目前,我国大部分油田已进入开发中后期,大量的稠油区块被开采。在稠油开采以及稠油炼制过程中会产生大量的稠油污水。我国水资源相对比较短缺,如何对稠油污水进行有效的处理进而用于生产成为当前迫在眉睫的问题。目前,经过处理之后,稠油污水主要用于热采锅炉、回注以及达标外排。
对稠油污水处理的方法主要有物理法、化学法以及生化处理方法三大类处理方法。物理法、化学法存在的主要问题是处理不彻底、成本较高,而生化处理方法由于其具有高效、节能、无二次污染的优点而得到水处理研究者及工作者的青睐。
论文共分为五部分:第一部分为文献综述;第二部分为耐温耐盐原油降解菌种的筛选、性能评价及降解菌群的构建;第三部分为微生物对原油降解作用研究;第四部分为室内模拟实验和现场中试试验;第五部分为结论与建议。
本文从胜利油田陈庄集油站经过重力分离后的稠油污水和被稠油污染的土壤中筛选出耐温耐盐原油降解菌株,构建出原油和COD降解菌群,并将其应用于室内模拟实验处理稠油污水。在室内模拟实验中,应用生物接触氧化与超滤、反渗透联用技术对稠油污水进行处理后,出水水质达到了能够替代清水资源用于热采锅炉的目的。通过现场中试试验,优化了工艺参数。此外,通过气相、气-质联用方法探讨了原油的降解机理。
主要实验结论如下:
(1)从陈庄稠油污水以及附近被稠油污染的土壤中筛选出四株耐温耐盐烃类降解菌株HD-1、HD-2、HD-3和HD-4。经过初步鉴定,HD-1、HD-3为假单胞菌属,HD-2、HD-4为芽孢杆菌属。对单一菌株的降解性能进行了评价,研究了菌株最佳生长及降解条件。实验结果表明,四株烃类高效降解菌对原油和COD具有显著的降解效果,HD-1、HD-2、HD-3、HD-4对原油的降解率分别为42.0 %、47.6 %、55.6 %和43.4 %,对COD的去除率分别为:36.1 %、39.2 %、41.3 %和35.2 %。
(2)通过正交试验,构建出原油降解菌群:HD-1、HD-2、HD-3、HD-4投加量分别为0.5 %、1.0 %、0.1 %、0.5 %。降解菌群对原油的降解率可达68.01 %,对COD的去除率为52.9 %,降解结果优于单一菌株以及其他组合。
(3)通过降解前后原油中正构烷烃及多环芳烃组分的变化,利用气相色谱和气-质联用,分析了所筛选菌株对原油组分的降解情况。实验结果显示,单一菌株有较好的降解效果,混合菌株降解作用好于单一菌株。单一菌株对C30以前的中短链烷烃平均降解率达到50 %以上,对C30到C33的长链正构烷烃的平均降解率为20 %,混合菌株对短链烷烃几乎能全部降解,对长链烷烃的平均去除率也达到50 %,添加HD-2所产生物表面活性剂后,混合菌株对长链烷烃的平均降解率达到65 %;对多环芳烃也有一定的降解能力,单一菌株的平均降解率为35 %,混合菌株的降解率为40 %,添加HD-2所产表面活性剂后混合菌株降解率大于55 %。
(4)应用生物接触氧化技术与超滤、反渗透膜处理联用的方法,设计出室内模拟实验流程。实验中来水先经过气浮处理再经过两级生化,然后进入膜组件。对出水水质检测结果证明该工艺能够满足稠油污水锅炉回用的要求,能够应用于实际生产。在室内模拟实验中,考察了DO及HRT对处理效果的影响,结果表明,当DO为3.5 mg/L～4.0 mg/L,HRT为8 h时是最佳实验条件,此时出水水质能够达到要求,而且能够满足生产的需要。
(5)在室内模拟实验的基础上,进行了现场中试试验,并对中试试验参数进行了优化。现场中试试验中,由于水温较高,试验中添加了冷却程序。对实验中水温、絮凝剂的种类及用量等参数进行了优化。经过现场中试试验,在停留时间为8 h时,在水温为45～50℃,絮凝剂为80 mg/L的聚合氯化铝(PAC)、沉降时间均为30 min时,浊度去除率为95.6 %,生化出水完全能够满足超滤膜进水的要求,反渗透出水达到了替代清水用于热采锅炉的目的。
