含聚污水生化處理技術(shù)在大罐中的應(yīng)用
1.概觀
隨著三次采油規(guī)模的增大，采出污水與聚合物母液混合后回注地層已成為污水資源化的主要方式。目前薩北油田普遍采用常規(guī)深度污水處理工藝，即一級自然沉淀→二級混凝沉淀→一般污水站過濾→深層污水站一級過濾→深層污水站二級過濾的五級過濾工藝。該工藝流程復(fù)雜，占地面積大，只能處理含油、懸浮物等物理污染物，對污水中更復(fù)雜的化學(xué)、生物污染物的處理效果有限，導(dǎo)致深度處理污水與聚合物母液混合過程中粘度損失大。大量實踐經(jīng)驗表明，高含聚含油污水處理難的關(guān)鍵在于原油的高乳化性導(dǎo)致油水分離困難。然而，環(huán)境中的一些微生物具有產(chǎn)生生物破乳劑和降解原油的能力，這使得它們在油田采出液處理中具有很好的應(yīng)用價值。因此，決定探索開發(fā)能夠高效低能耗實現(xiàn)油污水處理的新技術(shù)和新方法，并進(jìn)行現(xiàn)場試驗，積累微生物處理工藝的一線數(shù)據(jù)。
2.技術(shù)原理
采油廢水中含有大量的原油有機(jī)污染物，其中大部分是分散但不溶解的，也有部分是溶解的。對于未溶解的污染物，減少其在水相中的分散以將其從水相中分離出來的過程稱為破乳。通過破乳可以回收污水中的部分原油，具有一定的經(jīng)濟(jì)價值。破乳的關(guān)鍵在于改變污染物與水相的界面張力，使分散的污染物顆粒相互團(tuán)聚，形成更大的顆粒。
發(fā)現(xiàn)某些微生物的細(xì)胞表面與乳化油珠有很好的親和力，使油珠可以浸潤在細(xì)胞表面。當(dāng)多個乳化油珠滲入同一微生物的細(xì)胞表面并相互接觸時，乳化油珠傾向于聚結(jié)。其他微生物會代謝產(chǎn)生一些表面活性物質(zhì)，這些表面活性物質(zhì)可以強(qiáng)烈地吸附在油水界面上，取代原有的界面保護(hù)層，從而降低整個界面的強(qiáng)度，從而引起不穩(wěn)定和聚結(jié)。這兩類微生物都具有對乳化原油破乳的功效，并具有適用于油污水處理的功效。
3.裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)及深度處理工藝設(shè)計
在大慶油田北三-2深度污水處理站建設(shè)一座生物處理技術(shù)biology污水處理站，開展含聚污水深度處理實驗研究，實驗設(shè)計規(guī)模為5000m3/d，本次實驗設(shè)計的主要工藝流程為:溶解氣凈化→溶解氣生物凈化→生物強(qiáng)化處理→固液分離。該工藝主要包括上述溶氣凈化裝置、溶氣生物凈化裝置、生物強(qiáng)化處理裝置、固液水凈化裝置、溶氣加壓供氣系統(tǒng)、生物供氧系統(tǒng)及配套的集油排泥設(shè)備，并新建一條外輸管道。
4.深度處理運(yùn)行效果評價
4.1原油的去除
含油量是石油采收率的關(guān)鍵控制指標(biāo)污水處理，其去除效果是評價生物強(qiáng)化工藝有效性的決定性因素，即微生物菌種。在試驗階段，對各單元出水的原油含量進(jìn)行了監(jiān)測和記錄，對試驗運(yùn)行結(jié)果的分析表明，生物強(qiáng)化處理工藝的除油效果穩(wěn)定。詳情見表1。
4.2去除懸浮固體
在測試階段，跟蹤并記錄每個單元的流出物中的懸浮固體含量。對比試驗運(yùn)行結(jié)果可以看出，溶氣凈化裝置、溶氣生物凈化裝置、生物強(qiáng)化處理裝置和固液水凈化裝置出水中懸浮物的去除率基本穩(wěn)定，其中生物強(qiáng)化裝置出水中懸浮物含量略高于試驗中期。分析表明，這是由于微生物已經(jīng)生長成熟并開始脫落細(xì)菌，但這可以通過后續(xù)的固液凈水裝置去除，從而確保系統(tǒng)出水中的懸浮固體含量保持在低水平。詳情見表2。
4.3其他水質(zhì)理化指標(biāo)特征
除含油量和懸浮物含量外，COD、有機(jī)酸、硫化物、硫酸鹽等諸多水質(zhì)因素也是考察整個處理工藝現(xiàn)場適應(yīng)性的重要影響因素。
4.3.1化學(xué)需氧量的變化
化學(xué)需氧量(COD)COD是反應(yīng)水體中還原性物質(zhì)含量的綜合指標(biāo)。一般來說，COD的降低表明水體整體質(zhì)量的改善。結(jié)果進(jìn)一步表明，生物處理可以大大降低污水中的COD含量，改善水質(zhì)環(huán)境。
4.3.2有機(jī)酸含量的變化
同樣，實驗中跟蹤監(jiān)測了污水中有機(jī)酸含量的變化。從試驗結(jié)果可以看出，污水中有機(jī)酸的含量明顯下降，這說明隨著微生物的逐漸繁殖和生長，污水中的大部分有機(jī)酸都有利于被去除。
4.3.3硫酸鹽還原菌及硫化物和硫酸鹽含量的變化
硫酸鹽還原菌是油田污水中常見的有害細(xì)菌。其代謝產(chǎn)生的硫化物會對油田設(shè)施造成嚴(yán)重腐蝕，是污水處理系統(tǒng)中的主要控制指標(biāo)之一。實驗中跟蹤監(jiān)測了系統(tǒng)運(yùn)行過程中硫酸鹽還原菌、硫化物和硫酸鹽的變化。試驗結(jié)果表明，硫酸鹽還原菌因生物競爭而減少，可以降低后續(xù)工藝工段硫化物再生的可能性和數(shù)量，從而有效降低硫化物對設(shè)備的腐蝕程度。
4.3.4腐蝕速率變化
試驗階段從10月15日開始，分別在進(jìn)水、溶解氣體生物凈化裝置出水、生物強(qiáng)化處理裝置出水、固液分離裝置出水放置A3鋼掛片，評價各單元出水的平均腐蝕速率，11月15日取出掛片，測試腐蝕速率。試驗結(jié)果表明，生物處理工藝可以顯著降低污水的腐蝕速率。
聚合物濃度的變化
運(yùn)行過程中監(jiān)測了污水中聚合物含量的變化，測試結(jié)果表明運(yùn)行系統(tǒng)各單元對污水中的聚合物基本沒有明顯的去除效果。
4.3.6氨氮的變化
同樣，在試運(yùn)行過程中，跟蹤監(jiān)測了污水中氨氮含量的變化。試驗表明，運(yùn)行系統(tǒng)中的微生物菌群可以通過代謝有效去除污水中的氨氮。
4.4聚合物相容性測試
以二級過濾裝置出水作為稀釋水，將5000mg/L聚合物母液稀釋成常用的1000mg/L、1200mg/L和1500mg/L聚合物溶液，以常規(guī)深度處理廢水作為對照組。每一天測量每組樣品的粘度值。結(jié)果表明，該深度處理工藝處理的污水與聚合物具有良好的相容性，與常規(guī)深度處理污水相比，聚合物溶液的粘度普遍提高了5%以上。詳見圖1。
5.結(jié)論
將生化處理工藝與油田常用的池體結(jié)構(gòu)裝置相結(jié)合，設(shè)計并改進(jìn)了大型池體生化污水處理裝置的結(jié)構(gòu)。試驗運(yùn)行結(jié)果充分表明，采用“溶解氣體生物凈化裝置+生物強(qiáng)化處理裝置+固液分離”的處理工藝處理含聚污水是可行的。同時，基于生物強(qiáng)化的處理工藝可以大幅降低產(chǎn)出污水中COD、氨氮、硫化物等污染物的含量，同時降低污水中總硫含量，有效降低硫化物再生的可能性，處理后的水與聚合物具有良好的配伍效果，符合聚合物驅(qū)稀釋水質(zhì)的要求。
6.下一步研究方向
實驗初期，由于冬季開始，為了保證微生物生長繁殖所需的水溫，綜合考慮水質(zhì)，采用了“溶解氣體生物凈化裝置+生物強(qiáng)化處理裝置+固液分離”的運(yùn)行工藝。目前采用“一級氣浮+生物強(qiáng)化處理裝置+固液分離”的運(yùn)行工藝。從6-9月的運(yùn)行效果來看，水質(zhì)可以達(dá)到“雙5”標(biāo)準(zhǔn)。接下來，站內(nèi)濾池改造完成后，將采用“一級氣浮+生物強(qiáng)化處理裝置+固液分離+一級過濾”的運(yùn)行工藝，并跟蹤運(yùn)行效果。(資料來源:大慶油田第三采油廠)
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