CN103833182B - 一种采油污水的生物处理方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含油污水的处理工艺，解决了传统工艺处理成本高，水质差等问题。本工艺包括溶气气浮、微生物除油池除油、曝气生物滤池过滤、高分子烧结滤芯过滤器过滤四个步骤：1、来水进入溶气气浮装置，去除大部分原油及悬浮物；2、步骤1的出水进入微生物除油单元去除原油；3、步骤2的出水提升至曝气生物滤池，水中残余的原油在微生物的作用下降解，同时去除大部分悬浮物；4、步骤3的出水提升至高分子烧结滤芯精细过滤单元，进一步去除水中的悬浮物，出水达到“油含量≤1mg/L，悬浮物≤1mg/L，粒径中值≤1μm”。该含油污水处理工艺出水水质好，不投加任何辅助药剂和营养剂，无需定期化学清洗过滤介质，处理成本低、操作简便。

Description

一种采油污水的生物处理方法及设备

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种采油污水处理的新工艺及其设备，该采油污水处理的工艺是利用微生物进行降解的处理工艺。

背景技术

目前油田“1.1.1”（1.1.1即油含量≤1mg/L，悬浮物≤1mg/L，粒径中值≤1μm）水质地面处理工艺分清水水源和含油污水水源两种。例如，清水处理工艺在大庆杏北油田扶杨油层杏69井区先导性试验中使用，主要采用膜处理的方法提供“1.1.1”水质，使用过程中发现，膜处理方法投资高、运行维护费用高，其中清水价格为5.9元/m³，膜处理运行成本约2.5元/m³。同时，膜污染后会带来通量降低等问题，而通量下降直接影响注入量，对开发有一定的影响。

随着油田开发的深入，一些低渗透、特低渗透油层的开发将进行工业化推广，采用清水膜处理工艺会带来全厂清水用量大幅增加，若全部采用清水将给注入水量平衡带来困难，同时高成本也不适合大规模的工业化开发使用。随着三次采油的推进，我国东部大部分油田水驱系统已全面见聚，而目前油田尚没有成熟的含聚污水“1.1.1”无膜处理工艺。现有的无膜处理工艺除油及除悬浮物的效率不高，现有的微生物处理方法的处理单元与原有含油污水处理设备不容易衔接，或者需要额外添加营养物质，无法实现长期稳定的处理。此外，无膜生物处理的出水水质不稳定。所以本领域技术人员致力于开发一种经济适用的处理技术，为低渗透、特低渗透油层提供合格的注入水质。

发明内容

有鉴于现有技术中清水处理工艺注入水量平衡困难、成本高、不适合大规模工业化开发使用，现有无膜处理或微生物处理效率不高、与现有设备衔接困难、出水水质不稳定等不足，本发明旨在建立一种投资运行成本低、出水水质稳定的油田含油污水处理工艺，以达到利于大规模应用的目的。

本发明采用以下技术方案解决上述问题：

提供一种含油污水的生物处理方法，包括以下四个步骤：

步骤一、溶气气浮：油站来水首先进入气浮单元去除大部分原油及部分悬浮物；水力停留15-20分钟，回流比20-30%，可回收原油90%左右。

步骤二、微生物除油池除油：步骤一溶气气浮出水依靠水位重力差自流进入微生物除油池，在微生物除油池的生物膜作用下进行分解后进一步去除水体中原油；

步骤三、曝气生物滤池过滤：步骤二的出水通过提升泵进入曝气生物滤池，水中残余的原油及悬浮物在微生物膜的过滤和降解作用下分离；

步骤四、高分子烧结滤芯过滤器过滤：步骤三的出水提升至高分子烧结滤芯过滤器，进一步过滤水中残余的微量悬浮物。

经过处理后的出水达到“油含量≤1mg/L，悬浮物含量≤1mg/L，粒径中值≤1μm”的水质指标。

进一步地，步骤二和步骤三中微生物除油池和曝气生物滤池中所用的菌群组成为：Chelatocuccussp.GW1，保藏号为CCTCCNO：M2012025；Pseudoxanthomonassp.GW2，保藏号为CCTCCNO：M2012026；Bacilliussp.DQ5，保藏号为CCTCCNO：M2010078；Enterobactersp.DQ11，保藏号为CCTCCNO：M2010084。上述微生物菌群来源于从大庆油田的含油污水，通过培养、富集、筛选获得，经过进一步经过配伍和优选构建而成，具有降解原油的能力，能采用无机盐培养基以原油为唯一碳源生长。

进一步地，菌群按Chelatocuccussp.GW1：Pseudoxanthomonassp.GW2：Bacilliussp.DQ5：Enterobactersp.DQ11=1:1:1:1的比例混合所得，其中各个菌株的菌液的起始浓度OD_620nm为5-15。本发明中微生物菌群采用无机盐培养基，以原油为唯一碳源生长，混合菌群以1%（体积比）接种量接入微生物除油池或曝气生物滤池中，保持温度在20-40℃之间，pH为6.0-9.5，通气量为12:1（即气水比（体积比）为12:1）。经过7天之后，可以稳定运行，无需添加任何营养物质，具有高效的原油降解能力。

进一步地，步骤二中微生物除油池的温度为20-40℃，pH6-9.5，水力停留时间4-8小时。

进一步地，步骤三中曝气生物滤池中添加火山岩滤层，过滤速度为2-3m/h，反洗周期为24-48小时，其中火山岩滤层的填充高度为1.5-2.5m。

进一步地，步骤四中高分子烧结滤芯过滤器采用的滤芯通过高分子材料聚酯纤维（Polyester，PE）、聚丙烯纤维（Polypropylene，PP）或聚酰胺纤维（Polyamide，PA）粉末烧结而成。

进一步地，步骤四中高分子烧结滤芯过滤器采用的滤芯的过滤精度为0.2-2μm。

本发明还提供一种采油污水生物处理的设备，包括溶气气浮单元、微生物除油池、曝气生物滤池和高分子烧结滤芯过滤单元。其中高分子烧结滤芯过滤器采用的滤芯可通过高分子材料聚酯纤维（Polyester，PE）、聚丙烯纤维（Polypropylene，PP）或聚酰胺纤维（Polyamide，PA）粉末通过本领域的常规方法烧结而成。

进一步地，其中制备微生物除油池的方法如下：

（1）在微生物除油池中悬挂添加组合填料，所述微生物附着于所述组合填料的表面，形成微生物膜；优选地，可以在池的两端和中间悬挂上述组合填料；优选地，组合填料的填充率为75%；其中悬挂添加的组合填料是本领域常规组件，例如该组合填料可以是将塑料圆片压扣改成双圈大塑料环，将醛化纤维或涤纶丝压在环的环圈上，使纤维束均匀分布；内圈是雪花状塑料枝条，既能挂膜，又能有效切割气泡，提高氧的转移速率和利用率；

（2）将微生物除油池内充满待处理的含油污水，检测水温等各项水质条件，用以评价含油污水是否适合用微生物法处理以及保温伴热设计等；

（3）将微生物的菌群接种到微生物除油池中，微生物菌株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；

（4）将所述微生物处理池曝气20-24h以恢复所述微生物菌群的活性；

（5）降低曝气量至设计值的50%-60%，继续闷曝气40-48h；

（6）调节进出水流量，小流量运行，检测、记录进出水水质并观察微生物的挂膜情况；

（7）满负荷试运行7天，期间检验、记录进出水水质，满足要求后，挂膜成功。

优选地，在上述步骤（6）和步骤（7）之间，进行如下步骤：每天上调进出水水量约15%，直至设计流量，期间调节曝气量，维持出水端的溶解氧含量2-3mg/L，此阶段内可观测到微生物填料上逐渐挂起一层微生物膜，如观测到微生物膜的脱落，说明微生物老化，则应适降低曝气量。进行此操作，能够实现快速稳定挂膜。

进一步地，其中制备曝气生物滤池的方法如下：

（1）曝气生物滤池中直接添加火山岩填料，微生物附着于多孔结构的火山岩填料的表面，可形成微生物膜。其中火山岩填料不以悬挂的方式添加，而是直接添加；

（2）将曝气生物滤池内充满待处理的含油污水，检测水温等各项水质条件，用以评价含油污水是否适合用微生物法处理以及保温伴热设计等；

（3）将微生物的菌群接种到曝气生物滤池中，微生物菌株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；

（4）将所述曝气生物滤池曝气20-24h以恢复所述微生物菌群的活性；

（5）降低曝气量至设计值的50%-60%，继续闷曝气40-48h；

（6）调节进出水流量，小流量运行，检测、记录进出水水质并观察微生物的挂膜情况；

（7）满负荷试运行7天，期间检验、记录进出水水质，满足要求后，挂膜成功。

优选地，在上述步骤（6）和步骤（7）之间，进行如下步骤：每天上调进出水水量约15%，直至设计流量，期间调节曝气量，维持出水端的溶解氧含量2-3mg/L，此阶段内可观测到微生物填料上逐渐挂起一层微生物膜，如观测到微生物膜的脱落，说明微生物老化，则应适降低曝气量。进行此操作，能够实现快速稳定挂膜。

本工艺技术处理含油污水实现“1.1.1”水质具有如下技术优势：

1、高效的菌种组合大大提高了除油效率，一方面缩短了微生物除油的水力停留时间，另一方面出水含油低可以对后续的过滤设备起到很好的保护作用。新型的微生物菌种具有良好的环境适应性，调试成功后即可长期稳定运行，避免定期补加干菌及营养液带来的成本增加和维护复杂化的难题。

本发明在微生物除油和曝气生物滤池单元所采用的微生物菌群具有降解原油的能力，并且该菌群组合的效果优于单独的菌种进行处理的效果。

2、本发明采用高分子烧结滤芯作为第四步过滤介质。常规的高分子烧结滤芯一般只在生活污水的处理中使用，由于石油污水的黏度等性质与生活污水存在很大的差异，所以无法运用到石油污水处理中。而本发明中，经过微生物除油池及曝气生物滤池的处理后，可以直接连常规的高分子烧结滤芯，起到进一步去除悬浮物的作用。因此在不使用超滤膜的条件下，出水水质稳定达到“1.1.1”水质标准，实现了油田污水精细处理的无膜化。高分子烧结滤芯过滤器运行过程中无需酸洗、碱洗等化学清洗过程，避免了超滤膜的污染及再生的困难，运行成本低，出水水质好。

3、本工艺流程简单，生产管理方便。生产过程中不需投加任何辅助药剂和营养剂，不需定期化学清洗过滤介质，工人劳动强度低、操作简便。

以下将结合附图对本发明的技术方案作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为实施例3对含油污水处理后油含量的情况。

图3为实施例3对含油污水处理后悬浮物含量的情况。

图4为实施例3对含油污水处理后悬浮物粒径中值的情况。

具体实施方式

实施例1

降解菌群的构建

选取芽孢杆菌：Chelatocuccussp.GW1，保藏号为CCTCCNO：M2012025；Pseudoxanthomonassp.GW2，保藏号为CCTCCNO：M2012026；Bacilliussp.DQ5，保藏号为CCTCCNO：M2010078；Enterobactersp.DQ11，保藏号为CCTCCNO：M2010084菌株分别进行如下操作：

（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100mLLB液体培养基中，30±1℃条件下在180转/分摇床上振荡培养16小时，制得一级种子；

（3）扩大培养：以体积比为2%的接种量，接一级种子于1000mLLB液体培养基中，30±1℃条件下在180转/分摇床上振荡培养16小时，制得二级种子；

（4）收集菌体：在8000转/分条件下离心10分钟，分别收集步骤（3）制得的菌体，并用生理盐水洗涤2次；之后用生理盐水重新配成OD_620nm=10的菌悬液，备用；

（5）构建人工菌群：以体积比计，Chelatocuccussp.GW1（保藏号为CCTCCNO：M2012025）：Pseudoxanthomonassp.GW2（保藏号为CCTCCNO：M2012026）：Bacilliussp.DQ5（保藏号为CCTCCNO：M2010078）：Enterobactersp.DQ11（保藏号为CCTCCNO：M2010084）为1:1:1:1的比例将步骤（4）制得的菌液混合，构建得到降解菌群。

上述LB培养基配方如下，1L蒸馏水中含：10g蛋白胨，5g酵母粉，10gNaCl，121℃条件下灭菌20分钟。

实施例2

微生物除油池和曝气生物滤池单元生物膜的培养

（1）在微生物除油池（微生物除油池尺寸为7.6m×4.2m×4.0m，有效容积为80m³）中悬挂添加组合填料，填充率为75%，微生物附着于组合填料表面，可形成微生物膜；

（2）在曝气生物滤池（曝气生物滤池尺寸：2.4m×2.4m×4.0m）中采用火山岩填料，料层厚度为2.5m，微生物附着于多孔结构的火山岩表面，可形成微生物膜；

（3）将微生物除油池和曝气生物滤池内充满待处理的含油污水，检测水温等各项水质条件；

（4）如实施例1所述制备微生物降解菌群，按1%接种量（体积比）接种到微生物除油池和曝气生物滤池中，采用流加方式；微生物菌株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；

（5）接种后，调节曝气量至设计值（100m³/h），微生物处理池曝气24h以恢复微生物菌种的活性；

（6）将曝气量降低至设计值的50%-60%，继续闷曝气48h；

（7）调节进出水至设计流量（17m³/h）的30%，小流量运行，检测、记录进出水水质并观察微生物的挂膜情况；

（8）每天上调进出水水量约15%，直至设计流量，期间调节曝气量，维持出水端的溶解氧含量2-3mg/L，此阶段内可观测到微生物填料上逐渐挂起一层微生物膜。如观测到微生物膜的脱落，说明微生物老化，则应适降低曝气量；

（9）满负荷试运行7天，期间检验、记录进出水水质，满足要求后，挂膜成功。

实施例3：

本实施例主要提出了“溶气气浮→微生物除油池→曝气生物滤池→高分子烧结滤芯过滤”的四段法处理工艺在某厂含油污水处理中的应用，但本发明内容不仅限于此。

表1大庆油田某采油厂来水水质分析

工艺流程：

如图1所示，本实施例的工艺流程为：溶气气浮→微生物除油池除油→曝气生物滤池过滤→高分子烧结滤芯过滤器过滤的四段法处理工艺（图1）。

步骤一、溶气气浮：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。

步骤二、微生物除油池除油：出水依靠水位重力差自流进入微生物除油池，在微生物除油池进行分解后进一步去除水体中溶解油和悬浮物。

步骤三、曝气生物滤池过滤：出水通过提升泵进入曝气生物滤池，去除溶解油和悬浮物。

步骤四、高分子烧结滤芯过滤器过滤：出水再经过高分子烧结滤芯过滤系统滤后达到低渗透水质指标。净化后出水进入外输及反洗水罐。

工艺装置参数：

溶气气浮参数为：处理量20m³/h，有效停留时间20min，回流比20%（回流比＝单位时间回流水量÷单位时间出水总量）。

微生物除油池参数为7.6m×4.2m×4.0m，有效容积为80m³，水力停留时间为4小时，微生物除油池的曝气量为12:1（即气水比（体积比）为12:1）。

微生物除油池接种菌群为本发明所述菌群，菌群制备过程如实施实例1。投加微生物菌群量为微生物除油池有效体积1%的微生物培养液（即800L）。微生物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。微生物菌群在20-40℃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，避免影响地层。

微生物除油池温度为20-40℃，pH6-9.5，水力停留时间4-8小时。

曝气生物滤池（BAF）采用火山岩填料，生物膜生产过程同是实施例2。曝气生物滤池尺寸：2.4m×2.4m×4.0m，数量：4座，气水比为5:1。反冲洗采用气水联合反冲洗，水为经处理后达标水，空气来自于底部单独的反冲气管。反冲时关闭进水和曝气空气，水气交替反冲，最后用水冲洗。火山岩滤层的填充高度为1.5-2.5m，其运行特征为过滤速度为2-3m/h，反洗周期为24-48小时。

高分子烧结滤芯过滤单元是整个处理系统的终单元，对出水水质起着控制性作用。采用QH/JN-PSF/400-1型（黑龙江吉纳森生物工程股份有限公司生产）精细过滤器，分别由A、B、C三个滤筒组成，每个滤筒内装有40支根滤芯，共计120支滤芯。滤芯采用PA高分子烧结材料，壳体进口采用切面进入的方式，避免物料直接冲击滤芯，大的颗粒也会因旋转而掉入罐底。在正常状态下，物料经过滤器入口进入，从下而上通过过滤组件，由滤芯的外表面将原料中的颗粒杂物阻隔，干净液体由内排出；当过滤元件表面滤饼逐渐堆积，造成进出口两端压差增大，当差压达到预定值时，差压变送器输出差压信号，启动PLC控制箱里的可编程控制器，三台过滤器逐台开始清洗，反吹完后均恢复至正常过滤状态，至下一次信号的到来。反冲洗方式：反冲洗采用气水联合反冲洗，反冲洗历时：气洗8s两次+水洗8s一次，反冲洗周期：压差大于40Kpa自动反冲洗。

作为本单元核心部件的滤芯采用高分子烧结材料，其过滤精度0.5μm，可以截留绝大部分颗粒物、胶体颗粒及微生物体，进而保证出水能够满足“油含量≤5mg/L，悬浮物含量≤1mg/L，粒径中值≤1μm”。

结果：

该工艺运行结果表明，出水平均含油为0mg/L（图2），悬浮物平均含量为0.83mg/L（图3），粒径中值0.87μm（图4）。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。

对比例1

采用Chelatocuccussp.GW1、Pseudoxanthomonassp.GW2、Bacilliussp.DQ5、Enterobactersp.DQ11单一的微生物菌株以及Chelatocuccussp.GW1、Pseudoxanthomonassp.GW2、Bacilliussp.DQ5、Enterobactersp.DQ11四中菌株的组合菌群进行采油污水的生物处理。

其中，微生物的培养方法与实施例1相同，微生物除油池以及曝气生物滤池的制备与实施例2相同。根据与实施例3相同的方法，进行采油污水的生物处理，其处理效果对比如表2所示：

表2单菌及组合菌群对含油污水处理效果的对比

由此可知，采用单一菌株进行连续进水实验，油的去除率均低于本发明所采用的四种菌株的组合，悬浮物的去除率也低于本发明的四种菌株的组合。所以本发明的组合菌群能有效的除油，且效果要明显高于单菌。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种采油污水的生物处理方法，其特征在于，包括以下四个步骤：

步骤一、溶气气浮：油站来水首先进入气浮单元去除大部分原油及部分悬浮物；

步骤二、微生物除油池除油：所述步骤一溶气气浮出水进入所述微生物除油池，在所述微生物除油池的生物膜作用下进行分解后进一步去除水体中的原油；

步骤三、曝气生物滤池过滤：所述步骤二的出水进入所述曝气生物滤池，水中残余的原油及悬浮物在生物膜的过滤和降解作用下分离；

步骤四、高分子烧结滤芯过滤器过滤：所述步骤三的出水进入所述高分子烧结滤芯过滤器，进一步过滤水中残余的微量悬浮物；

其中，所述步骤二和步骤三中所述微生物除油池和所述曝气生物滤池中生物膜所用的微生物菌群组成为：Chelatocuccussp.GW1，保藏号为CCTCCNO：M2012025；Pseudoxanthomonassp.GW2，保藏号为CCTCCNO：M2012026；Bacilliussp.DQ5，保藏号为CCTCCNO：M2010078；Enterobactersp.DQ11，保藏号为CCTCCNO：M2010084，所述菌群按Chelatocuccussp.GW1：Pseudoxanthomonassp.GW2：Bacilliussp.DQ5：Enterobactersp.DQ11＝1:1:1:1的比例混合所得，其中各个菌株的菌液的起始浓度OD_620nm为5-15。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中所述微生物除油池的温度为20-40℃，pH6-9.5，水力停留时间4-8小时。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中所述曝气生物滤池中添加火山岩滤层，过滤速度为2-3m/h，反洗周期为24-48小时。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四中所述高分子烧结滤芯过滤器采用的滤芯通过高分子材料聚酯纤维(Polyester，PE)、聚丙烯纤维(Polypropylene，PP)或聚酰胺纤维(Polyamide，PA)粉末烧结而成。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四中所述高分子烧结滤芯过滤器采用的所述滤芯的过滤精度为0.2-2μm。

6.一种采油污水生物处理的设备，其特征在于，包括溶气气浮单元、微生物除油池、曝气生物滤池和高分子烧结滤芯过滤单元，其中，所述微生物除油池和所述曝气生物滤池中包含微生物菌群，所述微生物菌群组成为：Chelatocuccussp.GW1，保藏号为CCTCCNO：M2012025；Pseudoxanthomonassp.GW2，保藏号为CCTCCNO：M2012026；Bacilliussp.DQ5，保藏号为CCTCCNO：M2010078；Enterobactersp.DQ11，保藏号为CCTCCNO：M2010084，所述菌群按Chelatocuccussp.GW1：Pseudoxanthomonassp.GW2：Bacilliussp.DQ5：Enterobactersp.DQ11＝1:1:1:1的比例混合所得，其中各个菌株的菌液的起始浓度OD_620nm为5-15。

7.一种应用在如权利要求1所述的采油污水的生物处理方法中的微生物除油池的制备方法，其特征在于：

(1)在所述微生物除油池中悬挂添加组合填料，所述微生物菌群附着于所述组合填料的表面，形成微生物膜；

(2)将所述微生物除油池内充满待处理的含油污水，检测水质条件；

(3)将所述微生物的菌群接种到所述微生物除油池中；

(4)将所述微生物除油池曝气20-24h以恢复所述微生物菌群的活性；

(5)降低曝气量至设计值的50％-60％，继续闷曝气40-48h；

(6)调节进出水流量，小流量运行，检测、记录进出水水质并观察所述微生物挂膜的情况；

(7)满负荷试运行7天，期间检验、记录进出水水质。

8.一种应用在如权利要求1所述的采油污水的生物处理方法中的曝气生物滤池的制备方法，其特征在于：

(1)在所述曝气生物滤池中直接添加火山岩填料，所述微生物菌群附着于多孔结构的所述火山岩填料的表面，形成微生物膜；

(2)将所述曝气生物滤池内充满待处理的含油污水，检测水质条件；

(3)将所述微生物的菌群接种到所述曝气生物滤池中；

(4)将所述曝气生物滤池曝气20-24h以恢复所述微生物菌群的活性；

(5)降低曝气量至设计值的50％-60％，继续闷曝气40-48h；

(6)调节进出水流量，小流量运行，检测、记录进出水水质并观察所述微生物挂膜的情况；

(7)满负荷试运行7天，期间检验、记录进出水水质。