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(shù)在特低滲透油田污水處理中的應(yīng)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(xì)，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(yīng)用微生物+膜過濾組合技術(shù)，水質(zhì)達(dá)到了1級標(biāo)準(zhǔn)，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(xì)、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)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(dá)到了82.7%，日產(chǎn)污水量達(dá)到1500 m3。由于水質(zhì)達(dá)不到回注指標(biāo)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(yīng)用微生物+膜過濾組合技術(shù)水質(zhì)達(dá)到了“5.1.1”標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了有效回注。

1 微生物技術(shù)

通過在微生物反應(yīng)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(jī)物，同時強(qiáng)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(jī)物透過細(xì)菌的細(xì)胞壁被細(xì)菌作為營養(yǎng)物質(zhì)吸收，轉(zhuǎn)化為自身細(xì)胞，固體和膠體等不溶性有機(jī)物先附著在細(xì)菌體外，被細(xì)菌分泌的一種特殊的酶分解成可溶性物質(zhì)，再滲入細(xì)胞體內(nèi)，通過細(xì)菌的生命過程——氧化、還原、合成等將復(fù)雜有機(jī)物降解成簡單無機(jī)物，達(dá)到凈水的目的。

1.1微生物反應(yīng)池

車城油田微生物反應(yīng)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(yīng)池的容積是以水力停留時間（HRT）不低于8 h為依據(jù)進(jìn)行建設(shè)。研究[2]表明：水力停留時間較長時，反應(yīng)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(fēng)機(jī)與布?xì)庀到y(tǒng)

微生物反應(yīng)菌是喜氧菌，需持續(xù)向反應(yīng)池內(nèi)曝氣，以維持微生物新陳代謝的正常進(jìn)行。風(fēng)機(jī)風(fēng)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?xì)忸^，每只布?xì)忸^控制面積0.5～1.0 m2，其安裝數(shù)量取決于氣水比與布?xì)忸^最佳出氣能力。

1.3冷卻塔

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

2 膜過濾技術(shù)

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(shè)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(fù)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(xué)清洗。水洗只能有限地恢復(fù)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(jìn)行化學(xué)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(shù)

3.1工藝流程

將微生物與膜過濾有機(jī)結(jié)合起來形成微生物+膜過濾組合技術(shù)，其工藝流程見圖2。一方面油區(qū)來水經(jīng)沉降后進(jìn)入微生物反應(yīng)池，通過微生物對污水中的有機(jī)物進(jìn)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(jìn)行截留，達(dá)到水質(zhì)指標(biāo)要求，同時能夠?qū)⒎磻?yīng)池內(nèi)的微生物進(jìn)行截留，并通過循環(huán)泵回流至反應(yīng)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(shù)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(xué)助劑，避免了因添加化學(xué)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(xì)菌，膜出水中懸浮物含量、細(xì)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(qiáng)度。

4）微生物產(chǎn)生的污泥量小，并且沒有二次污染。

4 應(yīng)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(dá)到了特低滲透油田注水水質(zhì)指標(biāo)要求，實現(xiàn)了污水有效回注。

表2 應(yīng)用微生物+膜過濾處理流程前后水質(zhì)對比

水質(zhì)達(dá)到1級標(biāo)準(zhǔn)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(jié)論與建議

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

2）該工藝不需添加化學(xué)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(yīng)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(fēng)機(jī)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(fù)合技術(shù)在處理油田污水的研究及現(xiàn)場試驗[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)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(xué)報,2014,8(3): 1087-1090.

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

[4]高學(xué)理,潘振江.油田采出水的超濾處理技術(shù)[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(yīng)用[J].延安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)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(xué)（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(shù)研究所，052360。