油田污水微生物處理技術研究進展

張 馳，蔡緒森

（長江大學石油工程學院，湖北武漢 430100）

微生物處理污水是先培養專項菌群，菌群通過水合、繁殖、分解以及競爭形成優勢菌群，再利用優勢菌群的作用對污水中的有機物（烴類、脂類等）進行生物降解，把有機物轉化為新的生物細胞及簡單的無機物，最終達到去除有機物的目的。在石油行業中，處理油田污水也可以采用微生物處理的方法。近年來，國內外很多油田都開始采用微生物方法來處理油田污水，給油田帶來了很好的經濟效益。

1 油田污水微生物處理的優勢

在油田污水處理工藝中，石油類及懸浮物一般采用隔油-混凝-過濾的方法處理，但是采用該方法會導致采出水的部分指標難以達標，尤其是稠油污水、聚合物采出水、高含鹽采出水的CODcr 會嚴重偏高，達標率僅為50 %左右[1]。在國內其他行業大都采用生化處理法解決COD 值過高的問題，石油行業也可以借鑒這一方法。采用微生物方法處理污水，這樣可以將原油較徹底的分離、分解，不僅成本低、操作簡便、降解效果好，還能夠有效的減少化學處理方式造成的污染、保護生態環境[2]。以上這些優勢也導致微生物方法成為現階段油田污水處理技術的主流。

2 油田污水微生物處理的應用

微生物處理污水按照微生物代謝類型的不同可以分為好養處理方法和厭氧處理方法。目前，污水好氧處理工藝主要包括活性污泥法、氧化塘法、生物膜法、AB處理法等方法。厭氧處理工藝主要包括厭氧接觸法、厭氧生物轉盤、升流式厭氧污泥床（UASB）等方法[3]（見圖1）。這些微生物處理污水的方法很多都被廣泛運用到油田污水的處理中，取得了很好的效果。

圖1 現階段微生物處理油田污水的主要方法及分類

2.1 活性污泥法

活性污泥法是將篩選出的具有特定降解功能的細菌菌液，按照一定的比率投入到生化池中，使混合液內特定的細菌處于最佳活性狀態，這樣不僅補充了曝氣池內所缺少的細菌，在流入污水水質不變的條件下，微生物氧化作用顯著。而且，在污水水質改變、環境變異的情況下，微生物仍能保持活性，提高曝氣池耐沖擊負荷能力，提高處理效果，近幾年來該方法同固定化微生物技術把篩選出的優勢菌種固定在載體上，不僅可提高濃度，還可增加停留時間，達到高效處理的目的。G.T.Tellers 等利用活性污泥法處理采油污水，研究表明停留時間為20 天時，能去除采油污水中98 %～99 %的碳氫化合物。勝利油田采用活性污泥處理法處理苯胺廢水，當污泥溶解氧為4～5 mg/L，pH 為6.5～7.0，沉降比為13 %～20 %，苯胺的濃度不大于131.9 mg/L 時，活性污泥對苯胺廢水有良好的處理效果，停留24 h 后降解率可達99.5 %[4]。

2.2 氧化塘法

氧化塘法是指利用水塘中的微生物和藻類等水生植物對污水和有機廢水進行需氧生物處理的方法。在該方法作用的過程中，水塘中的微生物分解污水中的有機物產生了二氧化碳、碳酸鹽、銨鹽等供藻類等水生植物生長，藻類等水生植物通過光合作用產生的氧氣又反過來供微生物生長，不僅如此其作用過程中的藻類蛋白還可以給水塘中魚、鳥等生物提供營養。該方法不僅可以對污水中的污染物進行有效地處理還能使作用過程中生成的物質得到充分的應用，取得不錯的經濟效益。氧化塘法在油田污水的處理中取得了很好的效果，大港油田通過氧化塘處理技術對采油廢水進行處理效果顯著，COD、石油類、SS 去除率2000 年到2004 年分別由43 %、51 %、14 %提高到77 %、98 %、26 %[5]。勝利油田運用該方法處理樁西采油廢水，硫化物、揮發酚都得到很好的處理，石油類含量由10.60 mg/L 下降到3.20 mg/L，COD 值由166.7 下降為127.9。

2.3 生物膜法

生物膜法是通過生物膜來吸附、降解有機物，從而達到凈化污水的作用。生物膜主要由微生物細胞和它們所產生的胞外多聚物組成，微生物生長在載體的表面且分布不均勻，不連續[6]。生物膜法與活性污泥法相比具有一些優勢，比如無需污泥回流，運行管理容易，無污泥膨脹問題，易于微生物生存，運行穩定等[7]。許謙等人采用序批式生物膜（SBBR）法處理油田廢水取得了很好的效果，在SBBR 裝置進水COD 容積負荷為0.5 kg/（m3·d）及進水COD 為500 mg/L 左右的條件下，經過近兩個月的連續運轉，COD 平均去除率超過80 %，出水中COD 低于100 mg/L，符合GB8978-1996《污水綜合排放標準》的要求，經過處理的污水可以直接排放[8]。

2.4 “AB”處理法

污水處理中所謂的“AB”法工藝，簡言之就是分作A 和B“兩階段曝氣”處理工藝，每個階段都有相互隔離的和獨立的曝氣過程和泥水分離過程，對于活性污泥的回流，也是相互隔離的，A 段沉淀池所產生的活性污泥回流到A 段曝氣池，B 段沉淀池所分離出來的活性污泥回流到B 段曝氣池內[9]。該方法在油田污水處理中也得到了很好的運用。中原油田石化總廠污水處理站采用“AB”處理法處理采油廢水，處理后的外排水石油類、氨氮等指標都達到回用水要求，但Cl-、COD 超標[10]?！癆B”法在處理污水時面臨著A 段產生臭氣污染環境、脫氮難度大、污泥產率高等問題。隨著各種石油污水處理技術的不斷進步，“AB”法已經很少運用于采油污水的處理中。

2.5 厭氧接觸法

厭氧接觸法是參照了好氧活性污泥法的工藝流程，在一個厭氧的完全混合反應器后增加了污泥分離和回流裝置，從而使污泥停留時間大于水力停留時間，有效地增加了反應器中的污泥濃度。在處理油田產油污水過程中，厭氧接觸法也發揮了重要的作用。冀東油田將厭氧接觸法與其他技術相結合，采用氣浮-厭氧-接觸氧化工藝處理油田聯合站剩余污水取得了很好的效果，工藝中的厭氧段是利用了水解過程，大大降低了污染負荷，將大分子難分解有機物分解為小分子有機物，提高了出水的可生化性[11]。

2.6 厭氧生物轉盤

厭氧生物轉盤技術主要用于處理高濃度的有機廢水和污泥。裝置主要由盤片、密封的反應槽、轉軸及驅動裝置組成，為收集沼氣和防止液面上的空間有氧存在，于上部加蓋密封?？勘P片表面生物膜和懸浮在反應槽中的厭氧活性污泥共同完成污水處理。盤片轉動時，作用在生物膜上的剪刀將老化的生物膜剝下，在水中呈懸浮狀態，隨水流出槽外，沼氣從槽頂排出。黃長盾、張志仁等人通過厭氧生物轉盤處理高濃度有機廢水的實驗發現，在中溫條件下，COD 容積負荷為5.44～11.6 kg/（m3·d），COD 去除率為70.6 %～74.7 %，總磷去除率為35 %～48.5 %，廢水中的有機氮基本上轉化為HN3-N，每去除1 kg COD 產生沼氣0.41～0.65 m3[12]。采用厭氧生物轉盤技術處理污水操作簡便、處理過程穩定性強，但是由于盤片成本較高，所以在各油田的應用比較有限。

2.7 升流式厭氧污泥床（UASB）

升流式厭氧污泥床（UASB）是能夠將污水中的污染物轉化成再生清潔能源（沼氣）的一項技術，設備主要由污泥反應區、氣液固三相分離器（包括沉淀區）和氣室三部分組成。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與底部污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物、把它轉化為沼氣。沼氣帶動污泥和水進入三相分離器，排出沼氣后，固液混合液在三相分離器的沉淀區將污泥沉降，與污泥分離的水則被排出。該技術對不同含固量的污水適應性很強，并且結構、運行操作維護管理比較簡單，價格較低，技術比較成熟，得到了廣泛的應用[13]。中國石油大學的劉春爽等人采用升流式厭氧污泥床（UASB）處理高鹽度稠油采出水發現：在m（COD）：m（TN）：m（TP）為1 200：10：1（其中COD 為化學需氧量，TN 為總氮，TP 為總磷），含鹽量為1.50 %、進水COD 負荷為0.80 kg/（m3·d）的條件下，COD 去除率能夠達到70 %，原油平均去除率達到70 %[14]。

3 油田污水微生物處理的發展前景

微生物污水處理技術在國內各個油田都得到了廣泛的運用，并且取得了很好的應用效果。微生物污水處理技術已經成為國內油田采出水處理的重要組成部分，但是該技術還是存在很多局限性，新型菌種的培養、生物膜成本等一直是人們致力解決的問題，因此在采用微生物處理油田污水時必須聯合其他先進的技術才能提高污水水質的達標率[15]。目前，國外油田采出水的處理技術已經從單純的物理化學方法或者生物技術逐漸發展為物理化學方法與生物技術相結合的綜合技術[16]，通過各種技術相互間的分工合作最終取得很好的效果，這也將成為我國微生物法處理油田污水今后的一個重要的發展方向。

4 結語

（1）微生物法處理污水技術相對于其他的污水處理方法具有成本低、方法簡便、有效降低污水COD 值、有效降低化學污染等優點。

（2）活性污泥法、氧化塘法、生物膜法等微生物處理方法被廣泛運用到國內各油田污水處理中去取得了很好的效果，因此，發展微生物法也成為今后我國油田污水處理的趨勢。

（3）微生物法處理 油田污水也存在一些不足之處，為了更好地有效提高污水水質的達標率，可以借鑒國外油田采用物理化學方法與微生物技術相結合的新思路，這也將成為今后我國油田污水處理的重點研究方向。

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