微生物+膜过滤组合技术在特低渗透油田污水处理中的应用

郭栋 王桂林 雷创 宋御冕 蔡超 宋晨 黄海丽（中国石油华北油田分公司第五采油厂）

微生物+膜过滤组合技术在特低渗透油田污水处理中的应用

郭栋 王桂林 雷创 宋御冕 蔡超 宋晨 黄海丽（中国石油华北油田分公司第五采油厂）

低渗透和特低渗透油田由于孔隙小、喉道细，对注入水质要求非常高，常规污水处理工艺很难满足其注入水质要求。通过在车城油田应用微生物+膜过滤组合技术，水质达到了1级标准，实现了污水有效回注，年节约清水资源54.75×104m3，节约电量350×104kWh。

特低渗透油田污水处理膜过滤微生物

车城油田作为典型的特低渗透油田，具有孔隙小、喉道细、孔隙结构复杂、对注入水质要求高等特征，常规污水处理工艺不能满足注入水质要求。随着开发的不断深入，车城油田的综合含水率达到了82.7%，日产污水量达到1500 m3。由于水质达不到回注指标要求，只能注清水维持地层能量，保障开发效果，污水回注至无效层位，造成了能量的巨大浪费。为节约清水资源、减少无效注水费用，通过应用微生物+膜过滤组合技术水质达到了“5.1.1”标准，实现了有效回注。

1 微生物技术

通过在微生物反应池中添加针对车城油田产出污水特性（表1）研发的专性菌，降解原油中的烃类、芳香烃和脂类有机物，同时强化对烃类、蜡类以及酚、萘、胺、苯、煤油等的生物降解[1]。在适宜的生长环境条件下，水中的溶解性有机物透过细菌的细胞壁被细菌作为营养物质吸收，转化为自身细胞，固体和胶体等不溶性有机物先附着在细菌体外，被细菌分泌的一种特殊的酶分解成可溶性物质，再渗入细胞体内，通过细菌的生命过程——氧化、还原、合成等将复杂有机物降解成简单无机物，达到净水的目的。

1.1微生物反应池

车城油田微生物反应池为活性污泥处理法，共6座单池，分两组并列，3池串联运行，总容积1320 m3。反应池的容积是以水力停留时间（HRT）不低于8 h为依据进行建设。研究[2]表明：水力停留时间较长时，反应池内营养水平下降，微生物为了维持自身生长，就会以溶解性微生物产物（SMP）为营养来源，不仅提高了微生物处理效果，而且还降低了SMP对后期过滤膜的污染程度。

1.2风机与布气系统

微生物反应菌是喜氧菌，需持续向反应池内曝气，以维持微生物新陈代谢的正常进行。风机风量的大小与台数的选择是以每立方米污水中的微生物耗气量18～22 m3为计算依据。池底均匀安装布气头，每只布气头控制面积0.5～1.0 m2，其安装数量取决于气水比与布气头最佳出气能力。

1.3冷却塔

为了维持反应池内微生物的最佳活性（图1），需通过冷却塔将进水温度（42℃）降至25～35℃。

2 膜过滤技术

超滤膜通常为不对称的多孔膜，表面孔径多为20～50 nm，截留分子质量范围较宽[3]。车城油田膜处理装置设置4组，每组由5只膜原件串联运行。膜处理装置采用错流过滤，每组配备1台循环水泵，其作用是为膜处理装置提供运行所需的高流速以便形成紊流，确保良好的膜通量和较低的膜污染并补充膜处理装置过滤造成的压力损失。

表1 车城油田产出污水特性

膜清洗是清除膜污染、恢复膜通量、确保膜正常运行的常规方法，主要包括水洗和化学清洗。水洗只能有限地恢复膜通量，长期运行条件下，膜表面及膜孔内难以去除的污染物累积到一定程度必须进行化学清洗，主要包括酸洗、碱洗和表面活性剂清洗等[4]。

图1 菌种生长温度特性

3 微生物+膜过滤组合技术

3.1工艺流程

将微生物与膜过滤有机结合起来形成微生物+膜过滤组合技术，其工艺流程见图2。一方面油区来水经沉降后进入微生物反应池，通过微生物对污水中的有机物进行降解，减少对膜的污染；另一方面膜可以将悬浮物、SRB、TGB、FB等进行截留，达到水质指标要求，同时能够将反应池内的微生物进行截留，并通过循环泵回流至反应池，提高微生物的利用率。

图2 车城油田污水处理工艺流程

3.2技术特点

1）污水处理的整个过程中，不需要添加絮凝剂、混凝剂、杀菌剂等其他辅助化学助剂，避免了因添加化学助剂引起的二次污染堵塞地层，降低地层吸水能力[5]。

2）微生物改变了污泥特性，可以去除钙、镁等离子对膜的污染，同时采用的超滤膜孔径小，能够大量截留悬浮物及细菌，膜出水中悬浮物含量、细菌含量几乎为零。

3）微生物+膜过滤工艺自动化程度高，减轻了劳动强度。

4）微生物产生的污泥量小，并且没有二次污染。

4 应用效果

车城油田微生物+膜过滤组合工艺自2014年6月投产后，系统运行平稳，出水水质稳定（表2），达到了特低渗透油田注水水质指标要求，实现了污水有效回注。

表2 应用微生物+膜过滤处理流程前后水质对比

水质达到1级标准后，日产1500 m3污水全部有效回注，年可节约清水资源54.75×104m3，节约电量350×104kWh。

5 结论与建议

1）微生物+膜过滤组合污水处理技术达到了车城油田注入水质指标要求，实现了污水有效回注。

2）该工艺不需添加化学助剂，运行成本低，自动化程度高，产生污泥量少且不存在二次污染。

3）微生物反应菌为喜氧菌，生产现场停电2 h以上必须启动临时供电确保风机正常运转，以保障微生物所需溶氧量。

[1]吴至良,程汉东.微生物与膜过滤复合技术在处理油田污水的研究及现场试验[J].东华理工大学学报(自然科学版),2008,31(4):365-368.

[2]仵海燕,李开明,陈中颖.水力停留时间对MBR中溶解性微生物产物生成的影响[J].环境工程学报,2014,8(3): 1087-1090.

[3]时均,袁权,高从阶.膜技术手册[M].北京:化学工业出版社,2001:366.

[4]高学理,潘振江.油田采出水的超滤处理技术[J].工业水处理,2011,31(3):15-19.

[5]周亚琴.微生物与膜处理工艺在姚店油田水处理中的应用[J].延安大学学报(自然科学版),2009,28(3):86-89.

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.012.010

2014-08-14）

郭栋，2010年毕业于中国石油大学（北京）（石油工程专业），从事注水管理工作，E-mail：cy5_guod@petrochina.com. cn，地址：河北省石家庄辛集市华北油田公司第五采油厂工程技术研究所，052360。