CN111018250A - 一种化学驱油田采出水用的微生物一体化反应器及生物处理方法 - Google Patents

一种化学驱油田采出水用的微生物一体化反应器及生物处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油田化学驱采出水的微生物一体化反应器及生物处理方法，为折流板反应器，包括箱体，箱体一侧的上部设有水相进口，对侧的上部设有水相出口，底部设有与污泥干化池相连的泥相出口，上部设有与收油罐相连的油相出口，顶部设有排气口；所述箱体内部沿水流方向由折流板分隔成厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室；所述厌氧室、缺氧室和好氧室中的优势菌群均为嗜盐且嗜碱的微生物。该反应器为一体化设备，以硫代谢起始，基于硫、氮等元素价态的变化，实现有机碳源梯度降解为核心的“厌氧+缺氧+好氧”串联的微生物处理；结构简单，生物量截留能力强，具有高的容积利用率，可获得高效的处理能力；且无需其它药剂，运行费用低。

Description

一种化学驱油田采出水用的微生物一体化反应器及生物处理 方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及化学驱油田采出水用的微生物一体化反应器及生物处理方法，其中该微生物一体化反应器及生物处理方法可用于化学驱采出水，尤其适用于复杂化学驱采出水，如高含聚采出水、二元复合驱采出水、三元复合驱采出水。
背景技术
在油田开发后期为了提高原油采收率，会选择某些注入井，通过其向地下注入含有碱、表面活性剂和聚合物的化学驱油剂用于开采原油，这种采油方式称为三元复合驱驱油技术(简称三元复合驱)，含有碱、表面活性剂和聚合物的化学驱油剂称为三元复合驱油剂体系，简称三元复合体系。三元复合驱驱油具体为：通过注入井向地下注入三元复合体系，由于三元复合体系可提高原油的稠化能力、降低原油的界面张力，因而具有洗油等能力，在驱油过程中各组分与地层中矿物质发生的反应可发挥协同效应，表现为：三元复合体系注入地下后对原油发挥吸附和捕集作用，从而将地层中的原油溶解、携带。这一过程中三元复合体系与原油形成油水气混合液(即采出液)，由抽油机经采出井提升至地面，然后进行气与油、水的三相分离，分别得到天然气、原油和含油污水(即三元复合驱采出水)。分别采用聚合物、含聚合物和表面活性剂(或含聚合物和碱)的二元复合驱油剂体系作为驱油剂驱油，得到的含油污水，即为含聚采出水、二元复合驱采出水。由于聚合物是化学驱驱油的基础，因此，以上聚合物驱、二元复合驱、三元复合驱统称为化学驱。
采出水通常需通过注水井回注地下。将采出水回注地下一方面能够补充地层亏空，另一方面可解决污水排放的环保问题。此外采出水还可进一步驱油，从而提高驱油采收率。为了节约水资源，采出水还可用于配制驱油剂注入体系，即采出水用于配制或稀释聚合物驱油剂、二元复合驱油剂、三元复合驱油剂，即：使用采出水或清水作为聚合物的溶剂将聚合物溶解配制得到聚合物母液，然后再用采出水稀释聚合物母液得到驱油剂。然而，为了防止污染环境和堵塞地层，采出水需要经处理达到油田回注水水质控制指标中要求的含油量、悬浮固体含量、粒径中值(中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5329-2012碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法中的规定)等指标后，才能作为回注水通过注水井回注地下或用于配制驱油剂注入体系。
现有化学驱采出水的处理多采用“沉降+过滤”结合的处理系统和处理工艺，其中沉降段多采用“自然沉降”、“混凝沉降”、“溶气浮选”等设备和对应的工艺，同时通过配合投加浮选剂、混凝剂等化学药剂来实现采出水的处理。然而，随着油田化学驱采出水的大面积推广应用，大分子聚合物的注入，采出水的成分更加复杂，对油田现有的处理系统和处理工艺带来了很大的冲击和影响，例如：药剂投加成本高、产渣量大、最终处理后出水水质达标率低，难以满足后续处理的水质要求，从而限制了油田化学驱的进一步推广。
因此，研发一套能够用于油田化学驱采出水的处理设备和方法势在必行。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，第一方面，提供一种微生物一体化反应器，能够大幅度提高沉降段处理效能。该化学驱油田采出水用的微生物一体化反应器，为折流板反应器，包括箱体，箱体一侧的上部设有水相进口，对侧的上部设有水相出口，底部设有与污泥干化池相连的泥相出口，上部设有与收油罐相连的油相出口，顶部设有排气口；所述箱体内部沿水流方向由折流板分隔成厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室；在所述厌氧室、缺氧室和好氧室中均设有含有微生物的填料床，填料床中的优势菌群均为嗜盐且嗜碱的微生物。
所述厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室顶部设有移动盖板及排气口；所述厌氧室、缺氧室和好氧室中的填料床填充有活性污泥与填料的混合物，活性污泥中含有微生物；优选的，活性污泥在每一厌氧室、缺氧室或好氧室中的投加量为其单格容积的20％～30％。
所述好氧室内设有与风机连接的、给所述好氧室提供空气的曝气释放器。
所述厌氧室串联设置三个，以产酸菌和硫酸盐还原菌等嗜盐、嗜碱微生物为优势菌群，其中的填料为悬浮填料，其填充率分别为各厌氧室单格容积的20％-40％，25％-45％，30％-50％。
所述好氧室串联设置两个，以硝化细菌、氨氧化细菌等嗜盐、嗜碱微生物为优势菌群，其中的填料为组合填料，其水平间距为150mm-200mm。
所述缺氧室设有一个，以反硝化细菌等嗜盐、嗜碱微生物为优势菌群，其中的填料为悬浮填料，其填充率为缺氧室单格容积的40％-60％。
所述好氧室和沉淀室之间设有回流管，回流管经回流泵与缺氧室底部的回流口连通。
所述箱体上的水相进口还与盛放有营养剂的加药装置相连，用于向微生物一体化反应器中添加营养剂。
第二方面，本发明提供一种油田采出水的生物处理方法，使用上述微生物一体化反应器，将经气浮沉降罐进行油、水、泥三相初步分离的油田化学驱采出水排入微生物一体化反应器中，同时向微生物一体化反应器中加入营养剂，所述采出水和营养剂混合后依次填充厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室，分别控制厌氧室、缺氧室和好氧室的氧化还原电位，使得不同嗜盐、嗜碱微生物大量繁殖成为优势菌群，以降解采出水中的有机物，将油相和悬浮固体杂质从水相中分离，并使油相和泥相分别排至收油罐和污泥干化池，水相排入下一级处理装置；
具体为：所述油田化学驱采出水排入微生物一体化反应器，通过加药装置向微生物一体化反应器中加入营养剂后依次进行厌氧、缺氧、好氧的反应，降解油田化学驱采出水中的表面活性剂、聚合物和石油等有机物，使得油、水、泥三相分离；油相和泥相分别排至收油罐和污泥干化池，水相排入下一级处理装置。
厌氧一室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s。上向流区填装悬浮填料，填充率30％左右；
厌氧二室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s。上向流区填装悬浮填料，填充率35％左右；
厌氧三室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s。上向流区填装悬浮填料，填充率40％左右；
缺氧室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s。上向流区填装悬浮填料，填充率50％左右；
好氧一室：水力停留时间3h～6h，上向流区填装组合填料，组合填料根据填料压片直径选择适宜的间距安装即可，气液比10:1～15:1；
好氧二室：水力停留时间3h～6h，上向流区填装组合填料，组合填料根据填料压片直径选择适宜的间距安装即可，气液比10:1～15:1，回流比50％～100％。
所述营养剂含50mg/L～100mg/L的葡萄糖、亚硫酸钠(或硫酸钠)、亚硝酸钠(硝酸钠)、磷酸二氢钾等，亚硫酸钠、亚硝酸钠、磷酸二氢钾与葡萄糖的浓度比为BOD5：SO3 2-(SO4 2-)：N：P＝200：100：5：1，其中BOD5为加入葡萄糖后采出水中的有机物含量。
本发明提供了化学驱油田采出水的微生物一体化反应器及生物处理方法，具有以下优点：(1)该反应器为一体化设备，实现了“厌氧+缺氧+好氧”的串联处理。(2)该反应器结构简单，无需结构较为复杂的三相分离器，同时在一个反应器中可实现多相多级厌氧、缺氧及好氧处理，而采用其它工艺来实现多相多级生物处理，则至少需要三个或三个以上的反应器。(3)水流流态整体为推流，每一单格为全混流，且水的流动呈下、上交替进行这种相结合的复合型流态，容积利用率高(即死水区少)。(4)该反应器采用多次折流，延长水流在反应器内的流径，从而促使微生物与污水充分接触，微生物利用率高，处理能力强。(5)该反应器按照“分级处理、厌氧先行、好氧把关”的原则，使微生物在一个反应器中的不同区域生长，与不同阶段的进水基质接触，避免了不同微生物种群间生态幅的过多重叠，实现了生物相的分离。同时充分利用化学驱油田采出水的水质特点，为每个区创造了不同的氧化还原体系，充分利用了不同种群微生物的共代谢协同作用。(6)该反应器除少量投加必要的营养剂外，无需其它药剂，运行费用低。
附图说明
图1所示为本发明微生物一体化反应器的结构示意图；
图2所示为本发明微生物一体化反应器的反应原理图；
图3所示为含本发明微生物一体化反应器的深度处理系统的结构示意图；
图4所示为本发明微生物一体化反应器中上向流区和下向流区的示意图；
图5A所示为使用深度处理系统处理采出水各段出水含油量变化曲线图；
图5B所示为使用深度处理系统处理采出水各段出水含油量变化柱状图；
图6A所示为使用深度处理系统处理采出水各段出水悬浮固体含量变化曲线图；
图6B所示为使用深度处理系统处理采出水各段出水悬浮固体含量变化柱状图；
图7所示为使用本发明微生物一体化反应器处理采出水后黏度变化曲线图。
具体实施方式
三元复合驱广泛用于油田开发后期，可进一步提高原油采收率。然而三元复合驱驱油的采出水(即采出液分离后得到的含油污水)乳化程度高、污水粘度高、油珠颗粒细小、油珠浮升速度慢，导致油水分离困难。目前三元复合驱采出水经过序批式沉降结合过滤的工艺处理后，水质只能达到含聚污水高渗透层回注水水质指标要求，不能回注到自身区块，只能通过调水回注到水驱高渗透层区块，若要回注自身区块，还要处理成为深度水后才能通过注水井回注自身区块。
油田化学驱采出水水质及其复杂，以三元复合驱采出水为例，为含有聚合物、表面活性剂及高pH值、高黏度的水质，具有极强的生物抗性，其生物降解是如今处理过程中的瓶颈技术问题。然而发明人在经过多年三元采出水微生物处理的研究中发现，利用油田水系统微生物群落复杂，种类多且数量大，同时微生物具有易变异、环境适应性强的特点，通过合理的生物过程设计及工艺流程搭建，可以实现复杂化学驱采出水的有效微生物处理。
传统“厌氧→缺氧→好氧”串联的生化法，即A2/O工艺。该方法具有良好的脱氮除磷效果，同时不易发生污泥丝状膨胀，且其菌群主要由硝化菌和反硝化菌、聚磷菌组成。在好氧室，硝化细菌将水体中的氨氮及有机氮氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐；在缺氧室，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入到大气中，从而达到脱氮的目的。同时，在厌氧室，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；而在好氧室，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，将磷除去。
而本发明采用的“厌氧→缺氧→好氧”串联的生化法，充分结合油田化学驱采出水的水质特点，研发出一种基于以硫酸根/亚硫酸根为电子受体，以硫代谢为起始，有机碳源的梯度降解为核心的“厌氧+缺氧+好氧”串联的微生物处理设备。
发明人借鉴了厌氧折流板(简称ABR反应器)结构类型的反应器，然而ABR反应器仅能实现多相厌氧处理，不能针对油田化学驱采出水特有的水质进行高效处理，不能满足厌氧→缺氧→好氧串联多相多级梯度生物降解的需求，发明人对ABR反应器进行了改造，将部分厌氧室改造为缺氧室和好氧室，并在上向流区增加了生物悬浮填料和生物组合填料来强化对生物量的截留能力，最终提供了一种微生物一体化反应器。
经过该微生物一体化反应器，并结合气浮沉降罐、斜板溶气气浮装置和三级过滤罐，最终出水水质能够达到油田含聚污水低渗透油层回注水水质指标要求，即出水含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤5mg/L，悬浮颗粒直径中值≤2μm，满足深度水的水质要求，可通过注水井直接回注地下或用于配制驱油剂注入体系。
以下结合具体实施例，更具体地说明本发明的内容，并对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明进行限制。
本发明提供的化学驱油田采出水用的微生物一体化反应器2是一种以硫酸根或亚硫酸根为电子受体，以硫代谢为基础，以有机碳源的梯度降解为核心的“厌氧+缺氧+好氧”串联的微生物处理设备。微生物一体化反应器2用来进行油、泥、水的进一步分离，结构见图1所示，包括反应器箱体21，箱体21一侧的上部设有水相进口，与气浮沉降罐1的水相出口相连，用来将气浮沉降罐1处理后的水相导入本发明的微生物一体化反应器2中；与水相进口相对的箱体21一侧上部设有水相出口，与缓冲罐3相连，将处理后的水相排出至缓冲罐3中。水相进口还与加药装置Ⅰ相连，用来投加营养剂。
营养剂含葡萄糖、亚硫酸钠、亚硝酸钠、磷酸二氢钾等，投加的葡萄糖量为50mg/L～100mg/L，其余元素与葡萄糖的比例为BOD5：SO3 2-：N：P＝200：100：5：1。BOD5是加入葡萄糖后的采出水中五日生化需氧量，是间接表示水体被有机物污染程度的一个重要指标，也可理解为加入葡萄糖后采出水中有机物的含量。BOD5可用检测仪器检测，根据检测到的BOD5结果，来确定其它物质的加入量。比例为BOD5：SO3 2-：N：P＝200：100：5：1，N指氮元素，根据N元素的含量反推需要加入亚硝酸钠(NaNO2)或硝酸钠(NaNO3)的含量。P指磷元素，根据P元素的含量反推磷酸二氢钾(KH2PO4)的含量。同理SO3 2-指亚硫酸根，根据它的含量反推亚硫酸钠的含量；亚硫酸钠可以用硫酸钠替代，比例不变，即BOD5：SO4 2-：N：P＝200：100：5：1。
在反应器箱体21内设置若干垂直与箱体21顶面和底面的折流板24，将反应器分隔成串联的几个反应室，折流板24分为上折流板和下折流板，上折流板与箱体21顶部无间隙连接，与底部有间隙；下折流板与箱体21底部无间隙连接，与顶部有间隙。上折流板和下折流板交替设置，靠近箱体21水相进口处设置上折流板，以此为起点，上折流板和下折流板交替设置。第一块上折流板和第一块下折流板之间通过平行的两块栅板连接，第二块上折流板和第二块下折流板之间通过平行的两块栅板连接，以此类推；然而第一块上折流板和第二块下折流板之间无连接关系，以此类推。两块平行的栅板中，一块栅板设置在下折流板上边沿的下方，另一块栅板设置在上折流板下边沿的上方，上折流板、下折流板、以及两块栅板共同围成的空间即为反应室，反应室内填充有填料床22。进入微生物一体化反应器2的水相在箱体21内依次沿上折流板和下折流板作上下流动，依次通过每个反应室的填料床22，水相中的有机物(如采出水中的表面活性剂和石油类等有机物)通过与填料床22中的微生物接触被降解而得到去除。箱体21内包括六个反应室，沿水流方向，依次为厌氧一室、厌氧二室、厌氧三室、缺氧室、好氧一室、好氧二室。其中,厌氧一室、厌氧二室、厌氧三室和缺氧室的填料床22中填充有微生物悬浮填料(纳米级聚氨酯生物填料，规格为25mm×25mm×25mm，购自嘉善广辉泡棉有限公司)，其填充率分别为20％-40％、25％-45％、30％-50％、40％-60％。好氧一室和好氧二室的填料床22中填充有组合填料(材质PP/PE，纤维素采用醛化纤维或涤纶丝，填料为压片，规格为80mm，每束组合填料中相邻两片填料片之间的片间距(竖直方向上)为80mm，相邻两束组合填料的间距是150mm-200mm，展开直径为150mm，购自无锡思宸环保设备有限公司)。所有反应室中填料床22的填料均与经过筛分的活性污泥(来自油田化学驱污水处理站底泥和生活污水处理厂活性污泥(含有丛毛单胞菌，红育菌属，脱硫球茎菌属，嗜盐单胞菌属，铁杆菌属，芽单胞菌属，不动杆菌属，丛毛单胞菌等嗜盐、耐碱菌属等等)混合，活性污泥在每一厌氧室、缺氧室或好氧室中的投加量为其单格容积的20％～30％，单格指厌氧一室、厌氧二室、厌氧三室、缺氧室、好氧一室或好氧二室，单格容积为单格中上向流区和下向流区的体积之和，上向流区和下向流区如图4所示，向上箭头表示的区域为上向流区，向下箭头表示的区域为下向流区。厌氧一室、厌氧二室、厌氧三室、缺氧室、好氧一室和好氧二室顶部均设有移动盖板；运行时，厌氧一室、厌氧二室、厌氧三室和缺氧室的移动盖板将顶部密封，只留排气口与外部连通；好氧一室和好氧二室的移动盖板则打开，使得其顶部为敞口。沿水流方向，箱体21在好氧二室后(以水相进口为前，以水相出口为后)还设有沉淀室，沉淀室上部设有水相出口，与缓冲罐3相连。
通过控制反应室的氧化还原电位氧气量，使得特定的细菌作为优势菌大量生长(即定向驯化和培养)，如厌氧室中由于氧化还原电位很低(在-400mV～-600mV)，厌氧细菌(如产酸菌、硫酸盐还原菌等嗜盐、嗜碱微生物)大量繁殖，成为该反应室的优势菌群；缺氧室中氧化还原电位较低(0～-150mV)，缺氧细菌(如反硝化细菌等嗜盐、嗜碱微生物)大量繁殖，成为该反应室的优势菌群；好氧室中氧气含量充足(溶解氧含量为2mg/L～3mg/L)，好氧细菌(如硝化细菌、氨氧化细菌等嗜盐、嗜碱微生物)大量繁殖，成为该反应室的优势菌群。
每个反应室底部都设有泥相出口210，与污泥干化池10相连，用来将采出水中分离得到的悬浮固体排出；相邻反应室之间的上部均设有油相出口29，与收油罐9相连，用来将采出水中分离得到的浮油排出。好氧一室和好氧二室中设有曝气释放器28，曝气释放器28与箱体21外部的风机26连接，来为曝气释放器28提供气源。好氧二室和沉淀室之间设有回流管27，回流管27一端为敞口，位于好氧二室和沉淀室之间，另一端经箱体21外的回流泵23与缺氧室底部设置的回流口相连，用来将好氧二室处理后的氧气含量较高的水相引回缺氧室，为缺氧室提供缺氧条件。厌氧一室、厌氧二室、厌氧三室和缺氧室顶部还设有排气口25，将反应室内产生的气体排出。
微生物一体化反应器2的工作过程为：气浮沉降罐1处理后的水相进入微生物一体化反应器2后，首先自厌氧一室下向流区流入，而后折流进入厌氧一室上向流区,此后按照由上到下的流态，依次折流进入厌氧二室、厌氧三室、缺氧室、好氧一室、好氧二室、最终经过沉淀室流出微生物一体化反应器。空气由风机26加压后分别进入好氧一室和好氧二室，通过好氧一室、好氧二室底部均布曝气释放器28，将气泡分割剪切成微气泡均匀释放到好氧一室和好氧二室中，供好氧一室、好氧二室的微生物生长繁殖。好氧二室部分出水通过回流管27在回流泵23的作用下经回流口回流至缺氧室，从而保持缺氧室微生物最适宜的氧气条件(即氧化-还原电位)。微生物一体化反应器2中发生的反应见图2，来水首先进入厌氧室，厌氧室中以硫酸根或亚硫酸根为电子受体，以硫代谢为基础，通过产酸菌、硫酸盐还原菌等嗜盐、嗜碱微生物将硫酸根、亚硫酸根还原成硫离子，同时将有机物(如采出水中的表面活性剂、石油类、聚合物等，在图中用COD1表示)被氧化降解成初步降解有机物COD2和CO2。硫酸根和亚硫酸根一部分来源于外加的营养剂，一部分来源于油田化学驱采出水中自身含有的离子和特有有机物含有的极性基团，如表面活性剂(烷基苯磺酸盐或石油磺酸盐)。初步降解有机物COD2随着采出水进入缺氧室后，在反硝化自养菌等嗜盐、嗜碱微生物作用下将初步降解有机物COD2氧化降解成进一步降解有机物COD3和CO2，同时硝态氮(在图中用NO3-N表示)被还原成氮气。进一步降解有机物COD3随着采出水进入好氧室后，通过硝化细菌、氨氧化细菌等嗜盐、嗜碱微生物以分子态氧为电子受体，将进一步降解有机物COD3更进一步氧化降解成终降解有机物COD4和CO2，同时铵态氮(在图中用NH4-N表示)被氧化成硝态氮，分子态氧被还原成水。这里的氨氮来源主要指油田化学驱采出水含有的离子和特有有机物氨化成的氨氮，如聚合物(聚丙烯酰胺)含有的酰胺基。同时，通过内循环回流泵将好氧室出水部分回流至缺氧室，除提供溶解氧来维持缺氧室最佳氧化还原电位外，还将好氧室产生的硝态氮提供给缺氧室，作为反应底物，循环利用。
微生物一体化反应器2的工作原理为：微生物一体化反应器2按照“分级处理、厌氧先行、好氧把关”的原则，以硫代谢起始，基于硫、氮等元素价态的变化，实现有机碳源的梯度降解为核心的“厌氧+缺氧+好氧”串联的微生物处理。通过微生物一体化反应器使微生物在一个反应器中的不同区域生长，与不同阶段的进水基质接触，避免了不同微生物种群间生态幅的过多重叠，实现了生物相的分离。同时为每个区创造了氧化还原电位的梯度递增体系，充分利用了不同种群微生物的共代谢协同作用，实现多相多级生物处理。针对油田化学驱采出水，主要通过厌氧过程的硫酸盐还原过程，大部分有机物被降解，一些好氧微生物难以利用的大分子物质也被降解成小分子物质，后续再通过缺氧过程的的反硝化及好氧过程的硝化及氨化作用，梯度生物降解表面活性剂、聚合物、石油类等有机物，使采出水乳化程度降低，改善水质特性，提高油、泥、水分离效率。同时，利用微生物活性污泥比表面积大的特点，将过饱和析出的悬浮固体大部分截留和吸附，形成活性污泥的“晶核”，最终实现化学驱采出水水质净化的目的。
本发明的微生物一体化反应器2还可与气浮沉降罐1、斜板溶气气浮装置5、三级过滤罐8等主要处理设备组成化学驱油田采出水的深度处理系统，如图3所示，再配以计量装置、缓冲罐、缓冲池等附属配套设备。其中：
气浮沉降罐1为公开号为CN201264918Y的专利申请中公开的沉降罐加气浮装置。
缓冲罐3的水相进口和出液口分别与微生物一体化反应器2和斜板溶气气浮装置5相连，缓冲罐3和斜板溶气气浮装置5之间还设有第一提升泵4，用来将缓冲罐3存储的液体导入斜板溶气气浮装置5中。
斜板溶气气浮装置5购自辽宁华孚集团公司型号为ADAF系列的斜板溶气气浮装置，用来进行固液分离，主要去除微生物一体化反应器2处理后水相中脱落的生物膜，以及去除水中的剩余油和悬浮固体。
缓冲池6的水相进口和出液口分别与斜板溶气气浮装置5和三级过滤罐8相连，缓冲池6和三级过滤罐8之间还设有第二提升泵7，用来将缓冲池6存储的液体导入三级过滤罐8中。
三级过滤罐8包括一级石英砂单层滤料过滤罐81、二级石英砂-磁铁矿双层滤料过滤罐82、三级海绿石-磁铁矿双层滤料过滤罐83。一级单层石英砂过滤罐81用来进行油、泥、水深度一次分离，保障一滤出水达到油田含聚污水高渗透层回注水水质指标要求，即出水含油量≤20mg/L，悬浮固体含量≤20mg/L，悬浮颗粒直径中值≤5μm。二级石英砂-磁铁矿双层滤料过滤罐82用来进行油、泥、水深度二次分离，保障二滤出水达到大庆油田含聚污水中渗透层回注水水质指标要求，即出水含油量≤10mg/L，悬浮固体含量≤10mg/L，悬浮颗粒直径中值≤3μm。三级海绿石-磁铁矿双层滤料过滤罐83用来进行油、泥、水深度三次分离，保障三滤出水达到大庆油田含聚污水低渗透层回注水水质指标要求，即出水含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤5mg/L，悬浮颗粒直径中值≤2μm。三级过滤罐8为公开号为CN108479132A的专利申请中公开的多层静态切割破板结过滤器。三级过滤罐包括的三级过滤罐基本结构相同，仅填装的滤料不同。一级石英砂单层滤料过滤罐中滤料级配0.5mm～1.2mm，滤料填装高度800mm，一级滤速8m/h～10m/h；二级石英砂-磁铁矿双层滤料过滤罐中上层石英砂滤料级配0.8mm～1.2mm，滤料填装高度400mm；下层磁铁矿滤料级配0.4mm～0.8mm，滤料填装高度400mm。二级滤速6m/h～8m/h；三级海绿石-磁铁矿双层滤料过滤罐中上层海绿石滤料级配0.5mm～0.8mm，滤料填装高度400mm；下层磁铁矿滤料级配0.25mm～0.5mm，滤料填装高度400mm。三级滤速4m/h～6m/h。
在此基础上，本发明还提供了一种油田化学驱采出水的生物处理方法，其工艺流程示意图见图2，经气浮沉降罐1进行初步分离后的采出水进入微生物一体化反应器2，按照“分级处理、厌氧先行、好氧把关”的原则，充分利用种群的微生物吸附、降解和不同微生物种群的共代谢降解能力，去除小颗粒油珠和悬浮固体，同时降低采出水粘度，改善采出水水质。
具体过程为：
(1)、水相进入微生物一体化反应器2做进一步的油、泥、水三相分离，以去除小颗粒油珠和悬浮固体，来降低采出水的粘度，改善采出水水质；其含油量去除率为90％以上，悬浮固体去除率为60％以上，降粘率30％以上；其中分离出的水相进入缓冲罐3，分离出的泥进入污泥干化池10，分离出的油相进入收油罐9；
水相进入微生物一体化反应器2的工艺参数为：
厌氧一室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s。上向流区填装悬浮填料，填充率30％左右；
厌氧二室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s。上向流区填装悬浮填料，填充率35％左右；
厌氧三室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s。上向流区填装悬浮填料，填充率40％左右；
缺氧室：水力停留时间3h～6h，上向流区流速0.6m/h～2.0m/h，折流区冲击流速2.40mm/s。上向流区填装悬浮填料，填充率50％左右；
好氧一室：水力停留时间3h～6h，上向流区填装组合填料，组合填料根据填料压片直径选择适宜的间距安装即可，气液比10:1～15:1；
好氧二室：水力停留时间3h～6h，上向流区填装组合填料，组合填料根据填料压片直径选择适宜的间距安装即可，气液比10:1～15:1，回流比50％～100％。
水相后续依次经进入斜板溶气气浮装置5和三级过滤罐8处理，最终确保出水水质达到含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤5mg/L的指标要求，悬浮颗粒直径中值≤2μm，直接回注地下或作为深度水配制和/或稀释聚合物母液；
为了保证最终出水水质，一级石英砂单层滤料过滤罐81处理后的出水水质需要达到含油量≤20mg/L，悬浮固体含量≤20mg/L，悬浮颗粒直径中值≤5μm；二级石英砂-磁铁矿双层滤料过滤罐82处理后的出水水质需要达到含油量≤10mg/L，悬浮固体含量≤10mg/L，悬浮颗粒直径中值≤3μm。
实施例
以目前化学驱采出水中乳化程度最高、处理难度最大，水质极其复杂的三元复合驱采出水(来自大庆油田采油一厂中106强碱三元污水处理站)为例，在驱油剂含量返出高峰期时，使用含上述微生物一体化反应器的深度处理系统和处理方法对三元复合驱采出水进行深度处理，采出水在气浮沉降罐1中停留时间为8h，水体下向流速0.2mm/s，回流比30％，溶气罐压力0.5mPa，其中15％溶气回流水至管式反应器，15％溶气回流水至沉降罐内上、下布气穿孔管。微生物一体化反应器2的工作参数为：
厌氧一室：水力停留时间4h，上向流区流速0.9m/h，折流区冲击流速2.40mm/s，上向流区填装悬浮填料，填充率30％左右；
厌氧二室：水力停留时间4h，上向流区流速0.9m/h，折流区冲击流速2.40mm/s，上向流区填装悬浮填料，填充率35％左右；
厌氧三室：水力停留时间4h，上向流区流速0.9m/h，折流区冲击流速2.40mm/s，上向流区填装悬浮填料，填充率40％左右；
缺氧室：水力停留时间4h，上向流区流速1.35m/h，折流区冲击流速2.40mm/s，上向流区填装悬浮填料，填充率50％左右；
好氧一室：水力停留时间4h，上向流区填装组合填料，气液比10:1；
好氧二室：水力停留时间4h，上向流区填装组合填料，气液比10:1，回流比50％。
斜板溶气气浮装置5的工作参数为：
水力停留时间25min，回流比25％，回流水溶气压力0.45MPa。
三级过滤罐8的工作参数为：
一级石英砂单层滤料过滤罐81中滤料级配0.5mm～1.2mm，滤料填装高度800mm，一级滤速8m/h，反洗周期48h；
二级石英砂-磁铁矿双层滤料过滤罐82中上层石英砂滤料级配0.8mm～1.2mm，滤料填装高度400mm；下层磁铁矿滤料级配0.4mm～0.8mm，滤料填装高度400mm，二级滤速6m/h，反洗周期48h；
三级海绿石-磁铁矿双层滤料过滤罐83中上层海绿石滤料级配0.5mm～0.8mm，滤料填装高度400mm；下层磁铁矿滤料级配0.25mm～0.5mm，滤料填装高度400mm，三级滤速4m/h，反洗周期48h。
一滤出水达到油田含聚污水高渗透层回注水水质指标要求，即出水含油量≤20mg/L，悬浮固体含量≤20mg/L，悬浮颗粒直径中值≤5μm。
二滤出水达到油田含聚污水中渗透层回注水水质指标要求，即出水含油量≤10mg/L，悬浮固体含量≤10mg/L，悬浮颗粒直径中值≤3μm。
最终出水达到油田含聚污水低渗透层回注水水质指标要求，即出水含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤5mg/L，悬浮颗粒直径中值≤2μm。
上述处理系统稳定运行后跟踪监测试验结果，各段出水含油量变化见图5A和5B所示，悬浮固体含量变化见图6A和6B所示，经微生物一体化反应器处理后出水粘度变化曲线图见图7。
如图5A和5B所示，来水含油量在204mg/L～1912mg/L之间变化，平均为754mg/L，经过气浮沉降罐处理后出水含油量平均为513mg/L，经过微生物一体化反应器处理后出水含油量平均为23.8mg/L，经过斜板溶气气浮装置处理后出水含油量平均为19.7mg/L，经过一级过滤罐处理后出水含油量平均为11.4mg/L，经过二级过滤罐处理后出水含油量平均为6.63mg/L，经过三级过滤罐最终处理后出水含油量在1.11mg/L～5.87mg/L之间变化，平均为3.34mg/L。该处理系统整体含油量去除率为99.6％，微生物一体化反应器段含油量去除率为95.4％。该处理系统在来水含油量≤2000mg/L的情况下，最终出水含油量稳定达到含聚污水低渗透层回注水水质指标要求。
如图6A和6B所示，来水悬浮固体含量在60.0mg/L～243mg/L之间变化，平均为97.3mg/L，经过气浮沉降罐处理后出水悬浮固体含量平均为64.1mg/L，经过微生物一体化反应器处理后出水悬浮固体含量平均为23.9mg/L，经过斜板溶气气浮装置处理后出水悬浮固体含量平均为21.3mg/L，经过一级过滤罐处理后出水悬浮固体含量平均为12.5mg/L，经过二级过滤罐处理后出水悬浮固体含量平均为7.58mg/L，经过三级过滤罐最终处理后出水悬浮固体含量在1.82mg/L～5.46mg/L之间变化，平均为3.74mg/L。该处理系统整体悬浮固体去除率为96.2％，微生物一体化反应器段悬浮固体去除率为62.7％。该处理系统在来水悬浮固体含量≤250mg/L的情况下，最终出水悬浮固体含量稳定达到含聚污水低渗透层回注水水质指标要求。
如图7所示，采出水黏度经过微生物一体化反应器处理后效果较明显，其中微生物一体化反应器进水粘度在1.9mPa·s～4.1mPa·s之间变化，出水粘度在1.1mPa·s～2.9mPa·s之间变化。随着pH升高，降粘率呈降低趋势，当pH升高到10.4以上时，降粘率从之前的平均51.6％下降至32.3％。可见pH值对于微生物一体化反应器降粘率影响较大，但对于出水含油、悬浮固体含量没有明显影响。
可见，经本发明处理系统处理，一滤出水达到油田含聚污水高渗透层回注水水质指标要求，即出水含油量≤20mg/L，悬浮固体含量≤20mg/L，悬浮颗粒直径中值≤5μm。
二滤出水达到油田含聚污水中渗透层回注水水质指标要求，即出水含油量≤10mg/L，悬浮固体含量≤10mg/L，悬浮颗粒直径中值≤3μm。
最终出水达到油田含聚污水低渗透层回注水水质指标要求，即出水含油量≤5mg/L，悬浮固体含量≤5mg/L，悬浮颗粒直径中值≤2μm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的内容。

Claims (10)

1.一种化学驱油田采出水用的微生物一体化反应器，为折流板反应器，其特征在于，包括箱体，箱体一侧的上部设有水相进口，对侧的上部设有水相出口，底部设有与污泥干化池相连的泥相出口，上部设有与收油罐相连的油相出口，顶部设有排气口；所述箱体内部沿水流方向由折流板分隔成厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室；在所述厌氧室、缺氧室和好氧室中均设有含有微生物的填料床，填料床中的优势菌群均为嗜盐且嗜碱的微生物。
2.根据权利要求1所述微生物一体化反应器，其特征在于，所述厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室顶部设有移动盖板及排气口；所述厌氧室、缺氧室和好氧室中的填料床填充有活性污泥与填料的混合物，活性污泥中含有微生物；优选的，活性污泥在每一厌氧室、缺氧室或好氧室中的投加量为其单格容积的20％～30％。
3.根据权利要求2所述微生物一体化反应器，其特征在于，所述好氧室内设有与风机连接的、给所述好氧室提供空气的曝气释放器。
4.根据权利要求1-3任一所述微生物一体化反应器，其特征在于，所述厌氧室串联设置三个，以产酸菌和硫酸盐还原菌等嗜盐、嗜碱微生物为优势菌群，其中的填料为悬浮填料，其填充率分别为各厌氧室单格容积的20％-40％，25％-45％，30％-50％。
5.根据权利要求1-3任一所述微生物一体化反应器，其特征在于，所述好氧室串联设置两个，以硝化细菌、氨氧化细菌等嗜盐、嗜碱微生物为优势菌群，其中的填料为组合填料，其水平间距为150mm-200mm。
6.根据权利要求1-3任一所述微生物一体化反应器，其特征在于，所述缺氧室设有一个，以反硝化细菌等嗜盐、嗜碱微生物为优势菌群，其中的填料为悬浮填料，其填充率为缺氧室单格容积的40％-60％。
7.根据权利要求1-6任一所述微生物一体化反应器，其特征在于，所述好氧室和沉淀室之间设有回流管，回流管经回流泵与缺氧室底部的回流口连通。
8.根据权利要求1-7任一所述微生物一体化反应器，其特征在于，所述箱体上的水相进口还与盛放有营养剂的加药装置相连，用于向微生物一体化反应器中添加营养剂。
9.一种油田化学驱采出水的生物处理方法，其特征在于，使用权利要求1-7任一所述的微生物一体化反应器，将经气浮沉降罐进行油、水、泥三相初步分离的油田化学驱采出水排入微生物一体化反应器中，同时向微生物一体化反应器中加入营养剂，所述采出水和营养剂混合后依次填充厌氧室、缺氧室、好氧室和沉淀室，分别控制厌氧室、缺氧室和好氧室的氧化还原电位，使得不同嗜盐、嗜碱微生物大量繁殖成为优势菌群，以降解采出水中的有机物，将油相和悬浮固体杂质从水相中分离，并使油相和泥相分别排至收油罐和污泥干化池，水相排入下一级处理装置；
具体为：所述油田化学驱采出水排入微生物一体化反应器，通过加药装置向微生物一体化反应器中加入营养剂后依次进行厌氧、缺氧、好氧的反应，降解油田化学驱采出水中的表面活性剂、聚合物和石油等有机物，使得油、水、泥三相分离；油相和泥相分别排至收油罐和污泥干化池，水相排入下一级处理装置。
10.根据权利要求9所述生物处理方法，其特征在于，所述营养剂含50mg/L～100mg/L的葡萄糖、亚硫酸钠(或硫酸钠)、亚硝酸钠(硝酸钠)、磷酸二氢钾等，亚硫酸钠、亚硝酸钠、磷酸二氢钾与葡萄糖的浓度比为BOD5：SO3 2-(SO4 2-)：N：P＝200：100：5：1，其中BOD5为加入葡萄糖后采出水中的有机物含量。
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