油田采出水微生物处理橇装一体化技术研究

王庆吉 裴艳玲 卢晓平 陈明月 韩京恩3大庆油田工程有限公司

2大庆油田有限责任公司第一采油厂

3大庆油田有限责任公司第十采油厂

随着大庆外围油田的逐渐开发，一些零散区块系统依托性差，一般处于环境敏感区域，采出的含油污水不能外排，需输送至污水处理站进行集中处理。随着开发时间的延长，采出液综合含水率逐渐升高，含油污水量逐年增加，其输送成本较高、管理难度大，并且影响已建处理系统的稳定运行（严重超负荷等）。对含油污水就地处理回注是缓解该矛盾的有效措施，但该类区块储层渗透率低，对注水水质要求高，注水水质需达到特低渗透油层注水水质“5.1.1”指标[1]。针对分散区块含油污水的特点以及含油污水就地处理回注的生产需求，利用微生物处理技术，筛选、配伍、培养出一种适合外围油田分散区块含硫采出水的微生物菌剂[2-3]，开发出1套适合外围分散区块橇装一体化采出水处理装置。它能够作为后续颗粒滤料过滤和精细过滤的前端预处理装置进行有效除油和除硫，提高了分散区块采出水橇装处理的最终出水水质。

1 水质可生化性分析

为了使筛选的菌群及现场处理装置设计参数更有针对性，首先对采自油田边缘零散区块的采出水进行水质分析，分析项目主要包括污水中主要污染因子及微生物生长影响因子等。水质检测结果见表 1。

表1 水质检测结果Tab.1 Water quality detection results

从表1可以看出，来水中除悬浮污油及固体外，还存有一部分的乳化油，采用微生物法对乳化油进行破乳，应筛选相应的破乳菌；同时，考察水中较高的硫化物和总铁含量对微生物的影响[4-5]。另外，根据对该水样水质分析结果，C(B OD5)∶C(N)∶C(P)=179∶6.5∶0.21，即 BOD5179 mg/L，总氮6.5 mg/L，总磷0.21 mg/L，加上水温、pH值、盐度（矿化度）、微量元素等水质条件，认为该污水具有较高的可生化性。

2 菌种筛选及降解能力验证

2.1 菌种筛选

菌种筛选过程中使用以下培养基：每1 L培养基含有 NaNO31.5 g、（NH4）2SO41.5 g、K2HPO41 g、MgSO4·7H2O 0.5 g、KCl 0.5 g、FeSO4·7H2O 0.01 g、CaCl20.002 g、蒸馏水1 000 mL，以及原油1 g、pH值7.0。分离培养基为筛选用无机盐液体培养基中加入2%琼脂。将5 g原油污染土壤样品加入100 mL筛选用培养基中，在35℃、150 r/min摇床中培养7天。待培养液混浊后，吸取5 mL培养液重新转接入新鲜液体培养基中，与上述培养条件相同连续转接富集培养3次。采用稀释平板法进行分离，将培养液系列稀释后，取0.2 mL稀释液涂布于固体培养基中，培养48 h；待平板长出菌落后选择不同颜色及形态的单菌落，分别回接于含油液体培养基中，在2种含油培养基中均能生长的即为原油降解微生物。筛选得到了10个具有较强原油降解能力的纯培养菌株，将各菌群按照5%的体积比例投入到新鲜液体培养基中，在35℃、150 r/min摇床中培养7天。检测结果表明，原油降解率达到43.6%～64.2%，如图1、图2所示。这表明各菌株在35℃的较高温度条件下具有良好的原油降解能力，168 h内可降解原油436～642 mg/L。

图1 各菌株原油降解能力检测结果Fig.1 Detection results of crude oil degradation capacity for each strain

图2 微生物菌种照片Fig.2 Photos of microbial species

2.2 菌种降解效能

使用肇东一联含油污水代替原油培养基，将菌株培养液按照10%的体积比例接种至污水中，在35℃、150 r/min摇床中培养48 h。结果表明各菌种水中含油量降解率为67.9%～88.5%，如图3所示。这表明筛选得到的微生物菌群对外围某分散区块含油污水具有良好适应性，并且具有较高的原油降解能力。

图3 各菌株原油降解效能验证Fig.3 Performance verification of crude oil degradation efficiency for each strain

3 微生物橇装处理装置设计

为满足零散区块含油污水就地处理对设备装置的需求，通过优化设计，实现了整套设备的模块化，占地面积非常小，运输和安装灵活方便。将装置所有设备集成为2个橇装件，尺寸分别为8.5 m×2.4 m×2.9 m和8 m×2.4 m×2.9 m，装置处理量为10 m3/h，2级总停留时间不超过12 h。污水首先进入微生物预处理油水分离区进行油水分离（图4）。微生物预处理装置内设有微生物折流板、微孔陶瓷曝气器、弹性组合填料、自动污油回收装置、自动排污装置。

图4 微生物预处理装置结构照片Fig.4 Structure of microbial pretreatment device

微生物预处理装置出水流入微生物处理装置（图5），在微生物的新陈代谢作用下污水中的有机物被微生物分解转化[6]，一部分作为营养物质合成微生物细胞结构，另一部分被分解成二氧化碳和水；并且在微生物活动过程中分泌一些特殊酶类，可进一步去除水体中的有机悬浮物及残存污油，达到生物降解的目的[7-8]。另外，微生物菌种可利用水中无机盐、有机物作为营养物质[9]，无需添加其他营养，处理后果对环境影响小，不产生二次污染[10]。微生物处理装置内设有微生物折流板、微生物供氧所需的中孔纤维曝气管、耐油性微生物组合填料、自动污油回收装置、自动排污装置及移动冲洗竖片过滤器。微生物降解后的水进入装置内竖片式过滤装置，将水中多余的悬浮物截留起到过滤作用。竖片式过滤装置可通过时间继电器对设备进行吸扫式反洗去除截留的悬浮物[11]。

图5 微生物处理装置结构照片Fig.5 Structure of microorganism treatment device

4 现场试验

4.1 微生物培养

首先清水试运行，检查机泵运行是否正常，曝气风机运行是否稳定，曝气效果良好无偏曝现象，并且整体设备荷载运行72 h无异常情况；然后开始进污水连续运行，同时分批次投加菌种1 m3，期间持续观察水质情况、微生物生长情况（图6）。

图6 微生物挂膜成功实物照片Fig.6 Photos of successful hanging film for microorganisms

4.2 试验效果

利用流程“来水→微生物预处理装置→微生物处理装置→过滤器→出水”进行现场试验，旨在考察微生物反应池的去除效果（图7～图9）。

图7 橇装装置对含油的去除效果Fig.7 Removal effect of oil content for skid-mounted device

图8 橇装装置对悬浮固体含量的去除效果Fig.8 Removal effect of suspended solid for skid-mounted device

图9 橇装装置对硫化物的去除效果Fig.9 Removal effect of sulfide for skid-mounted device

处理量为9.5 m3/h、含油量小于112 mg/L、悬浮固体含量小于41.5 mg/L、硫化物含量小于34.4 mg/L的来水，经橇装化微生物装置（含过滤器）处理后，出水的含油量平均为1.41 mg/L，悬浮固体含量平均为3.99 mg/L，粒径平均为0.942 μm，硫化物含量平均为1.16 mg/L，达到预期的“含油量＜10 mg/L、悬浮固体含量＜15 mg/L”装置滤前出水控制指标，微生物除油及除硫效果较为理想，出水的悬浮固体含量较高。

5 结论

（1）针对高含硫含油采出水特点，共筛选了10株可用于采油污水处理的菌株，包括3株破乳菌、4株直链烷烃降解菌和3株环烷烃降解菌。

（2）验证了微生物对含油采出水的处理效果。根据现场处理效果，装置对含油的去除率为96%，对悬浮固体的去除率为96%，对硫化物的去除效果较为明显，去除率达到96%。处理后水质可达到“含油量≤10 mg/L、悬浮固体含量≤15 mg/L、硫化物含量≤2 mg/L”的预期控制指标。

（3）优化设计橇装一体化微生物处理装置内部结构，实现较短停留时间内的微生物高效降解，最终形成采出水微生物处理橇装一体化技术。在后端增加粗过滤和精细过滤系统后可弥补油田含硫采出水橇装处理工艺的空白[12]，可以满足零散小区块油田低渗透或特低渗透采出水就地回注的处理要求。