CN1325398C

CN1325398C - 一种油田采出废水的生化处理方法

Info

Publication number: CN1325398C
Application number: CNB031338143A
Authority: CN
Inventors: 任龙; 王俊英; 林大泉; 许谦
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: CN1565990A

Abstract

本发明是关于油田采油废水净化方法。在加有采油废水的间歇式生化反应池中接种活性污泥，对微生物驯化后，控制进水pH值及温度，确定合适的处理周期。运行时，按间歇式进水、反应、沉降、排水工序在一个反应池内周期性进行。采用间歇式生物膜法流程，污水处理场的活性污泥经15～40天的驯化挂膜后用于处理油田采油废水，油田采油废水的COD浓度从100～1500mg/l降至30～90mg/l，可以直接达标外排。采用这种工艺方法处理高温采油废水，其工艺简单，操作费用低。

Description

一种油田采出废水的生化处理方法

技术领域

本发明涉及一种废水处理的方法，更具体地说，本发明涉及一种油田采油所产生的含有多种难降解有机物质废水的生化处理方法。

背景技术

目前全国各油田大多处于二次和三次采油阶段，用水驱、化学驱及聚合物驱来实现大规模生产。油田生产中随原油开采出大量废水，称为采油废水。此种废水含有许多难降解的有机物，COD值在100～1000mg/L的范围内，废水的温度在40℃～60℃之间，矿化度(无机盐总含量)可达30g/L左右。

目前国内的油田采出水一直采用隔油、粗粒化、混凝、过滤、杀菌或气浮等方法去除石油类、悬浮物、铁和细菌等杂质，然后用于油田注水。主要采用以下几种处理工艺：

1.重力除油工艺以混凝沉降、石英砂过滤为主；

2.压力除油工艺以粗粒化除油和协管沉降为主；

3.精细过滤工艺常用的精细过滤器有核桃壳过滤器、PVC烧结管过滤器、硅藻土过滤和纤维过滤器等；

4.气浮(浮选)工艺。

以上处理工艺主要去除的污染物均为石油类和悬浮物，由于COD等项污染指标不影响油田注水，所以目前油田的油田采出水的处理工艺也没有考虑到去除COD。

我国的油田绝大部分为注水开发油田，目前大多数油田含水率高达80％以上，有些甚至高达90％，出现了“产液量大、含油污水量大、注水量大、能耗高”的特点。由于油田采出水量急剧增加，已经超过油田注水量的要求，有一大部分要排放到环境中。外排污水要达到GB8978-1996《污水综合排放标准》的要求，这样就对处理后污水中的COD指标提出了更高的要求，过去的处理工艺很难满足需求。

USP4,818,410和USP4,839,054利用酸化、混合再相分离的方法去除油田采出水中的有机污染物，然而在这个方法中的中间要加入强酸，这样不但会加快设备的腐蚀，而且在处理过程中又额外加入其它污染物。USP4,775,475是利用分子筛、不定型的硅藻氧化铝胶体、硅胶、活性炭、活性氧化铝等物质的吸附作用来去除油田采出水中的碳氢化合物。当吸附饱和后，再利用石脑油、煤油、柴油或者利用这些有机溶剂的混合物对吸附剂进行洗提，这种方法流程复杂，物料消耗较多，处理费用较高。在分离有机溶剂和其溶解的碳氢化合物还没有较好的方法，它并没有彻底的从环境中去除污染物，故而会产生二次污染。CN1350986A公开了一种采用絮凝净化预处理法和间歇式生物处理法(SBR)的联合处理油田采出水的处理方法，可将油田采出水的COD浓度从300～800mg/l降至100mg/l以下，但此方法工艺流程长，成本高，而且所处理废水的温度为15～40℃，不适于处理40℃以上的高温废水。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种处理高温采油废水的生物处理方法，该方法工艺流程短、消耗低、节省用地和费用。

本发明油田污水处理流程为间歇式工艺，具体过程包括微生物驯化阶段和稳定运转阶段：

微生物驯化阶段包括原始菌种的采集和原始菌种的驯化，向生物反应池中加入常温废水(18～35℃)、营养物质溶液和原始菌种，按照间歇式生化法(如间歇式活性污泥法或间歇式生物膜法等)的运行方式进行驯化，每天运行1～2个周期，以3～6℃/周进行升温，在温度升高到40℃～60℃，可以减少营养物质溶液投加量如减半投放，当废水化学需氧量(COD)从150～1500mg/L降至100mg/L以下时，停止投加营养物质溶液而直接用高温废水进行稳定性驯化，出水COD降至100mg/L以下时驯化完成。如果待处理废水的矿化度较高，则在驯化过程升温的同时，同步升高驯化液的矿化度，使微生物适应待处理废水的微生态环境。

驯化完成后的微生物可以稳定运转用于处理高温废水，可以采用间歇式活性污泥法工艺或间歇式生物膜法工艺，两者操作过程基本相同，主要包括四个工序：进水、曝气、沉降、排水。稳定运转阶段进水容积负荷一般为0.2～1.5kgCOD/m^3.d，矿化度控制35g/L以下，一般为15～25g/L，反应池温度一般为40℃～60℃。

本发明方案中，活性污泥取自生化曝气池。由于油田采出水的温度很高，一般为40℃～60℃，而且含有大量对微生物有毒害作用的有机废物和大量无机盐类，特别是无机盐类对微生物的毒性最大，没有经过驯化的微生物难以存活，更无法达到去除污染物的作用。采用本发明的方法处理采油废水，废水中存在的3～25g/L氯离子对生化反应不产生影响，采油废水的COD浓度可从100～1500mg/l降至30～90mg/l，达到国家一级排放标准。用本发明方法处理原油采出水工艺流程短、消耗低、节省用地，投资和运转费用较低。

附图说明

图1为处理油田采油废水的生物膜法生物反应池示意图。

具体实施方式

用于处理高温废水的微生物的驯化阶段包括原始菌种的采集和原始菌种的驯化。原始菌种的采集最好是从生化曝气池采集原始菌种，用20目的标准筛过滤后，沉降、弃去上清液，分离出纯净的活性污泥。原始菌种的驯化是按照间歇式活性污泥法(或间歇式生物膜法)进行的，每天运行1～2个周期，首先在生物反应池中加入常温废水(一般为18～35℃，COD一般为150～1500mg/L)和营养物质溶液葡萄糖溶液，葡萄糖溶液浓度(本发明中的葡萄糖溶液浓度以测定的COD浓度表示)一般与废水COD一致或稍有不同，如是0.5～2倍于COD浓度，控制调配后的驯化液中葡萄糖与废水COD重量比一般为1～2∶1。驯化时曝气工序所需时间比例稍大一些，可以占每个周期的75～95％，空气水体积比一般为70～100，容积负荷为0.1～0.8kgCOD/m^3.d。在驯化期间可以同时加入氮和磷等，按COD∶N∶P＝200∶5～10∶1～2的比例(按重量计)投加尿素和磷酸二氢钠作为微生物生长繁殖的氮源和磷源。因为本方法利用的是普通的活性污泥培养微生物，其适应温度一般在18℃～35℃之间，不适合迅速升温，所以本方法采用的是逐步升温的方法来驯化微生物，升温的幅度为3～6℃/周，使微生物逐渐适应新环境。随着微生物适应温度的增强，不断有污泥解体排出，微生物驯化后期，污泥的沉降性能逐渐增强，污泥呈淡黄色絮体，当温度升高到40℃～60℃时(待处理废水的温度)，营养物质溶液可以减少投放量如减半投放，当出水COD降至100mg/L以下，可停止投放营养物质溶液，用高温废水直接进行稳定性驯化，当然，营养物质溶液也可以在驯化过程中逐渐减少投放量。采用本发明方法一般在20～40天内可得到用于直接处理高温废水的微生物。所培养后的微生物可直接用于处理性质相当的高温废水，或置于冰箱冷藏保存备用。油田采出水一般矿化度较高，为了使微生物适应高矿化度的微生态环境，在驯化过程中，在升温驯化的同时，控制驯化液的矿化度，在驯化初期如第1、2周，最好控制矿化度20g/L以下，然后逐步提矿化度，当微生物具有一定适应性的后期，控制矿化度30g/L以下。

稳定运转阶段每天进行1～4个操作周期，进水开始曝气，进水工序时间占曝气工序时间的20～60％；曝气工序占每个操作周期时间的60～95％，沉降工序占每个操作周期时间的2～25％，排水工序占每个操作周期时间的2～25％。在每个操作周期中投加氮和磷，其COD∶N∶P比例按重量计为：200∶5～10∶1～2。氮通过投加尿素实现，磷通过投加磷盐实现，氮和磷最好在进水工序加入。生物反应池内的温度控制在40℃～60℃，pH值控制在6～10，优选为7～9。所述的曝气工序控制生物反应池内的氧溶解量为0.5～7mg/L，空气水体积比为60～80时可以实现。

反应工艺形式可以采用间歇式活性污泥法或间歇式生物膜法，一般来说，间歇式活性污泥法的进水容积负荷为0.4～1.5KgCOD/m^3.d，间歇式生物膜法的进水容积负荷为0.2～1.2KgCOD/m^3.d。下面结合附图的生物膜法反应池进一步说明本发明方法及效果。

生物膜法反应池由反应池体1、进水管2、出水管3、生物载体(填料)4、曝气管5、排泥、放空管6以及一些控制和动力设备组成。生物反应池内设置生物载体4，生物载体上附有嗜热微生物，反应池体1上部设进水管2，反应池体1不同高度位置设出水管3，反应池体1底部设置有排泥、放空管6，曝气管5设置在反应池体底部中央，与曝气管线相联。其中所用的生物载体(填料)是由中心件和固定其上的弹性纤维构成，中心件垂直固定于生物反应池的顶部，中心件是支撑弹性纤维的结构，可由具有一定强度的金属或非金属材料制成。弹性纤维为丝状可负载微生物的材料如活性炭纤维等，弹性纤维可采用缠绕、穿插、粘合等方法固定在中心件上。

采用生物膜反应池的优点在于：装置耐冲击，适应水质、水量波动的能力强，运行比较稳定，反应池中大部分微生物附在填料上，随出水流失量少，适于处理生化性较差的有机废水。曝气时气泡在填料中曲折穿过，产生气泡切割，缩小气泡体积，增加氧的利用率，节约能耗。沉降工序的时间可以设定很短，增加了生化反应的有效时间。由于这种处理工艺不需要一沉池、二沉池和污泥回流系统，因此可以减少占地、降低造价。

下面通过实施例对本发明方法进行详细说明。

实施例1

一种海洋油田采油废水，其温度为48℃，废水的COD浓度为500mg/L左右，矿化度为28g/L。

原始菌种的采集：从生化曝气池采集原始菌种，用20目的标准筛过滤后，沉降、弃去上清液，分离出纯净的活性污泥。

活性污泥的驯化是按照间歇式活性污泥法的运行方式进行的，加入30℃的海洋油田采油废水，采用浓度500mg/L的葡萄糖溶液与废水进行按体积1∶1混合，葡萄糖加入量与COD的重量比为1∶1。采用每天1个周期驯化微生物，升温的幅度为5℃/周。在驯化期间按COD∶N∶P＝200∶5∶1的比例(按重量计)投加尿素和磷酸二氢钠作为微生物生长繁殖的氮源和磷源。曝气工序为20小时，进水工序为1小时，沉降工序为2小时，排水工序为1小时，曝气空气与废水体积比为90，容积负荷为0.4kgCOD/m^3.d。前两周控制矿化度为14g/L，第三周控制矿化度为25g/L，前经过3周驯化，水温达到40℃，停止投放营养物质，用废水直接进行稳定性驯化，采用每天2个周期进行驯化，同时调整温度，用10天时间将水温调整至待处理废水温度(48℃)，同时将矿化度调整为28g/L，当出水COD稳定达到100mg/L时，驯化结束。

以此微生物采用生物膜法处理本例油田采出废水，每天进行4个操作周期，充水工序为2小时，曝气工序为3.5小时，沉降工序为20分钟，排水工序为10分钟，气水体积比为60∶1，水温为48℃，pH值为7.5，溶解氧含量为3mg/L，容积负荷为0.7kgCOD/m^3.d，在进水工序按COD∶N∶P比例按重量计为200∶5∶2投加尿素和磷酸二氢钠，出水COD稳定在60mg/L左右。

实施例2

一种海洋油田采油废水，其废水的温度为46℃，废水的COD浓度为1000mg/L左右，矿化度为30g/L。

原始菌种的采集：从生化曝气池采集原始菌种，用20目的标准筛过滤后，沉降、弃去上清液，分离出纯净的活性污泥。活性污泥的驯化是按照间歇式活性污泥法的运行方式进行的，加入30℃的海洋油田采油废水，采用浓度1500mg/L的葡萄糖溶液与废水进行按体积1∶1混合，葡萄糖加入量与COD的重量比为1.5∶1。采用每天1个周期驯化微生物，在驯化期间按COD∶N∶P＝200∶8∶2的比例(按重量计)投加尿素和磷酸二氢钠作为微生物生长繁殖的氮源和磷源。曝气工序为20小时，进水工序为1小时，沉降工序为2小时，排水工序为1小时，曝气空气与废水体积比为100，容积负荷为0.5kgCOD/m^3.d。经过4周驯化，第1、2周升温的幅度为3℃/周，矿化度控制为15g/L，第3、4周升温幅度为4℃/周，矿化度控制25g/L，水温达到44℃，停止投放营养物质，用废水直接进行稳定性驯化，采用每天2个周期进行驯化，同时调整温度，用一周时间将水温调整至待处理废水温度(46℃)，同时将矿化度调整为30g/L，当出水COD稳定达到100mg/L时，驯化结束。

以此微生物采用生物膜法反应池，处理本例油田采出废水。每天进行3个操作周期，进水工序为3小时，曝气工序为4.5小时，沉降工序为20分钟，排水工序为10分钟，气水体积比为60∶1，水温为46℃，pH值为7.3，溶解氧含量为3mg/L，容积负荷为1.2kg.COD/m^3.d，在进水工序按COD∶N∶P比例按重量计为200∶10∶2投加尿素和磷酸二氢钠，出水COD稳定在70mg/L左右。

实施例3

一种陆地油田采油废水，其废水的温度为55℃，废水的COD浓度为150mg/L左右，矿化度为26g/L。

原始菌种的采集：从生化曝气池采集原始菌种，用20目的标准筛过滤后，沉降、弃去上清液，分离出纯净的活性污泥。活性污泥的驯化是按照间歇式活性污泥法的运行方式进行的，加入30℃的海洋油田采油废水，采用浓度150mg/L的葡萄糖溶液与废水进行按体积1∶1混合，葡萄糖加入量与COD的重量比为1∶1。采用每天1个周期驯化微生物，在驯化期间按COD∶N∶P＝200∶7∶1的比例(按重量计)投加尿素和磷酸二氢钠作为微生物生长繁殖的氮源和磷源。曝气工序为20小时，进水工序为1小时，沉降工序为2小时，排水工序为1小时，曝气空气与废水体积比为120，容积负荷为0.2kgCOD/m^3.d。经过4周驯化，第1周升温的幅度为5℃/周，控制矿化度为13g/L，第2、3周升温幅度为4℃/周，控制矿化度为20g/L，第4周升温幅度为5℃/周，控制矿化度为20g/L，水温达到48℃，停止投放营养物质溶液，用废水直接进行稳定性驯化，采用每天2个周期进行驯化，各工序时间按上面操作减半，同时调整温度，用两周时间将水温调整至待处理废水温度(55℃)，同时调整矿化度为26g/L，当出水COD稳定达到70mg/L时，驯化结束。

以此微生物采用生物膜法反应池，处理本例油田采出废水。每天进行4个操作周期，进水工序为3小时，曝气工序为2.5小时，沉降工序为20分钟，排水工序为10分钟，气水体积比为70∶1，水温为55℃，pH值为6.7，溶解氧含量为3mg/L，容积负荷为0.4kg.COD/m^3.d，在进水工序按COD∶N∶P比例按重量计为200∶5∶1投加尿素和磷酸二氢钠，出水COD稳定在40mg/L左右。

Claims

1、一种油田采出废水的生化处理方法，采用间歇式工艺，包括微生物驯化阶段和稳定运转阶段：

其特征在于微生物驯化阶段包括原始菌种的采集和原始菌种的驯化，向生物反应池中加入18℃～35℃的废水、营养物质溶液和原始菌种，按照间歇式生化法的运行方式进行驯化，每天运行1～2个周期，以3～6℃/周进行升温，在温度升高到40℃～60℃，废水化学需氧量从100～1500mg/L降至30～90mg/L以下时，直接用高温废水进行稳定性驯化，出水COD降至30～90mg/L以下时驯化结束；

稳定运转阶段：驯化完成后的微生物用于处理高温废水，采用间歇式活性污泥法工艺或间歇式生物膜法工艺，每天进行1～4个周期，进水容积负荷为0.2～1.5kgCOD/m³·d，矿化度控制35g/L以下，反应池温度为40℃～60℃；所述的高温废水为40℃～60℃的废水。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的原始菌种的采集方法为：从生化曝气池采集原始菌种，用20目的标准筛过滤后，沉降、弃去上清液，分离出纯净的活性污泥为原始菌种。

3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的营养物质溶液是葡萄糖溶液，葡萄糖溶液的浓度是0.5～2倍于COD浓度，控制调配后的驯化液中葡萄糖与废水COD重量比为1～2∶1。

4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述驯化过程及稳定运转过程投放氮和磷，按COD∶N∶P＝200∶5～10∶1～2的重量比例投加尿素和磷酸二氢钠。

5、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的驯化过程的间歇式操作条件为曝气工序占每个周期的75～95％，空气水体积比一般为70～100，容积负荷为0.1～0.8kgCOD/m³·d。

6、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的驯化过程逐步提高矿化度，初期控制20g/L以下，后期控制30g/L以下。

7、按照权利要求1所述的方法，其特征在于稳定运转阶段进水开始曝气，进水工序时间占曝气工序时间的20～60％，曝气工序占每个操作周期时间的60～95％，沉降工序占每个操作周期时间的2～25％，排水工序占每个操作周期时间的2～25％，氮和磷在进水工序加入。

8、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述稳定运转阶段生物反应池pH值控制在6～10，氧溶解量为0.5～7mg/L，空气水体积比为60～80。

9、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的间歇式生物膜法反应池由反应池体、进水管、出水管、生物载体、曝气管、排泥和放空管以及控制和动力设备组成；生物反应池内设置生物载体，生物载体上附有微生物，反应池体上部设进水管，反应池体不同高度位置设出水管，反应池体底部设置有排泥和放空管，曝气管设置在反应池体底部中央，与曝气管线相联。

10、按照权利要求9所述的方法，其特征在于所述的生物载体由中心件和固定其上的弹性纤维构成。