馬榮

大慶油田第五采油廠(chǎng)

在油田三次采油技術(shù)中，聚合物驅(qū)油技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。聚合物驅(qū)油是在水中加入聚丙烯酰胺等不同分子聚合物來(lái)增加配聚體系的黏度和黏彈性[1]，改善流度比，提高驅(qū)油體系的波及面積，進(jìn)而提高原油采出率[2]。油田采出水通常采用“沉降+過(guò)濾”工藝去除原油和懸浮物，再經(jīng)殺菌處理后，重新作為地層采油回注水使用。

近年來(lái)，由于大慶油田大范圍應(yīng)用聚合物驅(qū)油技術(shù)，采出污水的含聚濃度上升，導(dǎo)致污水的黏度增大、COD值升高、乳化油與溶解油含量高、細(xì)菌存活能力及抗藥性增強(qiáng)，造成污水沉降及過(guò)濾工藝處理效率下降，處理后的水質(zhì)難以達(dá)到回注污水指標(biāo)要求。

1 含聚污水殺菌降黏處理現(xiàn)狀

由于大慶油田聚驅(qū)采出污水中聚丙烯酰胺濃度的增加，導(dǎo)致含聚污水的黏度增大、細(xì)菌存活數(shù)量增加。聚丙烯酰胺具有極強(qiáng)的生物抗性，難以被生物降解[3]，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中主要采用化學(xué)藥劑破乳，同時(shí)輔以超聲波技術(shù)降黏[4]。但投加化學(xué)藥劑不僅成本高，而且進(jìn)一步增加了采出水的離子濃度和鹽度，影響回注水的質(zhì)量；此外，物理降黏技術(shù)[5]在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中對(duì)含聚污水降黏處理效果不理想。

大慶油田含聚污水殺菌技術(shù)主要采用化學(xué)殺菌劑滅活細(xì)菌，同時(shí)聯(lián)合應(yīng)用紫外線(xiàn)及LEMUP 物理殺菌技術(shù)[6]。含聚污水長(zhǎng)期投加化學(xué)殺菌劑后，細(xì)菌的抗藥性增強(qiáng)，存活能力隨之增強(qiáng)[7]，造成化學(xué)殺菌劑投加量及投資成本大幅增長(zhǎng)，噸水處理費(fèi)用上升。含聚污水中含油、各類(lèi)雜質(zhì)及細(xì)菌較多會(huì)造成污水濁度增大，導(dǎo)致紫外線(xiàn)的穿透能力下降，物理殺菌作用的效果也隨之變差。

2 電子束輻照殺菌降黏技術(shù)原理

電子束輻照技術(shù)是通過(guò)電子加速器產(chǎn)生的電子束對(duì)污染物進(jìn)行處理的技術(shù)，是一種獨(dú)特的高級(jí)氧化-還原技術(shù)，其作用原理包括高能電子束直接輻射作用、電子束激發(fā)水分子產(chǎn)生·OH、eaq-、·H等活性粒子的氧化-還原作用[8]。

2.1 電子束輻照降黏技術(shù)原理

電子束輻照激發(fā)水分子產(chǎn)生的·OH 自由基和高能射線(xiàn)首先進(jìn)攻含聚污水中聚丙烯酰胺分子內(nèi)氫鍵以及聚丙烯酰胺分子與水之間的分子間氫鍵，破壞聚丙烯酰胺的空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使其黏度急劇減小[9]。在·OH自由基的氧化作用下，聚丙烯酰胺分子進(jìn)一步被降解，聚合度降低，酰胺基被破壞，部分聚丙烯酰胺分子被直接氧化礦化為二氧化碳和水，含聚污水黏度被進(jìn)一步降低。

2.2 電子束輻照殺菌技術(shù)原理

含聚污水水分子受到高能射線(xiàn)輻射后產(chǎn)生的·OH 自由基等活性基團(tuán)通過(guò)氧化作用破壞微生物的DNA、RNA 及細(xì)胞組織。此外，電子束輻照產(chǎn)生的高能射線(xiàn)可通過(guò)康普頓效應(yīng)直接作用于DNA、RNA 等生物大分子，引起生物大分子的電離和激發(fā)，使分子鏈斷裂、堿基脫落或氫鍵斷裂、細(xì)胞內(nèi)膜受損、酶功能紊亂等，致使微生物細(xì)胞死亡。

3 電子束輻照殺菌降黏實(shí)驗(yàn)

為了明確電子束輻照技術(shù)對(duì)含聚污水降低黏度及滅活污水中硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細(xì)菌的作用效果，實(shí)驗(yàn)采用電子加速器對(duì)含聚污水進(jìn)行輻照，考察污水黏度及細(xì)菌變化情況（圖1）。

圖1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the indoor experiment

3.1 電子束輻照對(duì)含聚污水黏度的作用效果

實(shí)驗(yàn)水樣選取大慶油田兩座含聚污水站原水，兩種污水含聚濃度分別為438 mg/L（污水A）、254 mg/L（污水B）。通過(guò)調(diào)節(jié)電子束的束流強(qiáng)度，將電子束輻照吸收劑量分別控制為0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 kGy，對(duì)大慶油田兩種含聚污水進(jìn)行電子束輻照后，檢測(cè)其黏度變化情況。檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 含聚污水黏度檢測(cè)數(shù)據(jù)Tab.1 Viscosity test data of polymer-containing sewage

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電子束輻照對(duì)含聚污水的降黏作用明顯，污水降黏速度很快。輻照吸收劑量為0.5 kGy時(shí)，含聚污水A和含聚污水B的黏度下降幅度分別達(dá)到42.1%和40.3%；增加輻照吸收劑量達(dá)到1.0 kGy 時(shí)，含聚污水A 和含聚污水B 的黏度下降幅度分別達(dá)到53.6%和57.9%，污水B 的黏度下降到1.1～1.2 mPa·s；繼續(xù)增加輻照吸收劑量達(dá)到2.0 kGy 時(shí)，污水A 和污水B 的黏度均可降為1.1～1.2 mPa·s，接近相同溫度下水的黏度。

3.2 電子束輻照對(duì)含聚污水細(xì)菌的作用效果

3.2.1 電子束輻照滅活細(xì)菌作用效果

將電子束輻照吸收劑量分別控制為1.0、2.5、5.0、10.0 kGy，對(duì)含聚污水A 和含聚污水B 進(jìn)行電子束輻照后檢測(cè)硫酸鹽還原菌、腐生菌、鐵細(xì)菌數(shù)量。檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2、表3。

表2 污水A細(xì)菌檢測(cè)數(shù)據(jù)Tab.2 Bacterial test data of Sewage A

表3 污水B細(xì)菌檢測(cè)數(shù)據(jù)Tab.3 Bacterial test data of Sewage B

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電子束輻照對(duì)含聚污水的殺菌效果十分明顯。當(dāng)輻照吸收劑量為1.0 kGy 時(shí)，含聚污水A和含聚污水B中的硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細(xì)菌降至0～60 mL-1，去除率均在99%以上，低于油田含聚污水回注細(xì)菌指標(biāo)（100 mL-1）[10]；當(dāng)輻照吸收劑量增加到2.5 kGy 時(shí)，硫酸鹽還原菌等3種細(xì)菌數(shù)量均降為0，均未檢出。

3.2.2 電子束輻照滅活細(xì)菌持續(xù)作用效果

將電子束輻照吸收劑量分別控制為1.0、2.5、5.0和10.0 kGy，對(duì)含聚污水A進(jìn)行輻照，輻照后水樣置于室溫（30 ℃～32 ℃）8 h、24 h后，檢測(cè)含聚污水中腐生菌、鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌數(shù)量，考察電子束輻照對(duì)含聚污水中細(xì)菌滅活后其能否二次復(fù)活及繁殖。檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 含聚污水細(xì)菌檢測(cè)數(shù)據(jù)Tab.4 Bacterial test data of polymer-containing sewage

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，放置8 h～24 h 后，含聚污水中檢測(cè)出的腐生菌、鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌的數(shù)量無(wú)變化，電子束輻照吸收劑量為2.5、5.0 和10.0 kGy的完全滅活的水樣，在8 h、24 h 后檢出的細(xì)菌數(shù)量仍為0，表明電子束輻照殺菌較徹底，細(xì)菌滅活后未產(chǎn)生復(fù)活及繁殖現(xiàn)象。

4 效益分析

采用電子束輻照處理含聚污水，吸收劑量為1.0 kGy 時(shí)，含聚污水的細(xì)菌即可達(dá)到聚驅(qū)回注污水細(xì)菌指標(biāo)，黏度接近1.0 mPa·s，噸水耗電約為1.0 kWh，噸水處理費(fèi)用為0.637元。含聚污水采用電子束輻照預(yù)處理后，再進(jìn)行物理殺菌和投加殺菌劑，可同時(shí)降低殺菌劑等化學(xué)藥劑投加量，與大慶油田某含聚污水站現(xiàn)處理工藝對(duì)比，噸水處理成本降低31.5%。

5 結(jié)論

（1）電子束輻照技術(shù)可高效滅活油田含聚污水中硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細(xì)菌。輻照吸收劑量1.0 kGy時(shí)，含聚污水中3種細(xì)菌可達(dá)到污水回注指標(biāo)（100 mL-1）的要求；輻照吸收劑量2.5 kGy 時(shí)，3種細(xì)菌去除率達(dá)100%。

（2）電子束輻照技術(shù)可有效降低含聚污水黏度。輻照吸收劑量為1.0 kGy 時(shí)，含聚污水的黏度可大幅下降，輻照吸收劑量達(dá)到2.0 kGy 時(shí)，含聚污水黏度可降到1.1～1.2 mPa·s，接近相同溫度下水的黏度。

（3）電子束輻照技術(shù)處理含聚污水可降低處理成本。電子束輻照技術(shù)預(yù)處理含聚污水與目前殺菌和降黏處理方式對(duì)比，噸水處理成本降低31.5%。