油田污水微生物處理技術(shù)研究進(jìn)展

張 馳，蔡緒森

（長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢 430100）

微生物處理污水是先培養(yǎng)專項(xiàng)菌群，菌群通過(guò)水合、繁殖、分解以及競(jìng)爭(zhēng)形成優(yōu)勢(shì)菌群，再利用優(yōu)勢(shì)菌群的作用對(duì)污水中的有機(jī)物（烴類、脂類等）進(jìn)行生物降解，把有機(jī)物轉(zhuǎn)化為新的生物細(xì)胞及簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，最終達(dá)到去除有機(jī)物的目的。在石油行業(yè)中，處理油田污水也可以采用微生物處理的方法。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多油田都開(kāi)始采用微生物方法來(lái)處理油田污水，給油田帶來(lái)了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 油田污水微生物處理的優(yōu)勢(shì)

在油田污水處理工藝中，石油類及懸浮物一般采用隔油-混凝-過(guò)濾的方法處理，但是采用該方法會(huì)導(dǎo)致采出水的部分指標(biāo)難以達(dá)標(biāo)，尤其是稠油污水、聚合物采出水、高含鹽采出水的CODcr 會(huì)嚴(yán)重偏高，達(dá)標(biāo)率僅為50 %左右[1]。在國(guó)內(nèi)其他行業(yè)大都采用生化處理法解決COD 值過(guò)高的問(wèn)題，石油行業(yè)也可以借鑒這一方法。采用微生物方法處理污水，這樣可以將原油較徹底的分離、分解，不僅成本低、操作簡(jiǎn)便、降解效果好，還能夠有效的減少化學(xué)處理方式造成的污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境[2]。以上這些優(yōu)勢(shì)也導(dǎo)致微生物方法成為現(xiàn)階段油田污水處理技術(shù)的主流。

2 油田污水微生物處理的應(yīng)用

微生物處理污水按照微生物代謝類型的不同可以分為好養(yǎng)處理方法和厭氧處理方法。目前，污水好氧處理工藝主要包括活性污泥法、氧化塘法、生物膜法、AB處理法等方法。厭氧處理工藝主要包括厭氧接觸法、厭氧生物轉(zhuǎn)盤、升流式厭氧污泥床（UASB）等方法[3]（見(jiàn)圖1）。這些微生物處理污水的方法很多都被廣泛運(yùn)用到油田污水的處理中，取得了很好的效果。

圖1 現(xiàn)階段微生物處理油田污水的主要方法及分類

2.1 活性污泥法

活性污泥法是將篩選出的具有特定降解功能的細(xì)菌菌液，按照一定的比率投入到生化池中，使混合液內(nèi)特定的細(xì)菌處于最佳活性狀態(tài)，這樣不僅補(bǔ)充了曝氣池內(nèi)所缺少的細(xì)菌，在流入污水水質(zhì)不變的條件下，微生物氧化作用顯著。而且，在污水水質(zhì)改變、環(huán)境變異的情況下，微生物仍能保持活性，提高曝氣池耐沖擊負(fù)荷能力，提高處理效果，近幾年來(lái)該方法同固定化微生物技術(shù)把篩選出的優(yōu)勢(shì)菌種固定在載體上，不僅可提高濃度，還可增加停留時(shí)間，達(dá)到高效處理的目的。G.T.Tellers 等利用活性污泥法處理采油污水，研究表明停留時(shí)間為20 天時(shí)，能去除采油污水中98 %～99 %的碳?xì)浠衔铩倮吞锊捎没钚晕勰嗵幚矸ㄌ幚肀桨窂U水，當(dāng)污泥溶解氧為4～5 mg/L，pH 為6.5～7.0，沉降比為13 %～20 %，苯胺的濃度不大于131.9 mg/L 時(shí)，活性污泥對(duì)苯胺廢水有良好的處理效果，停留24 h 后降解率可達(dá)99.5 %[4]。

2.2 氧化塘法

氧化塘法是指利用水塘中的微生物和藻類等水生植物對(duì)污水和有機(jī)廢水進(jìn)行需氧生物處理的方法。在該方法作用的過(guò)程中，水塘中的微生物分解污水中的有機(jī)物產(chǎn)生了二氧化碳、碳酸鹽、銨鹽等供藻類等水生植物生長(zhǎng)，藻類等水生植物通過(guò)光合作用產(chǎn)生的氧氣又反過(guò)來(lái)供微生物生長(zhǎng)，不僅如此其作用過(guò)程中的藻類蛋白還可以給水塘中魚(yú)、鳥(niǎo)等生物提供營(yíng)養(yǎng)。該方法不僅可以對(duì)污水中的污染物進(jìn)行有效地處理還能使作用過(guò)程中生成的物質(zhì)得到充分的應(yīng)用，取得不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。氧化塘法在油田污水的處理中取得了很好的效果，大港油田通過(guò)氧化塘處理技術(shù)對(duì)采油廢水進(jìn)行處理效果顯著，COD、石油類、SS 去除率2000 年到2004 年分別由43 %、51 %、14 %提高到77 %、98 %、26 %[5]。勝利油田運(yùn)用該方法處理樁西采油廢水，硫化物、揮發(fā)酚都得到很好的處理，石油類含量由10.60 mg/L 下降到3.20 mg/L，COD 值由166.7 下降為127.9。

2.3 生物膜法

生物膜法是通過(guò)生物膜來(lái)吸附、降解有機(jī)物，從而達(dá)到凈化污水的作用。生物膜主要由微生物細(xì)胞和它們所產(chǎn)生的胞外多聚物組成，微生物生長(zhǎng)在載體的表面且分布不均勻，不連續(xù)[6]。生物膜法與活性污泥法相比具有一些優(yōu)勢(shì)，比如無(wú)需污泥回流，運(yùn)行管理容易，無(wú)污泥膨脹問(wèn)題，易于微生物生存，運(yùn)行穩(wěn)定等[7]。許謙等人采用序批式生物膜（SBBR）法處理油田廢水取得了很好的效果，在SBBR 裝置進(jìn)水COD 容積負(fù)荷為0.5 kg/（m3·d）及進(jìn)水COD 為500 mg/L 左右的條件下，經(jīng)過(guò)近兩個(gè)月的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，COD 平均去除率超過(guò)80 %，出水中COD 低于100 mg/L，符合GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，經(jīng)過(guò)處理的污水可以直接排放[8]。

2.4 “AB”處理法

污水處理中所謂的“AB”法工藝，簡(jiǎn)言之就是分作A 和B“兩階段曝氣”處理工藝，每個(gè)階段都有相互隔離的和獨(dú)立的曝氣過(guò)程和泥水分離過(guò)程，對(duì)于活性污泥的回流，也是相互隔離的，A 段沉淀池所產(chǎn)生的活性污泥回流到A 段曝氣池，B 段沉淀池所分離出來(lái)的活性污泥回流到B 段曝氣池內(nèi)[9]。該方法在油田污水處理中也得到了很好的運(yùn)用。中原油田石化總廠污水處理站采用“AB”處理法處理采油廢水，處理后的外排水石油類、氨氮等指標(biāo)都達(dá)到回用水要求，但Cl-、COD 超標(biāo)[10]。“AB”法在處理污水時(shí)面臨著A 段產(chǎn)生臭氣污染環(huán)境、脫氮難度大、污泥產(chǎn)率高等問(wèn)題。隨著各種石油污水處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，“AB”法已經(jīng)很少運(yùn)用于采油污水的處理中。

2.5 厭氧接觸法

厭氧接觸法是參照了好氧活性污泥法的工藝流程，在一個(gè)厭氧的完全混合反應(yīng)器后增加了污泥分離和回流裝置，從而使污泥停留時(shí)間大于水力停留時(shí)間，有效地增加了反應(yīng)器中的污泥濃度。在處理油田產(chǎn)油污水過(guò)程中，厭氧接觸法也發(fā)揮了重要的作用。冀東油田將厭氧接觸法與其他技術(shù)相結(jié)合，采用氣浮-厭氧-接觸氧化工藝處理油田聯(lián)合站剩余污水取得了很好的效果，工藝中的厭氧段是利用了水解過(guò)程，大大降低了污染負(fù)荷，將大分子難分解有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物，提高了出水的可生化性[11]。

2.6 厭氧生物轉(zhuǎn)盤

厭氧生物轉(zhuǎn)盤技術(shù)主要用于處理高濃度的有機(jī)廢水和污泥。裝置主要由盤片、密封的反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動(dòng)裝置組成，為收集沼氣和防止液面上的空間有氧存在，于上部加蓋密封?？勘P片表面生物膜和懸浮在反應(yīng)槽中的厭氧活性污泥共同完成污水處理。盤片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作用在生物膜上的剪刀將老化的生物膜剝下，在水中呈懸浮狀態(tài)，隨水流出槽外，沼氣從槽頂排出。黃長(zhǎng)盾、張志仁等人通過(guò)厭氧生物轉(zhuǎn)盤處理高濃度有機(jī)廢水的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在中溫條件下，COD 容積負(fù)荷為5.44～11.6 kg/（m3·d），COD 去除率為70.6 %～74.7 %，總磷去除率為35 %～48.5 %，廢水中的有機(jī)氮基本上轉(zhuǎn)化為HN3-N，每去除1 kg COD 產(chǎn)生沼氣0.41～0.65 m3[12]。采用厭氧生物轉(zhuǎn)盤技術(shù)處理污水操作簡(jiǎn)便、處理過(guò)程穩(wěn)定性強(qiáng)，但是由于盤片成本較高，所以在各油田的應(yīng)用比較有限。

2.7 升流式厭氧污泥床（UASB）

升流式厭氧污泥床（UASB）是能夠?qū)⑽鬯械奈廴疚镛D(zhuǎn)化成再生清潔能源（沼氣）的一項(xiàng)技術(shù)，設(shè)備主要由污泥反應(yīng)區(qū)、氣液固三相分離器（包括沉淀區(qū)）和氣室三部分組成。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與底部污泥層中污泥進(jìn)行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機(jī)物、把它轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣帶動(dòng)污泥和水進(jìn)入三相分離器，排出沼氣后，固液混合液在三相分離器的沉淀區(qū)將污泥沉降，與污泥分離的水則被排出。該技術(shù)對(duì)不同含固量的污水適應(yīng)性很強(qiáng)，并且結(jié)構(gòu)、運(yùn)行操作維護(hù)管理比較簡(jiǎn)單，價(jià)格較低，技術(shù)比較成熟，得到了廣泛的應(yīng)用[13]。中國(guó)石油大學(xué)的劉春爽等人采用升流式厭氧污泥床（UASB）處理高鹽度稠油采出水發(fā)現(xiàn)：在m（COD）：m（TN）：m（TP）為1 200：10：1（其中COD 為化學(xué)需氧量，TN 為總氮，TP 為總磷），含鹽量為1.50 %、進(jìn)水COD 負(fù)荷為0.80 kg/（m3·d）的條件下，COD 去除率能夠達(dá)到70 %，原油平均去除率達(dá)到70 %[14]。

3 油田污水微生物處理的發(fā)展前景

微生物污水處理技術(shù)在國(guó)內(nèi)各個(gè)油田都得到了廣泛的運(yùn)用，并且取得了很好的應(yīng)用效果。微生物污水處理技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)油田采出水處理的重要組成部分，但是該技術(shù)還是存在很多局限性，新型菌種的培養(yǎng)、生物膜成本等一直是人們致力解決的問(wèn)題，因此在采用微生物處理油田污水時(shí)必須聯(lián)合其他先進(jìn)的技術(shù)才能提高污水水質(zhì)的達(dá)標(biāo)率[15]。目前，國(guó)外油田采出水的處理技術(shù)已經(jīng)從單純的物理化學(xué)方法或者生物技術(shù)逐漸發(fā)展為物理化學(xué)方法與生物技術(shù)相結(jié)合的綜合技術(shù)[16]，通過(guò)各種技術(shù)相互間的分工合作最終取得很好的效果，這也將成為我國(guó)微生物法處理油田污水今后的一個(gè)重要的發(fā)展方向。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）微生物法處理污水技術(shù)相對(duì)于其他的污水處理方法具有成本低、方法簡(jiǎn)便、有效降低污水COD 值、有效降低化學(xué)污染等優(yōu)點(diǎn)。

（2）活性污泥法、氧化塘法、生物膜法等微生物處理方法被廣泛運(yùn)用到國(guó)內(nèi)各油田污水處理中去取得了很好的效果，因此，發(fā)展微生物法也成為今后我國(guó)油田污水處理的趨勢(shì)。

（3）微生物法處理 油田污水也存在一些不足之處，為了更好地有效提高污水水質(zhì)的達(dá)標(biāo)率，可以借鑒國(guó)外油田采用物理化學(xué)方法與微生物技術(shù)相結(jié)合的新思路，這也將成為今后我國(guó)油田污水處理的重點(diǎn)研究方向。

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