黃雪松，王曉穎，張 麗

(中國石化中原油田分公司石油工程技術研究院，河南濮陽 457001)

0 前言

中原油田東濮老區(qū)采出水由采出液分離出的水、洗井水、井下作業(yè)污水、雨水、生活污水組成，成分復雜，具有“四高一低”的特點，即礦化度高，HS含量高，含鐵高，硫酸鹽還原菌(SRB)等細菌含量高，pH值低。其中礦化度值平均在90 000 mg/L，HS含量為16.5 mg/L，pH值約6.0。

東濮老區(qū)12座污水處理站均采用“自然收油+混凝沉降+壓力過濾”三段式水處理工藝?！叭问健惫に嚮谘趸瘎┏F、(pH調(diào)整劑+絮凝劑+助凝劑)凈化+水質(zhì)穩(wěn)定劑防垢，應用的化學藥劑種類多，處理藥劑成本平均0.78元/m，全年藥劑費用高達2 262萬元；大量藥劑的加入導致后續(xù)污泥產(chǎn)生量大，每年產(chǎn)生污泥殘渣超過40 000 t，污泥殘渣經(jīng)濃縮、脫水、消化等處理全部采用回注方式回注地層，注水殘渣處置環(huán)保壓力大。為尋找一條適合中原油田復雜產(chǎn)出水綠色環(huán)保處理的技術，通過靶向微生物馴化，實現(xiàn)特種微生物對采出水選擇性降解，集成管式纖維超濾膜，開展“微生物活性污泥+膜過濾”處理技術研究及現(xiàn)場試驗。

1 采出水水質(zhì)情況

中原油田東濮老區(qū)采出水主要水質(zhì)指標見表1。由表1可知，油田污水高含鹽、高含油、高含硫，成分復雜。

表1 污水站進水水質(zhì)指標

2 微生物菌群的篩選培養(yǎng)

2.1 微生物菌種篩選

首先，通過外源微生物培養(yǎng)和馴化試驗，提取了對高礦化度、高含硫、高含油油田污水具有特效降解作用的以柄纖毛蟲、鐘蟲等為主的特種微生物聯(lián)合菌群。其次，通過特種菌群與污水站水樣進行有效配伍試驗，篩選出對中原油田復雜采出水保持高酶活性的50多株微生物菌株，高酶活性微生物篩選流程見圖1。

圖1 高酶活性微生物篩選流程

然后，將篩選出的微生物菌株復配出15種組合，將復配好的15種組合菌進行功能性試驗。以馬寨聯(lián)合站采出水為水樣，考察15種不同組合的微生物菌群對采出水中油類、懸浮物及HS的適應能力和降解效果，結果如圖2所示。

通過比較15組好氧菌株組合對廢水中典型污染物質(zhì)的適應能力和去除效率，由圖2可知，菌株組合15對采出水含油、懸浮物、HS的去除效果均較好，其中對含油量、懸浮物的去除率在98%以上；同時，經(jīng)微生物好氧生化反應，菌株組合15對污水中硫化物去除率高達97.6%，因此，最終選擇組合15作為現(xiàn)場試驗的基礎菌群。

圖2 不同組合菌群對廢水中污染物質(zhì)去除率

2.2 特種微生物的使用條件

篩選的微生物組合菌群的使用環(huán)境溫度為10～45 ℃(最佳溫度20～40 ℃)；適宜的pH值為6～9；溶解氧范圍為1.5～4.0 mg/L;控制生化池內(nèi)BOD∶N∶P=100∶5∶1。在此生長環(huán)境下，微生物組合菌群生物活性大，易形成優(yōu)勢菌群；對于高含鹽量、高含硫的油田污水，調(diào)試啟動快，一般只需25～35 d。

2.3 微生物培養(yǎng)及投菌運行

在調(diào)試及投運初期，需定期向微生物反應池中投加特種聯(lián)合菌群；培菌階段及正常運行時，需投加面粉、磷酸二氫鉀、尿素等營養(yǎng)劑，嚴格控制BOD∶N∶P=100∶5∶1(COD∶N ∶P=200∶5∶1)，保證活性污泥能夠快速培菌啟動成功及微生物的正常生長。為確認效果，每天檢測生化池的活性污泥濃度，以及池內(nèi)上清液中氮、磷含量，來判斷是否存在營養(yǎng)劑的短缺;控制曝氣量和曝氣時間,要經(jīng)常測定池內(nèi)溶解氧含量,使溶解氧濃度控制在1.5～4.0 mg/L。微生物處理系統(tǒng)的關鍵是給予特種聯(lián)合菌群適當?shù)纳L環(huán)境和停留時間，使其在適宜的條件下不斷地生長和繁殖，同時在競爭中不斷提高自身抗沖擊的能力。

3 “微生物活性污泥+膜過濾”處理工藝流程設計

“微生物活性污泥+膜過濾”處理工藝主要由微生物反應池和管式超濾膜裝置組成。工藝流程如圖3所示。

圖3 微生物活性污泥+膜過濾工藝流程

3.1 微生物反應池

3.2 管式超濾膜裝置

生化曝氣池內(nèi)預處理后上清液經(jīng)循環(huán)泵送入管式超濾膜裝置，膜裝置由3組膜組成，每組14支，單支膜面積52.3 m，膜通量30 L/(m·h)。通過外壓的作用，非對稱性超濾膜對廢液中的大分子物質(zhì)或膠體進行截流以及膜表面的機械篩分，膜出水加入除氧劑后進注水系統(tǒng)。由于超濾具有節(jié)能、分離過程中不發(fā)生相變等特點，被廣泛用于化工、食品、醫(yī)藥、水處理等工業(yè)領域。

圖4 超濾膜組建結構

4 “微生物活性污泥+膜過濾”處理技術現(xiàn)場應用分析

馬寨油田屬于低滲透油藏，平均空氣滲透率0.045 μm，采出水經(jīng)原處理工藝處理后出水水質(zhì)僅達到B1級水質(zhì)指標(見表2)，不能滿足低滲透油藏注水開發(fā)需要的A2級水質(zhì)；同時污泥產(chǎn)生量較大，環(huán)保問題突出。因此，在馬寨污水站開展“微生物活性污泥法+膜過濾”污水處理技術研究及現(xiàn)場試驗，站內(nèi)建設微生物反應池4座，管式超濾模3組，綜合用房1座，配套專用阻垢曝氣系統(tǒng)以及投菌裝置、超濾循環(huán)清洗裝置、除氧裝置、自控系統(tǒng)、供配電等。投運初期，為保證“微生物活性污泥+膜過濾”處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性，初始運行處理量為2 000 m/d；隨著處理系統(tǒng)運行出水水質(zhì)穩(wěn)定，處理量提升到3 000 m/d，考察“微生物活性污泥+管式超濾膜”工藝處理效果。

表2 原處理工藝出水水質(zhì)指標

4.1 水質(zhì)指標保持穩(wěn)定

“微生物活性污泥+超濾膜”處理工藝出水水質(zhì)指標見表3。由表3可知，經(jīng)過微生物活性污泥法預處理和后續(xù)管式超濾膜進一步處理后，中原油田采出水中懸浮固體含量、含油量、懸浮物顆粒粒徑中值、平均腐蝕速率、SRB等各項指標均達到SY/T5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標及分析方法》A2級回注標準：注入層平均空氣滲透率區(qū)間為(0.01，0.05]，單位為μm；HS和總Fe含量分別從16.5 mg/L降至0.39 mg/L，5.72 mg/L降至0.4 mg/L；平均腐蝕速率控制在0.076 mm/a以內(nèi)。

表3 “微生物+膜”處理出水水質(zhì)指標

圖5 微生物分解有機酸、芳香烴原理

2S+O+2HO→2S↓+4OH

污水中的Fe通過曝氣氧化成具有絮凝作用的Fe。Fe改變了活性污泥絮體的大小和結構，使其易于沉降。另一方面，鐵是微生物代謝過程中必不可少的微量元素，F(xiàn)e的加入可以改變活性污泥分層胞外聚合物的分級組分，從而可以改善活性污泥自身的絮凝性能并促使活性污泥絮體更加容易沉降，使污水得以凈化。微生物活性污泥法在實現(xiàn)廢水中難降解有機物去除的同時，達到脫硫除鐵目的；后續(xù)的超濾膜裝置可有效截留污水中的細菌、膠體、SS、大分子有機物等物質(zhì)，使出水水質(zhì)達到回注油藏的標準要求。

4.2 污泥產(chǎn)出量和水處理成本降低

通過對污泥排放量進行分析，“微生物活性污泥+超濾膜”工藝每處理1 000 m污水產(chǎn)生干污泥0.03 t，與原處理工藝產(chǎn)生干泥量0.58 t相比，減少干污泥量0.55 t，降幅為94.8%。

原工藝使用藥劑為氧化劑、pH調(diào)整劑、絮凝劑、助凝劑、水質(zhì)穩(wěn)定劑，處理藥劑成本平均0.78元/m。“微生物活性污泥+超濾膜”處理工藝中，為維持生化系統(tǒng)的正常運行，通過檢測生化池中活性污泥的濃度以及上清液中氮、磷含量，按照BOD∶N∶P=100∶5∶1計算面粉、磷酸二氫鉀、尿素等營養(yǎng)劑的投加量；同時根據(jù)膜出水含氧情況投加除氧劑后進入注水系統(tǒng)。經(jīng)統(tǒng)計“微生物活性污泥+超濾膜”處理工藝使用營養(yǎng)劑、除氧劑等藥劑的綜合費用平均為0.48元/m，與原工藝相比藥劑費用下降0.30元/m。現(xiàn)工藝與原工藝相比增加循環(huán)水泵、反洗水泵和風機等設備，電費增加0.58元/m；由于污泥量大幅下降，污泥處理成本比原處理工藝下降0.7元/m。由于現(xiàn)工藝流程簡短、自動化程度高，用工由13人減少到6人，人工費減少1.27元/m。綜上，“微生物活性污泥+超濾膜”工藝綜合處理成本比原處理工藝降低0.31元/m。

5 結語

針對中原油田東濮老區(qū)采出水成分復雜、難處理的現(xiàn)狀，為解決現(xiàn)有水處理工藝藥劑用量、污泥殘渣產(chǎn)生量大、處理成本高等難題。采用微生物活性污泥法，同時集成超濾膜工藝，應用了“微生物活性污泥+超濾膜”污水處理技術。通過微生物活性污泥法在去除有機物等難處理物質(zhì)的同時實現(xiàn)脫硫除鐵目的。該復合工藝降低了污水處理藥劑成本及注水殘渣的產(chǎn)生量，提高了污水站出站水質(zhì)，實現(xiàn)水處理的低成本和高效率，達到降本增效、綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展的目的。