J哈爾濱建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1989，22(4)：60676張強(qiáng).微生物污水處理工藝現(xiàn)場試驗(yàn)J.油氣田地面工程，2012，31（2）：7-8.Microbiological method ternary complex expe

24、rimental study of water floodingAbstract: ASP flooding technology as EOR enhanced oil recovery technology, has entered the stage of industrialization promotion. Due to the ASP produced water contains a large number of polyacrylamide (PAM), a surfactant and alkali, so that sewage viscosity become larger, smaller size of oil in sewage water beads, emulsification sewage serious. Conventional treatment process is difficult to ASP flooding produced w