CN102730904A

CN102730904A - 一种高含聚采油污水的生物处理方法

Info

Publication number: CN102730904A
Application number: CN2012101450675A
Authority: CN
Inventors: 许平; 盖忠辉; 蒋立民; 陶飞
Original assignee: Heilongjiang Jinasen Bioengineering Co Ltd; Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Heilongjiang Jinasen Bioengineering Co Ltd; Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明公开了一种高含聚采油污水的生物处理方法，所述方法使污水流经溶气气浮单元、生化处理单元、石英砂过滤单元，所述生化处理单元包含生化池和具有破乳与降解原油能力的好氧微生物菌群，并利用微生物菌群对采油污水中的聚合物进行降解，所述方法投资运行成本低，原油回收效率高，维护简单，处理时间短，出水稳定，可处理高含聚浓度为800-1500mg/L的污水，适于大规模应用。

Description

一种高含聚采油污水的生物处理方法

技术领域

本发明涉及一种高含聚采油污水的处理方法，具体涉及一种利用微生物进行降解的处理方法。

背景技术

目前，油田已开始大面积的聚合物驱采油技术，由于聚合物驱采出水中含有大量的聚合物，化学成分复杂、粘度变大，处理难度比水驱采出水要大得多。油田处理含聚污水采用的处理工艺主要是采取“两级沉降→一级过滤”的aqw常规处理工艺。第一阶段沉降主要为自然沉降和混凝沉降；第二阶段为过滤段，主要处理工艺设备是石英砂过滤罐或石英砂磁铁矿双层过滤罐等，是将沉降分离段不能截留的微粒杂质、乳化油等分离出来。

由于采用了高浓度聚合物驱的开采方式，采出水含聚合物浓度达到800-1500mg/L，造成了采出水粘度的进一步上升，根据斯托克斯理论，当水体粘度上升时，沉降时间变长，油水分离效率降低。另外，聚合物的存在使得水体中油珠变小，聚并能力下降，聚合物在水中呈近胶体状态，增加了油珠和悬浮物的稳定性。传统的沉降过滤工艺难以满足需要，致使部分油田注水水质中油、悬浮物和细菌等超标，直接影响油田的开发效果。目前，尚无成型的处理工艺可以高效的处理高含聚采出水，急需开发高含聚污水处理工艺。

微生物修复技术具有成本低、操作简便、无二次污染、治理彻底等优势，受到广泛的重视。目前，国内外已经分离筛选出大量的石油降解菌株，开发出一些微生物处理含聚污水的新工艺，改善了现有工艺的一些不足，但由于技术的局限性，能进行实际工业化应用的却不多。

中国专利201010131017.2，一种油田含聚污水的高效生物处理方法，采用含聚污水经过气浮处理后，进行厌氧生物强化处理，水力停留时间为24-36小时，进一步再采用好氧工艺强化处理10-14小时，进入过滤装置处理5-8小时，在进行5-6小时二沉处理。该工艺气浮效果不理想，停留时间长，投资大。

中国专利201010508722.X，油田含聚污水处理方法，介绍了一个高效降解原油的微生物菌群，处理出水效果稳定，但是该工艺所使用的聚合物浓度在500mg/L左右，对于高浓度的聚合物（800-1500mg/L）含油污水的处理效果未知。

发明内容

本发明的目的是克服上述已有技术的不足，提供一种高含聚采油污水的生物处理方法，所述方法利用微生物菌群对采油污水中的聚合物进行降解，本发明所述的高含聚采油污水的处理方法流程为“溶气气浮单元→生化处理单元→石英砂过滤单元”的三段法处理工艺（图1）。油站的污水沉降罐来水首先进入溶气气浮单元，去除大部分油和悬浮物，然后依靠水位重力差自流进入生化处理单元，在生化处理单元进行破乳和分解后进一步去除水体中乳化油、溶解油和悬浮物，出水通过提升泵进入石英砂过滤单元，出水经过滤后达到聚驱高渗透水质指标，净化后出水进入外输及反洗水罐。所述方法投资运行成本低，原油回收效率高，维护简单，处理时间短，出水稳定，可处理高含聚浓度为800-1500mg/L的污水，达到利于大规模应用的目的。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高含聚采油污水的生物处理方法，包括以下步骤：

使采油污水依次流经溶气气浮单元、生化处理单元、石英砂过滤单元进行处理；

所述溶气气浮单元为传统常规装置，优选其运行特征为水力停留3小时，回流比20%，可回收原油75%左右；

所述石英砂过滤单元为常规过滤装置，优选其运行特征为水力停留6-8m/h，反洗周期为24小时。

上述两单元均为传统工艺，与原有的污水处理工艺能够很好的衔接，可节省改造费用有利于大规模应用。

所述的生化处理单元为本发明方法的核心部分，所述生化处理单元包含具有破乳和降解原油能力的好氧微生物菌群，所述的微生物菌群包括假单胞菌J1（Pseudomonas sp.J1），保藏单位为中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2011473，保藏日期为2011年12月17日；Bacillus sp.DQ5，保藏单位为中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCCNO：M2010078，保藏日期为2010年4月15日；Enterobacter sp.DQ11，保藏单位为中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2010084，保藏日期为2010年4月15日和Bacillus sp.DQ85，保藏单位为中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2010083，保藏日期为2010年4月15日中的至少一种。这些菌种均来源于从原油污染水样含聚污水，通过培养、富集、筛选获得能够耐受高浓度聚合物的高效石油降解菌和破乳剂生产菌株，进一步经过配伍和优选构建而成。

所述微生物菌群采用无机盐培养基，所述无机盐培养基的配方是：每1000ml去离子水中含有K₂HPO₄·3H₂O 5.2g，KH₂PO₄ 3.7g，Na₂SO₄ 1.0g，MgSO₄·7H₂O 0.2g，NH₄Cl 2.0g，和微量金属盐溶液1ml；其中，所述微量金属盐溶液配方为1000ml去离子水中含有FeCl₂·4H₂O 0.3g，CoCl₂·6H₂O 0.038g，MnCl₂·4H₂O 0.02g，ZnCl₂0.014g，H₃BO₃ 0.0124g，Na₂MoO₄·2H₂O 0.04g，和CuCl₂·2H₂O 0.0034g。所述微生物菌群以原油为唯一碳源生长，将所述微生物菌群以1%（体积百分比，种子液菌体浓度为OD620=0.8）接种量接入生化池中，保持温度在20-45℃之间，pH为6.0-9.5，通气量为1∶12（即水∶气的体积比为1∶12）。经过7天之后，可以稳定运行，无需添加任何营养物质，具有高效的破乳和原油降解能力。

本发明所述回流比为：单位时间回流水量÷单位时间出水总量。

本发明的优点是：微生物能够在高浓度聚合物的环境中，以原油为唯一碳源生长，处理效率高；生化处理单元可以去除大部分悬浮物和胶质，使后续的过滤滤速加快，反冲洗周期延长，提高处理效率；所述微生物菌群为严格好氧微生物，厌氧条件下迅速死亡，对地下原油无降解能力，并且可以利用污水中的硫酸盐对厌氧的腐蚀性细菌的生长具有良好抑制作用；

本发明的微生物菌群培养物为一次投放，长期有效，维护成本低，与老工艺衔接方便。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为实施例2对高含聚含油污水的处理情况。

图3为实施例3对高含聚含油污水的处理情况。

具体实施方式

实施例1：构建混合菌群

假单胞菌J1（Pseudomonas sp.J1），保藏单位为中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2011473，保藏日期为2011年12月17日；Bacillus sp.DQ5，保藏单位为中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCCNO：M2010078，保藏日期为2010年4月15日；Enterobacter sp.DQ11，保藏单位为中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2010084，保藏日期为2010年4月15日和Bacillus sp.DQ85，保藏单位为中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2010083，保藏日期为2010年4月15日进行如下操作：

(1)斜面培养：将上述各菌株接种于LB固体斜面培养基上，30±1℃培养菌体18～24小时；

（2）一级种子培养：将步骤（1）培养的菌体，无菌条件下用接种环接1～4环于100mL LB液体培养基中，30±1℃条件下在200转/分摇床上振荡培养18小时，制得一级种子；

（3）扩大培养：以体积比为5%～8%的接种量，接一级种子于1000mL LB液体培养基中，30±1℃条件下在200转/分摇床上振荡培养18小时，制得二级种子；

（4）收集菌体：在5000转/分条件下离心8分钟，分别收集步骤（3）制得的菌体，并用无机盐培养基重新配成OD_620nm达到1~2之间的菌悬液，备用；

（5）构建混合菌群：以体积比计，假单胞菌（Pseudomonas sp.）CCTCC NO：M 2011473，芽孢杆菌（Bacillius sp.）CCTCC NO：M 2010078，肠杆菌（Enterobacter sp.）CCTCC NO：M 2010084和芽孢杆菌（Microbacterium sp.）CCTCC NO：M2010083为1∶1∶1∶1的比例将步骤（4）制得的菌液混合，构建混合菌群；

（6）大庆油田采油三厂某聚驱单井采出液，聚合物（聚丙烯酰胺）浓度为1022mg/L，石油含量为210mg/L，pH=7.85;

（7）实验方法：取200mL采出液，放到500mL三角瓶中，加入细胞浓度为OD₆₂₀=1.2的上述混合菌群液，30度培养18小时，测定采出液中原油含量（油含量按照Q/SYDQ0605-2006标准进行）；

（8）结果：通过测定发现，经过混合菌群处理后，采出液石油含量为25mg/L，降解率为88%。

上述无机盐培养基的配方是：每1000ml去离子水中含有K₂HPO₄·3H₂O 5.2g；KH₂PO₄ 3.7g；Na₂SO₄ 1.0g；MgSO₄·7H₂O 0.2g；NH₄Cl 2.0g；微量金属盐溶液1ml，用NaOH溶液调节pH=7；其中，所述微量金属盐溶液配方为1000ml去离子水中含有FeCl₂·4H₂O 0.3g，CoCl₂·6H₂O 0.038g，MnCl₂·4H₂O 0.02g，ZnCl₂ 0.014g，H₃BO₃0.0124g，Na₂MoO₄·2H₂O 0.04g，CuCl₂·2H₂O 0.0034g。

上述LB培养基配方如下，1L蒸馏水中含：10g蛋白胨，5g酵母粉，10g NaCl，用NaOH溶液调节pH=7，121℃条件下灭菌20分钟。

实施例2：大庆油田某采油厂来水的处理

表1为大庆油田某采油厂来水水质分析：

表1

指标	单位	数值
			水温	℃	29-35
pH		7.5-7.8
			COD	mg/L	950-1700
NH4-N	mg/L	3-8
			粘度	mPa·S	6.2-6.5
聚丙烯酰胺	mg/L	800
			悬浮物	mg/L	120
油含量	mg/L	380

工艺装置参数：

溶气气浮单元为溶气气浮装置和空气泵气浮装置，溶气气浮型号为DB-HC100（0.75kW）,参数为：2.5×1×2.5m，有效容积为3m³，回流比20%（回流比＝单位时间回流水量÷单位时间出水总量），水力停留时间3小时。空气泵气浮参数为：1×1.8×1.2m，有效容积为0.8m³，水力停留时间40分钟。

生化处理单元为两个生化池（一级生化池和二级生化池），参数均为1.8×1.4×1.5m，有效容积均为4m³，水力停留时间均为4小时，生化池的曝气量均为1∶12（即水∶气的体积比为1∶12），生化池用空气泵功率均为0.75kW。生化池接种菌群为实施例1中所构建的混合菌群（菌体浓度为OD620=0.8），加入量为生化池有效体积的1%（40L）。混合菌群可以利用水体中微量的无机盐类和原油作为营养进行生命代谢活动，无需额外添加营养。在25-40℃下可以保持旺盛的代谢活动，对pH具有宽泛的耐受性（pH6.0-9.5）。所采用微生物均为严格好氧菌，在厌氧条件下引起微生物死亡，因此在地层厌氧条件下失去降解能力。

石英砂过滤装置参数为Φ1.1×1.9m，处理能力为1m³/h，过滤速度6-8m/h，反冲洗周期为24h，小试期间反冲洗方式为水洗，水洗时间15分钟。

工艺流程：

如图1所示，本实施例的工艺流程为：油站的污水沉降罐来水首先进入溶气气浮装置，去除大部分油和悬浮物，然后依靠水位重力差依次自流进入一级生化池和二级生化池，在生化池进行破乳和分解后进一步去除水体中乳化油、溶解油和悬浮物，出水通过提升泵进入石英砂过滤装置，出水经过滤后达到聚驱高渗透水质指标。净化后出水进入外输及反洗水罐。

结果：

该工艺连续运行50天表明，来水平均含油量为486.7mg/L，经气浮处理后平均含油117.6mg/L，去除率为75.8%，经一级生化破乳后平均含油15.3mg/L，二级生化处理后平均含油12mg/L，砂滤出水平均含油3.4mg/L；来水平均悬浮物含量为56.4mg/L，溶气气浮出水悬浮物的平均含量为48.9mg/L，去除率为13.3%，经过两级生化处理后，出水平均悬浮物含量为22.4mg/L，经过砂滤后，悬浮物的平均含量为10.9mg/L；砂滤出水粒径中值的平均值为1.1μm。总之，采用“气浮→两级生化→石英砂过滤”处理流程，出水平均含油为3.4mg/L，悬浮物平均含量为10.9mg/L，粒径中值1.1μm。该流程工艺简单，与传统处理工艺结合紧密，具有良好的处理效果，参见图2。

生化池接种的微生物具有良好破乳降解能力，能够有效回收污水中的原油，平均回收21%，工艺总体原油回收率达95%以上，污油消耗率为0.68%。

生化池对悬浮物的去除效率达到80%，一方面改善处理水质，另一方面还减轻后续过滤工艺的负担，缩短反冲洗时间，节电节水，减少了运行成本。

试验期间运行成本分析，试验期间投加微生物菌液共80L，单价为150元/L，正常运行期间不投加其他营养剂。投加菌种费用为人民币12000元，该项费用纳入设备一次性投资。试验期间每吨水处理的耗电费用为：1.7×24÷24×0.62=1.054元（其中溶气泵0.75kW，空气泵0.7kW，管道泵0.25kW，电费按照0.62元/度计算）。工业化运行成本估计0.69元/吨。

实施例3：新疆某采油厂来水的处理

表2为新疆某采油厂来水水质分析：

表2

项目	单位	结果
			油含量	mg/L	952.6

[0053]

浊度	NTU	58.31
			COD	mg/L	1375.6
氨氮	mg/L	6.02
			总磷	mg/L	0.175
聚丙烯酰胺	mg/L	674
			矿化度	mg/L	13162.1
总碱（HCO₃ ^-）	mg/L	2625
			pH		7.84

工艺装置参数：

同实施例2。

工艺流程：

同实施例2。

结果：

通过试验可知，来水平均含油量为582.7mg/L，经气浮处理后平均含油159.2mg/L，去除率为72.6%，经一级生化破乳后平均含油17.7mg/L，二级生化处理后平均含油13.7mg/L，砂滤出水平均含油3.5mg/L；来水平均悬浮物含量为83.3mg/L，溶气气浮出水悬浮物的平均含量为69.1mg/L，去除率为17%，经过两级生化处理后，出水平均悬浮物含量为19.2mg/L，经过砂滤后，悬浮物的平均含量为9.7mg/L；砂滤出水粒径中值的平均值为1.1μm。总之，采用“气浮→两级生化→石英砂过滤”处理流程，出水平均含油为3.5mg/L，悬浮物平均含量为9.7mg/L，粒径中值1.1μm，该流程工艺简单，具有良好的处理效果，见图3。

一级生化反应池接种的微生物具有良好破乳降解能力，能够有效回收污水中的原油，来水平均含油量为582.7mg/L，一级生化处理后平均含油17.7mg/L，有效回收污水中的原油，平均回收24%。

经过生化处理后，最终产物为二氧化碳和水，减少了水质的进一步复杂化现象，对环境无二次污染。试验期间，聚合物浓度一直在700mg/L左右，整个试验阶段系统运行稳定，出水水质优于预期目标，说明该工艺流程处理高含聚污水具有良好的效果。

Claims

1.一种高含聚采油污水的生物处理方法，包括以下步骤：

使采油污水依次流经溶气气浮单元、生化处理单元、石英砂过滤单元进行处理；所述生化处理单元包含具有破乳与降解原油能力的好氧微生物菌群，所述的微生物菌群包括假单胞菌（Pseudomonas sp.）J1，保藏登记号为：CCTCC NO：M 2011473，保藏日期为2011年12月17日；芽孢杆菌（Bacillius sp.）DQ5，保藏登记号为：CCTCCNO：M 2010078，保藏日期为2010年4月15日；肠杆菌（Enterobacter sp.）DQ11，保藏登记号为：CCTCC NO：M 2010084，保藏日期为2010年4月15日和芽孢杆菌（Bacillius sp.）DQ85，保藏登记号为：CCTCC NO：M 2010083，保藏日期为2010年4月15日中的至少一种。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述微生物菌群以原油为唯一碳源生长。

3.如权利要求1所述的方法，其中将所述微生物菌群在种子液菌体浓度OD620nm为0.8时以1%（体积）接种量接入生化池中。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述生化池中温度为20-45℃，pH为6.0-9.5，通气量为1∶12。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述溶气气浮单元中水力停留为3小时，回流比为20%。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述石英砂过滤单元中水力停留6-8m/h，反洗周期为24小时。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述生化池的数量可根据实际情况任意增减。