微生物+膜過濾組合技術在特低滲透油田污水處理中的應用

郭棟 王桂林 雷創(chuàng) 宋御冕 蔡超 宋晨 黃海麗（中國石油華北油田分公司第五采油廠）

微生物+膜過濾組合技術在特低滲透油田污水處理中的應用

郭棟 王桂林 雷創(chuàng) 宋御冕 蔡超 宋晨 黃海麗（中國石油華北油田分公司第五采油廠）

低滲透和特低滲透油田由于孔隙小、喉道細，對注入水質(zhì)要求非常高，常規(guī)污水處理工藝很難滿足其注入水質(zhì)要求。通過在車城油田應用微生物+膜過濾組合技術，水質(zhì)達到了1級標準，實現(xiàn)了污水有效回注，年節(jié)約清水資源54.75×104m3，節(jié)約電量350×104kWh。

特低滲透油田污水處理膜過濾微生物

車城油田作為典型的特低滲透油田，具有孔隙小、喉道細、孔隙結構復雜、對注入水質(zhì)要求高等特征，常規(guī)污水處理工藝不能滿足注入水質(zhì)要求。隨著開發(fā)的不斷深入，車城油田的綜合含水率達到了82.7%，日產(chǎn)污水量達到1500 m3。由于水質(zhì)達不到回注指標要求，只能注清水維持地層能量，保障開發(fā)效果，污水回注至無效層位，造成了能量的巨大浪費。為節(jié)約清水資源、減少無效注水費用，通過應用微生物+膜過濾組合技術水質(zhì)達到了“5.1.1”標準，實現(xiàn)了有效回注。

1 微生物技術

通過在微生物反應池中添加針對車城油田產(chǎn)出污水特性（表1）研發(fā)的專性菌，降解原油中的烴類、芳香烴和脂類有機物，同時強化對烴類、蠟類以及酚、萘、胺、苯、煤油等的生物降解[1]。在適宜的生長環(huán)境條件下，水中的溶解性有機物透過細菌的細胞壁被細菌作為營養(yǎng)物質(zhì)吸收，轉(zhuǎn)化為自身細胞，固體和膠體等不溶性有機物先附著在細菌體外，被細菌分泌的一種特殊的酶分解成可溶性物質(zhì)，再滲入細胞體內(nèi)，通過細菌的生命過程——氧化、還原、合成等將復雜有機物降解成簡單無機物，達到凈水的目的。

1.1微生物反應池

車城油田微生物反應池為活性污泥處理法，共6座單池，分兩組并列，3池串聯(lián)運行，總?cè)莘e1320 m3。反應池的容積是以水力停留時間（HRT）不低于8 h為依據(jù)進行建設。研究[2]表明：水力停留時間較長時，反應池內(nèi)營養(yǎng)水平下降，微生物為了維持自身生長，就會以溶解性微生物產(chǎn)物（SMP）為營養(yǎng)來源，不僅提高了微生物處理效果，而且還降低了SMP對后期過濾膜的污染程度。

1.2風機與布氣系統(tǒng)

微生物反應菌是喜氧菌，需持續(xù)向反應池內(nèi)曝氣，以維持微生物新陳代謝的正常進行。風機風量的大小與臺數(shù)的選擇是以每立方米污水中的微生物耗氣量18～22 m3為計算依據(jù)。池底均勻安裝布氣頭，每只布氣頭控制面積0.5～1.0 m2，其安裝數(shù)量取決于氣水比與布氣頭最佳出氣能力。

1.3冷卻塔

為了維持反應池內(nèi)微生物的最佳活性（圖1），需通過冷卻塔將進水溫度（42℃）降至25～35℃。

2 膜過濾技術

超濾膜通常為不對稱的多孔膜，表面孔徑多為20～50 nm，截留分子質(zhì)量范圍較寬[3]。車城油田膜處理裝置設置4組，每組由5只膜原件串聯(lián)運行。膜處理裝置采用錯流過濾，每組配備1臺循環(huán)水泵，其作用是為膜處理裝置提供運行所需的高流速以便形成紊流，確保良好的膜通量和較低的膜污染并補充膜處理裝置過濾造成的壓力損失。

表1 車城油田產(chǎn)出污水特性

膜清洗是清除膜污染、恢復膜通量、確保膜正常運行的常規(guī)方法，主要包括水洗和化學清洗。水洗只能有限地恢復膜通量，長期運行條件下，膜表面及膜孔內(nèi)難以去除的污染物累積到一定程度必須進行化學清洗，主要包括酸洗、堿洗和表面活性劑清洗等[4]。

圖1 菌種生長溫度特性

3 微生物+膜過濾組合技術

3.1工藝流程

將微生物與膜過濾有機結合起來形成微生物+膜過濾組合技術，其工藝流程見圖2。一方面油區(qū)來水經(jīng)沉降后進入微生物反應池，通過微生物對污水中的有機物進行降解，減少對膜的污染；另一方面膜可以將懸浮物、SRB、TGB、FB等進行截留，達到水質(zhì)指標要求，同時能夠?qū)⒎磻貎?nèi)的微生物進行截留，并通過循環(huán)泵回流至反應池，提高微生物的利用率。

圖2 車城油田污水處理工藝流程

3.2技術特點

1）污水處理的整個過程中，不需要添加絮凝劑、混凝劑、殺菌劑等其他輔助化學助劑，避免了因添加化學助劑引起的二次污染堵塞地層，降低地層吸水能力[5]。

2）微生物改變了污泥特性，可以去除鈣、鎂等離子對膜的污染，同時采用的超濾膜孔徑小，能夠大量截留懸浮物及細菌，膜出水中懸浮物含量、細菌含量幾乎為零。

3）微生物+膜過濾工藝自動化程度高，減輕了勞動強度。

4）微生物產(chǎn)生的污泥量小，并且沒有二次污染。

4 應用效果

車城油田微生物+膜過濾組合工藝自2014年6月投產(chǎn)后，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，出水水質(zhì)穩(wěn)定（表2），達到了特低滲透油田注水水質(zhì)指標要求，實現(xiàn)了污水有效回注。

表2 應用微生物+膜過濾處理流程前后水質(zhì)對比

水質(zhì)達到1級標準后，日產(chǎn)1500 m3污水全部有效回注，年可節(jié)約清水資源54.75×104m3，節(jié)約電量350×104kWh。

5 結論與建議

1）微生物+膜過濾組合污水處理技術達到了車城油田注入水質(zhì)指標要求，實現(xiàn)了污水有效回注。

2）該工藝不需添加化學助劑，運行成本低，自動化程度高，產(chǎn)生污泥量少且不存在二次污染。

3）微生物反應菌為喜氧菌，生產(chǎn)現(xiàn)場停電2 h以上必須啟動臨時供電確保風機正常運轉(zhuǎn)，以保障微生物所需溶氧量。

[1]吳至良,程漢東.微生物與膜過濾復合技術在處理油田污水的研究及現(xiàn)場試驗[J].東華理工大學學報(自然科學版),2008,31(4):365-368.

[2]仵海燕,李開明,陳中穎.水力停留時間對MBR中溶解性微生物產(chǎn)物生成的影響[J].環(huán)境工程學報,2014,8(3): 1087-1090.

[3]時均,袁權,高從階.膜技術手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2001:366.

[4]高學理,潘振江.油田采出水的超濾處理技術[J].工業(yè)水處理,2011,31(3):15-19.

[5]周亞琴.微生物與膜處理工藝在姚店油田水處理中的應用[J].延安大學學報(自然科學版),2009,28(3):86-89.

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.012.010

2014-08-14）

郭棟，2010年畢業(yè)于中國石油大學（北京）（石油工程專業(yè)），從事注水管理工作，E-mail：cy5_guod@petrochina.com. cn，地址：河北省石家莊辛集市華北油田公司第五采油廠工程技術研究所，052360。