生物法处理采油废水的研究进展

梁 琦，李 思，张金辉

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

在石油开采过程中，会产生大量的油田采出水，这些废水成分复杂，含有大量烷烃、重金属、挥发酚、多环芳烃、放射性等物质，而且我国现在大部分油田均已进入后期开发，所以采出液含水率越来越高，废水量也在增加[1]。目前，我国处理采油废水的方法主要有隔油、生物法、絮凝、浮选、砂滤、粗粒化等。生物法废水处理技术是利用微生物的生化作用氧化分解废水中的有机成分，无需投加化学药剂，不会造成二次污染，成本低，因此受到越来越多学者的关注。本文对目前研究较多的几种生物处理采油废水的工艺进行了概述，包括：好氧生物处理、厌氧-好氧生物处理以及人工湿地法，并提出了几点建议，以期为相关研究提供参考。

1 生物法处理采油废水的应用

1.1 好氧生物处理

1.1.1 活性污泥法

采油废水成分复杂，含有大量有机物和悬浮性固体，矿化度高。活性污泥法是利用生物酶对有机物进行代谢转化，从而对废水进行无害化处理[2]。赵天亮[3]等人以中原油田高含盐采油废水为研究对象，采用好氧活性污泥法进行处理, 对曝气时间、原水质量分数和氯含量等因素进行考察, 结果表明，经过驯化的活性污泥可适应高含盐环境，当驯化时间为4~6 d，含盐量为15%~45%时，CODCr去除率可达90%。马少华[4]采用加压法驯化活性污泥来处理聚合物驱采油废水。并运用了重铬酸钾法和稀释接种法等分析方法，研究随着曝气时间和进水浓度的变化，活性污泥废水中 CODCr、油含量和HPAM的变化情况。结果显示，虽然聚合物驱采油废水可生化性较差，但当控制曝气时间为12 h时，CODcr去除率可达80%，除油率高于76%。王振宇[5]通过好氧活性污泥法处理经过预处理的采油废水，并建立相应的数学模型。通过观察发现，系统稳定后 COD去除率在 70%以上，多环芳烃去除率较高，在90%以上。另外作者还考察了酵母菌在采油废水处理中的作用，虽然现在对于酵母菌的研究还处于起步阶段，但是可以断定，酵母菌将会在烃类污染物的去除中起到更重要的作用。

虽活性污泥法处理采油废水可以达到较高的COD去除率和油去除率。但是活性污泥法也有一些缺点，例如占地面积大，污泥量大，处理工程量大等，此外，高效降解菌方面开发研究还不够，生物反应器相对比较落后。

1.1.2 生物膜法

生物膜法是一种新兴的高效采油废水处理技术，它充分利用了超滤膜的高效过滤作用，且不需要二沉池和污泥回流系统，具有成本低、能耗少等优点[6]。生物膜法主要包括生物滤池、生物流化床和生物接触氧化等，其中生物滤池具有负荷高，抗冲击力强等特点，所以近年来对生物滤池法的研究较多。赵昕[7]等人通过观察固定化曝气生物滤池中盐度的变化，来研究曝气滤池对采油废水的处理能力。当进水盐度为0%~3%时，系统对人工合成采油废水的处理效果良好。通过观察10 d后不通同盐度对微生物载体的影响后发现，若想使曝气池中微生物的降解性能达到最好，盐度应该控制在15%，主要原因是盐度决定微生物的DNA性能变化。随后作者又进行了进一步研究，发现进水盐度调为0%~3%时，石油类、COD、TOC 等有机物的降解效果才能达到良好。倪晋仁[8]等对采油废水中有机物在曝气池中的降解进行了研究。通过对水力停留时间为4 h的采油废水进行 GC-MS分析后，发现正十三烷到正三十二烷的烷烃是主要构成采油废水中的有机物质。因为降解过程中会有中间产物的累积，所以出水中烷烃类物质所占比例下降，相反的芳香族物质比例则会上升。该工艺对含有四环和五环的毒性适中的强溶质性物质降解率可达98%，而含有两个苯环的差脂溶性萘的降解效率仅为 66.4%。汪严明[9]等人将带有复合微生物的特殊载体运用到曝气生物滤池反应系统中，并以此处理采油废水，利用GC-MS分析水中的污染物成分，通过观察载体情况来了解曝气生物滤池处理废水的优势。结果显示，响应值的最高峰出现在21.7 min，且 PUFS 载体固定微生物的固定化曝气滤池系统可以在盐度大于0.5%，C∶N∶P=100∶2.58∶0.044的情况下有效的处理石油类有机污染物，平均降解速率在 90.5%左右。大分子量的烷烃类物质可以通过此反应系统被切碎成小分子量物质。许谦[10]等人采用序批式生物膜法处理油田采油废水，作者通过加入FYS-5微生物催生剂的方法来迅速培养能处理采油废水的微生物，这样不仅可以有效去除有毒有害的物质，还能提高处理效率，维持良好的微生物生长状况。采用序批式生物膜法可以把絮凝后的废水 COD 控制在500 mg/L 左右，并能保持进水容积负荷在 0.5 kg COD/(m3·d)，处理后的采油废水能达到国家要求的一级标准。综上所述，生物膜法不仅可以提高水利负荷，还能减少污泥产量，高效地处理低有机负荷废水。虽然生物膜法在处理采油废水方面有一定的优势，但生物膜法处理废水对操作的要求十分的严格，而且一旦处理设施受冲击将很难恢复，所以还有待进一步研究和提高。

1.2 厌氧-好氧法生物处理

厌氧-好氧式组合生物处理法可以充分利用微生物的代谢活动，对废水中有机污染物进行去除。厌氧-好氧法首先通过厌氧段将废水中的绝大多数有机物去除，然后再经过好氧段进行进一步处理。与单纯的好氧处理相比，厌氧-好氧运行稳定，污泥沉降性能好，不会出现污泥膨胀，能耗和成本也相对较低。焦向民[11]等通过好氧—厌氧生化处理技术对冀东油田采油废水进行处理。处理后废水的各项指标为：石油类≤5 mg/L、CODCr≤100 mg/L、SS≤70 mg/L，均达到国家标准要求，而且该生物处理系统还可以节约7%费用，经济效益也得到了很大提高。李源[12]等通过高温厌氧-好氧处理工艺对油田采出水进行了处理，实验过程包括连续实验和间歇实验两部分，因为实验中的微生物对温度很敏感，所以作者为了维持反应器的正常处理效果，尽量减小温度的改变。最终的实验数据显示，出水CODCr值可稳定在120 mg/L 左右，达到国家一级排放标准。杜卫东[13]等利用厌氧酸化与-接触氧化法对当地生化性较差的采油废水进行改良。最终数据显示出水BOD5/COD值提高了24.8%，对废水中油的平均去除率为57.9%，充分证明了 ABR-BAF工艺能够很好的处理采油产生的废水。金明权[14]等人运用厌氧-好氧法对冀东油田采油废水进行处理，结果显示，水力停留时间为12 h，COD有机负荷在0.6~0.7 kgCOD/(m3·d)的条件下，可取得最佳的处理效果，出水COD为65 mg/L，达到国家排放一级标准。总的来说，厌氧-好氧法能有效将采油废水中的高分子有机物降解，同时很好的去除SS，提高其好氧可生化性。但是此方法也有一定的缺点，例如：污泥床内有短流现象，这样会影响整个系统处理废水能力；系统对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。

1.3 人工湿地法

人工湿地法是人工设计并模拟建造的一种生物处理方法，它通过由基质、植物和微生物所组成的复合生态系统来处理采油废水。马尧[15]等人改进了传统的二级生物处理方法，采用人工湿地法处理新疆油田采油废水。实验包括三个步骤：首先，利用隔油-晒水池，去除废水中粒径较小、处于悬浮状的油粒。其次，利用芦苇湿地来处理隔油池出水。最后再经过生物塘进行调节，最终完成废水的处理。实验结果显示，经过处理的废水CODMn明显降低，达到排放要求。黄翔峰[16]等对比了水解酸化-人工湿地和水解酸化-好氧-人工湿地对某油田联合站出水的处理情况。结果显示，两种方法均能有效的处理经隔油和混凝处理的采油废水，好氧段可以改善人工湿地的硝化过程，水解酸化可以显著提高废水的可生化性，该工艺可以显著降解废水中的苯环类污染物，但对十六烷酸和癸烯的处理效果不是很显著。祝威[17]等人利用人工湿地工艺处理胜利油田经隔油、混凝处理后的采油废水，并观察其生态毒性的削减情况，研究结果表明，在水解酸化段水力停留时间为20 h，好氧段时间为10 h的情况下，出水COD≤80 mg/L，且经过生化处理的废水毒性大幅削减，说明人工湿地法的运用可以很好地改善胜利油田采油废水。总之，利用人工湿地法可以高效的处理采油废水，降低废水毒性，而且还能协调好经济效益和生态效益，符合国家可持续发展这一国策。但是人工湿地法占地面积大，对湿地环境要求高，操作工程量大，因此还需要进一步研究和提高。

2 结 论

采油废水是废水处理工艺中的重要课题。本文对近年来国内的生物处理技术进行了综述，笔者建议今后应围绕以下几个方面进行研究：对活性污泥法及人工湿地法进行改善，解决其占地面积大、污泥量大及工程量大等问题；开发高效适合的降解菌，以满足生物处理法的需要；增加生物膜法及厌氧-好氧生物法对外来冲击的抵抗性能，避免短流现象；运用多种方法综合处理废水，以提高处理效率；现在采油废水处理技术在回注水和外排水的水质上仍存在问题，还应进一步研究；生化处理中有一些菌剂在外排时应该进行监测，防止乱排现象。

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