硫酸鹽還原菌對(duì)高含鐵采出水的凈化作用
——以江漢油田老二站采出水為例

劉清云 （長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州434023）

唐 芬 （長(zhǎng)江大學(xué)圖書(shū)館，湖北荊州434023）

羅 躍 （長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州434023）

肖 文，夏志剛 （中石化江漢油田分公司江漢采油廠，湖北潛江433124）

硫酸鹽還原菌對(duì)高含鐵采出水的凈化作用
——以江漢油田老二站采出水為例

劉清云 （長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州434023）

唐 芬 （長(zhǎng)江大學(xué)圖書(shū)館，湖北荊州434023）

羅 躍 （長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州434023）

肖 文，夏志剛 （中石化江漢油田分公司江漢采油廠，湖北潛江433124）

細(xì)菌繁殖和Fe2＋暴氧產(chǎn)生沉淀是造成注水水質(zhì)二次惡化的主要原因。針對(duì)江漢油田老二站污水高含鐵、SRB（硫酸鹽還原菌）等細(xì)菌的水質(zhì)特點(diǎn)，在水處理工藝流程前端不添加殺菌劑，使SRB在流程前段繁殖，利用SRB代謝產(chǎn)生的S2－與水體中Fe2＋結(jié)合產(chǎn)生FeS沉淀以除去水體中鐵離子?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，合理調(diào)整殺菌工藝，水處理工藝末端水體含鐵量由原來(lái)的48mg／L降為10mg／L左右、鐵離子去除率由20%上升到83.3%，SRB的除鐵作用明顯。SRB對(duì)油田高含鐵污水具有良好的凈化作用。

高含鐵采出水；水質(zhì)二次惡化；硫酸鹽還原菌；絮凝；污水處理

高含鐵污水化學(xué)穩(wěn)定性差，輕度暴氧即產(chǎn)生大量氫氧化鐵沉淀，造成水體懸浮物超標(biāo)，水質(zhì)二次惡化現(xiàn)象嚴(yán)重。水體細(xì)菌繁殖往往造成系統(tǒng)腐蝕、水體結(jié)垢、懸浮物增加等問(wèn)題，嚴(yán)重污染水質(zhì)［1］。細(xì)菌、鐵離子含量都是注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中嚴(yán)格控制的主要指標(biāo)。雖然許多油田在注水系統(tǒng)沿程采取了諸多隔氧、殺菌等措施，但因注水系統(tǒng)沿程設(shè)施多，隔氧、殺菌困難，不同程度的暴氧、細(xì)菌繁殖防不勝防。以硫酸鹽還原菌（sulfate reducing bacteria，SRB）處理污水，除去水體中金屬、重金屬成分的水處理技術(shù)近年來(lái)發(fā)展很快［2］。利用SRB的代謝活動(dòng)將電鍍廢水中的重金屬離子轉(zhuǎn)化為不溶物而沉淀除去，實(shí)現(xiàn)電鍍廢水的低廉高效處理，可達(dá)到電鍍廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)。利用SRB處理高硫酸鹽廢水，降低廢水中硫酸鹽含量，也是近幾年發(fā)展起來(lái)的有效方法［3］。

針對(duì)油田污水高含鐵、SRB等細(xì)菌的水質(zhì)特點(diǎn)，研究SRB對(duì)高含鐵油田污水的凈化作用，以污治污，是油田污水處理技術(shù)發(fā)展的良好選擇，目前尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。

1 凈化方法

1.1 SRB除鐵原理

油田水中普遍含有SRB、鐵細(xì)菌（iron bacteria，IB）、腐生菌（total growth bacteria，TGB）等細(xì)菌。其中，SRB代謝過(guò)程中利用水體中普遍含有的硫酸根離子產(chǎn)生H2S，S2－與鐵離子結(jié)合產(chǎn)生FeS沉淀，在絮凝沉降時(shí)沉淀，消耗了水體中的Fe2＋；IB將Fe2＋氧化成Fe3＋，生成Fe（OH）3絮凝沉淀而除去。在絮凝沉淀的同時(shí)，因?yàn)榇蟛糠旨?xì)菌被包裹藏身于FeS、Fe（OH）3、懸浮物等沉淀中，水體中原有的Fe2＋和細(xì)菌含量均大大降低。生產(chǎn)實(shí)際中將目前普遍采用的前端殺菌改為末端殺菌，SRB等厭氧細(xì)菌在工藝前段比較缺氧的罐體底部大量繁殖，IB也在罐頂少量繁殖，構(gòu)成水體中微生物凈化體系，增強(qiáng)了水處理工藝對(duì)油田高含鐵水體的除鐵凈化效果。

1.2 老二站水化學(xué)分析

油田采出水中普遍含有硫酸鹽、有機(jī)酸等細(xì)菌生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，江漢油田老二站采出水也不例外。老二站三相分離器來(lái)水和注水泵出水化學(xué)成分分析如表1所示。

表1 2011年7月老二站采出水化學(xué)分析

水質(zhì)分析表明，老二站采出水中含SRB高達(dá)110個(gè)／ml，SRB代謝所必須的濃度也很高，平均在1400mg／L左右，滿足SRB繁殖與代謝需求。采出水中Fe2＋約60mg／L，若讓SRB大量繁殖，構(gòu)成水體中微生物凈化體系，會(huì)增強(qiáng)水處理工藝對(duì)油田高含鐵水體的除鐵凈化效果。

1.3 室內(nèi)研究方法

室內(nèi)試驗(yàn)在嚴(yán)格的隔氧條件下進(jìn)行，選用江漢油田老二站高含鐵污水和無(wú)菌的復(fù)合鹽溶液在不同條件下試驗(yàn)，研究水體中不繁殖（加入殺菌劑）、自然繁殖與強(qiáng)化繁殖（添加營(yíng)養(yǎng)劑）SRB情況下不同繁殖培養(yǎng)時(shí)間的除鐵效果。

試驗(yàn)按照《SY／T5329－1994碎屑巖水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》［4］對(duì)沉淀后污水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 SRB與水體硫化物關(guān)系

調(diào)研表明，江漢油田老二站出口污水含鐵與添加殺菌劑有關(guān)。原先的水處理工藝在前端和末端均添加殺菌劑，末端出水高含鐵，后來(lái)前端停加殺菌劑，發(fā)現(xiàn)末端出水含鐵降低、SRB含量稍高，推斷SRB應(yīng)有一定的除鐵效果。

為驗(yàn)證上述推斷，試驗(yàn)配制復(fù)合鹽溶液為：蒸餾水＋5%NaCl＋0.4%CaCl2＋0.2%MgCl2· 6H2O＋0.6%Na2SO4＋0.06%Na2CO3，注入SRB菌量25個(gè)／ml，分別培養(yǎng)數(shù)天后檢測(cè)其中硫化物和SRB含量，結(jié)果如表2所示。

表2 水體中細(xì)菌與硫化物含量關(guān)系（培養(yǎng)溫度：35℃）

2.2 SRB的除鐵作用

試驗(yàn)表明，細(xì)菌培養(yǎng)過(guò)程中，S2－、SRB含量均快速增加，水體pH值略有降低；但培養(yǎng)72h后增加緩慢，這可能與水體中SO2－4消耗、S2－產(chǎn)物累積抑制SRB生長(zhǎng)代謝有關(guān)。

SRB在繁殖過(guò)程中產(chǎn)生的S2－可與水體中的Fe2＋作用產(chǎn)生FeS沉淀，達(dá)到除鐵效果。試驗(yàn)用采出水為江漢油田老二站三相分離器出水，含F(xiàn)e2＋在54mg／L左右，分別在殺菌、自然、補(bǔ)加營(yíng)養(yǎng)劑3種不同條件下密閉隔氧培養(yǎng)數(shù)天，然后測(cè)試水體上清液含鐵量，結(jié)果如表3所示。

以上結(jié)果說(shuō)明，水體中添加1227殺菌劑（100mg／L）殺滅SRB等細(xì)菌后鐵離子含量下降不夠明顯，而不加殺菌劑時(shí)，在35℃，恒溫培養(yǎng)數(shù)天后，SRB逐漸生長(zhǎng)繁殖，其產(chǎn)生的S2－結(jié)合Fe2＋以FeS沉淀除去，有較強(qiáng)的除鐵效果。水體中添加了利于SRB生長(zhǎng)繁殖的營(yíng)養(yǎng)劑之后，SRB生長(zhǎng)更加旺盛，除鐵作用進(jìn)一步增強(qiáng)。

表3 不同試驗(yàn)條件下水體中鐵離子含量（培養(yǎng)溫度：35℃）

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 老二站前端殺菌與水質(zhì)分析

在研究中通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、取樣分析，對(duì)老二站污水系統(tǒng)中各階段出水進(jìn)行了水體細(xì)菌與水質(zhì)分析。前端添加殺菌劑時(shí)細(xì)菌及水質(zhì)分析結(jié)果如表4所示。

從檢測(cè)結(jié)果看，雖然前端添加有殺菌劑，系統(tǒng)水體中SRB仍然在繁殖，絮凝沉降前水體中細(xì)菌自始至終呈上升趨勢(shì)。各個(gè)罐體的沉降排泥作用一般使細(xì)菌大幅度減少，這是因?yàn)槲鬯到y(tǒng)中SRB菌體主要藏身于底部污泥中，水體中細(xì)菌含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于污泥中細(xì)菌含量［1］。

這種工藝條件下，污水系統(tǒng)的除鐵作用較弱，F(xiàn)e2＋去除率僅為20%。各罐底污泥中發(fā)現(xiàn)大量SRB和少量FeS黑色沉淀。這說(shuō)明即使前端添加有殺菌劑，殺菌效果也較差，不僅沒(méi)有徹底殺滅細(xì)菌，除鐵作用也很弱。

表4 老二站污水系統(tǒng)工藝調(diào)整前各工段細(xì)菌及水質(zhì)分析結(jié)果

3.2 殺菌工藝調(diào)整

污水系統(tǒng)前端殺菌效率低下，與前端水體中懸浮物高有關(guān)，因?yàn)榧?xì)菌藏身于懸浮物污泥中，受污泥包裹，殺菌劑難以接觸細(xì)菌，致使殺菌效率低下。殺菌劑的投加應(yīng)該在絮凝沉降之后，由于絮凝沉降，此時(shí)水體中細(xì)菌含量低，細(xì)菌無(wú)所附著，殺菌效率最高?，F(xiàn)在工藝中殺菌劑加藥位置已調(diào)整到絮凝沉降之后、過(guò)濾器增壓泵前，運(yùn)行良好。

表5 老二站工藝調(diào)整后的水質(zhì)情況

3.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

老二站平均處理水量為200m3／d，所轄注水井10口，配注水量150m3／d，實(shí)際注水量145m3／d。污水處理中液堿、絮凝劑、緩蝕阻垢劑采取連續(xù)投加的方式。殺菌劑在工藝后段采用間歇式投加，依據(jù)來(lái)水流量和細(xì)菌含量確定殺菌劑的投加量，一般用量在100mg／L以上。2011年12月16日后現(xiàn)場(chǎng)工藝調(diào)整實(shí)施后老二站水質(zhì)情況如表5所示。

由表5可以看出，水體中鐵含量明顯下降，水處理工藝末端注水泵入口處含鐵量由原來(lái)的48mg／L降為10mg／L左右，工藝調(diào)整前后污水中鐵離子的去除率由20%上升到83.3%，除鐵作用明顯。水體pH值由7.2降為6.8，降低幅度不算太大。

4 結(jié) 論

1）細(xì)菌繁殖和Fe2＋暴氧產(chǎn)生沉淀是造成注水水質(zhì)二次惡化的主要原因，一直是困擾油田注水的難題。

2）SRB在代謝過(guò)程中消耗硫酸鹽，產(chǎn)生S2－，與采出水中Fe2＋結(jié)合產(chǎn)生FeS沉淀除去水體中的鐵，對(duì)高含鐵油田污水有一定程度的凈化作用。

3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，合理調(diào)整殺菌工藝，水處理工藝末端水體含鐵量由原來(lái)的48mg／L降為10mg／L左右、鐵離子去除率由20%上升到83.3%，SRB的除鐵作用明顯。

4）利用SRB除去造成注水水質(zhì)二次惡化的Fe2＋，在油田污水處理中研究和報(bào)道還比較少見(jiàn)。這種以污治污的方法，進(jìn)一步提高了油田污水處理效率。

［1］張小里，劉海洪，陳開(kāi)勛，等.硫酸鹽還原菌生長(zhǎng)規(guī)律的研究［J］.西北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1999，29（5）：397～398.

［2］馬曉航，賈小明，趙宇華.用SRB處理重金屬?gòu)U水的研究［J］.微生物學(xué)雜志，2003，23（1）：36～40.

［3］繆應(yīng)祺.SRB處理高濃硫酸鹽廢水［J］.中國(guó)給水排水，2003，19（7）：66～67.

［4］SY／T 5329－1994，碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法［S］.

［編輯］ 蕭雨

149 The Purification Effect of Sulfate Reducing Bacteria（SRB）for Produced Water with High Iron Content——By Taking the Produced Water in Laoer Station in Jianghan Oilfield for Example

LIU Qing－yun，TANG Fen，LUO Yue，XIAO Wen，XIA Zhi－gang

（First Authors Address：College of Chemical and Environmental Engineering，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

Bacteria reproduction and sedimentation generated by Fe2＋for aeration were the main reasons for the secondary deterioration of injection water quality.The characteristics of water quality in Laoer Station of Jianghan Oilfield was high content of the iron，SRB and other bacteria.In view of the above characteristics，the measures taken were that fungicides wasnt added in the front of water treatment process，which made SRB reproduce，then S2－produced by SRB metabolism combined with Fe2＋existed in oilfield water produced FeS to remove iron ions in water.The result of field experiments show through reasonable adjustment of sterilization process，SRB has obvious effect of removing iron and good purification for high iron oilfield water that the content of iron in the end of the water treatment process reduces from 48mg／L to 10mg／L，the removal rate of iron increases from 20%to 83.3%.

high－iron produced water；the secondary deterioration of water quality；SRB；flocculation；treatment of waste water

book=13,ebook=13

TE991.2

A

1000－9752（2012）07－0149－04

2012－04－02

劉清云（1964－），男，1986年蘭州大學(xué)畢業(yè)，副教授，現(xiàn)從事油田應(yīng)用化學(xué)研究工作。