低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法

《低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法》是江蘇博大環保股份有限公司於2010年10月9日申請的專利，該專利的申請號為2010105044296，公布號為CN101973641A，授權公布日為2011年2月16日，發明人是王婭娜、王海君。

《低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法》是對低滲透/特低滲透油田污水回注處理方法的改進，其特徵是採用分別以除油為主的動膠桿菌屬（Zoogloea sp）、蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）、產鹼假單胞菌（Pseudomonas alcaligenes）組合菌，和以降解有機污染物為主的短狀桿菌（Brachybacteriumcollins）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、假單胞菌（Pseudomonas sp）組合菌，分別載附於好氧池中裝填密度65-85V/V％懸掛填料和/或分隔設定的懸浮填料，和生物曝氣濾池填料，順次處理；分離膜為孔徑滿足過濾要求的纖維膜或真空膜或氣提膜或振動膜；精過濾為矽澡土過濾。

2013年，《低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法》獲得第八屆江蘇省專利項目獎優秀獎。

基本介紹

• 中文名：低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法
• 公布號：CN101973641A
• 公布日：2011年2月16日
• 申請號：2010105044296
• 申請日：2010年10月9日
• 申請人：江蘇博大環保股份有限公司
• 地址：江蘇省宜興市高塍鎮高塍東街
• 發明人：王婭娜、王海君
• Int.Cl.：C02F3/34（2006.01）I、C02F3/12（2006.01）I
• 代理機構：宜興市天宇智慧財產權事務所
• 代理人：蔡鳳苞、史建群
• 類別：發明專利

專利背景

中國油藏大多屬低滲透、特低滲透油田。隨著常規油藏的逐漸老化，低滲透、特低滲透油藏注水開採，不僅耗用大量水資源，而且采出污水量極大（大於採油量）。油田采出污水具有懸浮物高（50～700毫克/升），油含量高（20～300毫克/升），含鹽量高（礦化度高達150000毫克/升），含油複雜（既有浮油又有分散油、乳化油），有機物成分複雜、難降解（除含原油外，還含有脂肪酸、表面活性劑、驅油劑、破乳劑、降粘劑、緩蝕劑、有機硫（硫化物高達50毫克/升）等）。含油量高、水質成份複雜、可生化性差、處理難度大、處理成本高為此類污水的重要特徵。采出污水與油層流體和儲層配伍性良好，處理後用於油田回注可提高採收率，因此要求采出污水90％以上用於回注，同時可節省採油需要大量新鮮水。低滲透、特低滲透油田，滲透率低、地層孔隙細小，容易吸附、滯留注入水中的微小顆粒，如處理不達標強行回注，將造成地層堵塞，傷害岩心，注水壓力上升，採油率下降，同時還會造成設備和管線結垢腐蝕。因此，低滲透、特低滲透油田回注用水要求特別高：懸浮物≤1毫克/升，粒徑中值≤1微米，油≤5毫克/升或1毫克/升。對於此類污水處理至達標回注水唯一有效方法為採用精細過濾，例如膜分離或硅藻土過濾。然而此類污水含油、含難降解有機物，極易造成過濾介質污染，有效使用周期極短，2010年10月前已有技術只能唯一採用膜分離，但膜污染後難以得到清洗恢復，造成膜更換周期也較短，工程實際難以接受。因此採取有效措施最大限度降低油、有機污染物對膜的污染，使進入分離處理水基本不污染或少污染膜，是高效、穩定採用膜分離的關鍵；並且前處理效果直接影響後續分離膜的選擇和膜分離效率，同時影響投資、處理停留時間和運行費用等。為此，人們採用多種膜前處理方法，以降低處理水對膜污染。

中國專利CN1854093含油污水處理工藝，通過先採用溶氣氣浮工藝處理，再經超濾膜系統處理得到高品質回用中水，再選擇性採用反滲透處理系統進行深度淨化成為高品質水。

中國專利CN101264999油田采出污水處理工藝，先通過絮凝沉澱除去大部分懸浮顆粒和油類；上清液進行水解酸化，酸化水進入沉澱池中繼續進行厭氧水解，上清水進入生物動態膜反應器，在好氧微生物分解及生物膜組件吸附過濾去除小粒徑油滴和大分子。

中國專利CN101367564採油污水深度處理方法，採用三步進行：一、沉降預處理、投加混凝劑進行混凝沉澱，再送入氣浮池處理，然後依次經一級單層石英砂過濾器和二級單層石英砂過濾器過濾；二、微濾處理：在微濾設備經0.01～1兆帕壓力下進行死端過濾；三、循環超濾膜深度過濾處理，每運行1～8小時，進行水反衝一次，每運行8～48小時對超濾膜設備進行一次鹼反洗，每運行5～20天進行一次化學清洗。

中國專利CN101671091特低滲透油田回注用采出水處理方法，一、投加混凝劑或浮選劑進行混凝沉澱處理；二、在上清液pH值為6～9、溫度為15～40℃、礦化度為4000～6000毫克/升、懸浮固體含量為30～60毫克/升、懸浮固體粒徑值為0.1～10微米、含油量為30～150毫克/升、CODCr為300～600毫克/升的條件下通入活性污泥-生物膜反應池，水力停留時間6～10小時；三、將步驟二處理後的油田采出水通入到沉澱池中，進行沉澱處理，然後再過0.001～0.02微米的超濾膜。

上述方法膜前處理，由於油田采出污水的特殊性，均難以達到使膜污染降到最低程度要求，實際未見工程化報導。其次，處理工藝複雜，停留時間長，投資及運行費用高。

該申請入首創了選擇聯合專性微生物菌群進行除油及降解有機物，達到了較好膜分離前處理效果，例如在先申請專利：CN03112720.7油田回注用采出水處理方法，採用芽孢桿菌屬和極桿菌屬組成專性聯合菌群，最大限度降解油及有機物，減少了對後續膜污染，使膜分離能夠持續進行，並且取得了實際工程套用成功，並已投入工程化套用。此法中專性聯合菌群通過活性污泥為載體，然而活性污泥法本身存在的缺點，限制了工藝優勢的充分發揮，例如：活性污泥法易發生偏流以及排泥導致部分微生物流失影響處理效果，因而要求有較大池容；其次，採用活性污泥作載體，進入後級超濾膜分離水中含有一定量的活性污泥，並且污泥含量與反應池污泥濃度呈正比，通常膜分離污泥濃度達15-25克/升，後續膜分離只能採用價格較高的管式膜（例如內徑8毫米），並不能採用精過濾方式過濾處理，為保持較高膜分離效率，限制了前處理污泥濃度的進一步提高，因而限制了處理微生物量，造成整個處理時間仍較長，不包括回流，停留時間需5-10小時，甚至更長。再就是，管式超濾膜，採用錯流分離，回流量高達30-60％，造成分離能耗相對較高，為通常膜分離的3-5倍。並且由於長的停留時間、大的活性污泥池，以及價格昂貴的管式膜，導致投資費用高，占地大，運行費用高（曝氣量大，膜錯流分離能耗較高）。因此投資費用高（僅膜成本噸水投資約1萬元/噸）、處理運行費用高（噸水運行費用約2.7-3.0元）、時間長（5-10小時）是三大仍需改進之處。

在先申請專利CN200610096359.9煉油廢水微生物深度處理，採用曝氣生物濾池和/或生物反應池載附假單胞菌（Pseudomonas sp）、動膠桿菌（Zoogloea sp.）、鄰單胞菌屬（Plesiomonas sp.）、芽胞桿菌屬（Bacillus）、巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium）、球紅假單孢菌（Rhodopseudomonasglobiformis）聯合菌。同樣降解油及有機物專性微生物混契約一工藝處理，上述不足依然存在。

在先申請專利CN200610096180.3油田回注水微生物處理，採用棒狀蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）、桿菌屬（Corynebacteriumsp.）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、產鹼假單胞菌（Pseudomonas alcaligenes）聯合菌好氧生化處理及後續過濾處理。同樣降解油及有機物專性微生物混契約一工藝處理，上述不足依然存在。

上述採用除油、降解有機物專性微生物處理，還有一共同不足，生物除油菌及降解有機物菌混合於一個工藝段，可能是由於相互不協同作用，限制了專性微生物的高效性，也是導致處理停留時間長的一個原因。上述不足仍有值得改進的地方。

發明內容

專利目的

《低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法》目的在於克服上述2010年10月前已有技術的不足，提供一種投資成本省，停留時間短，處理運行費用低的低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法。

技術方案

《低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法》目的實現，主要改進是將降解油和有機污染物專性微生物分開順次處理，並通過使生物群定植於固定載體上提高菌膜量，減少污泥產生，以及增加水、菌接觸，提高了膜前處理效果，不僅減少了前處理停留時間，而且可使後續膜分離可以採用簡單、低成本的纖維膜或真空膜或氣提膜或振動膜等經濟性好分離膜，克服了2010年10月前已有技術的不足，實現該發明目的。具體說，該發明低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法，包括使處理水通過好氧專性微生物聯合菌除油和降解有機污染物，以及膜分離或精過濾，其特徵在於專性微生物聯合菌為分別以除油為主的動膠桿菌屬（Zoogloea sp）、蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）、產鹼假單胞菌（Pseudomonas alcaligenes）組合菌，和以降解有機污染物為主的短狀桿菌（Brachybacteriumcollins）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、假單胞菌（Pseudomonas sp）組合菌，分別載附於好氧池中裝填密度65-85V/V％懸掛填料和/或分隔設定的懸浮填料，和生物曝氣濾池填料，順次處理；分離膜為孔徑滿足過濾要求的纖維膜或真空膜或氣提膜或振動膜；精過濾為矽澡土過濾。

《低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法》中：以除油為主專性生物聯合菌，主要由動膠桿菌屬（Zoogloea sp）、蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）、產鹼假單胞菌（Pseudomonas alcaligenes）組成，其功能是首先將采出污水中油降解，同時也降解部分大分子有機污染物。為提高專性生物菌量及與處理水充分接觸，減少污泥產生，採用附著在分布於池中固定載體表面方式，使專性菌群與污水以接觸氧化方式處理，從而大大減少進入後續處理污泥量。分布於池中固定載體，可以是懸掛填料，也可以是懸浮填料，懸浮填料分隔，主要是起到填料均勻分布，避免因水流流動造成填料在局部堆積。體積密度占池容65-85V/V％，最好為75-85V/V％，高密度填料，既增加了微生物菌量，同時填料密度增加，還增加了填料與處理污水的接觸，減少了短流。所說固定載體，更好為採用懸掛填料，例如表面有纖維絲的布片狀結構（圖3），或者組合式半軟性填料（圖5），兩者既可以單獨使用，也可以混合使用，通過在處理池中高密度設定，使懸掛填料形成一道道“屏障”，可使處理污水依一道道懸掛填料屏障“阻擋”在懸掛填料間形成折反流，從而延長了處理水與專性微生物菌的接觸，有利於使處理池形成“小池長流場”，也有利於減少處理池占地。

生物濾池：主用於降解有機物污染物和COD以及少量油，同時還具有通常生物濾池功能，截留較大懸浮物減輕後續膜分離的負荷，為後續膜分離採用經濟的纖維膜或真空膜或氣提膜或振動膜奠定基礎。濾料同樣作為專性微物菌群附著載體，固定專性微生物菌群。以降解有機污染物為主聯合菌群主要包括短狀桿菌（Brachybacteriumcollins）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、假單胞菌（Pseudomonas sp）。為提高處理水與生物濾料的接觸時間，以及減少濾池占地，一種較好為採用為帶內套筒的內循環折返濾池，例如申請人在先申請專利CN200620077234.7折返流程內循環曝氣生物濾池。

分解油為主的接觸氧化池與降解有機物為主的生物曝氣濾池，兩者停留時間比較好為1.5-2.5:1，此停留時間比具有更好的處理效果，處理總時間最短。

分離膜孔徑滿足過濾要求，是指膜分離過濾後出水滿足低滲透/特低滲透油田回注水要求，例如懸浮物≤1毫克/升，粒徑中值≤1微米，油≤5毫克/升（或1毫克/升），試驗確定膜平均孔徑100米（納米）左右，即可滿足此要求。並且由於前級處理效果好，去除了絕大部分油及有機物、懸浮物，因而可以採用矽澡土過濾，出水同樣可滿足低滲透/特低滲透油田回注要求。

此外，為維持填料表面微生物菌群的高活性，一種較好在填料表面增載入附以蛋白酶（protease；proteinase）為主的活性酶。還可以加入有利於微生物生長通用微量元素（例如鉀、鈉、磷、鎂、鈣、胺基酸等，屬於2010年10月前已有技術，可以有市售化學品配製）。它們的共同作用：激活微生物、催化對油及有機污染物降解，提高降解速率，縮短降解時間，試驗表明填料經活性酶及微量元素浸漬處理後，可以縮短處理停留時間1/3-2/5。填料載體活性酶及微量元素載帶，先期可以通過填料浸漬處理載帶，使用一段時間後通過訓化配成液體加入，例如在進水口加入補充，此也為2010年10月前已有技術。

為防止進水衝擊造成短流，還可以在處理池中設定（例如中部和進出處）若干豎向相間隔板，人為使處理污水產生折返流場，增加流長延長處理水與微生物接觸時間。

改善效果

《低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法》低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法，相對於2010年10月前已有技術，根據油田采出污水特點，根據污水特徵針對性篩選專一性強的處理油及降解有機物聯合菌群，以及分開順次處理（先分解油再降解有機物），更具針對性去除油及降解有機物，降解徹底，大大提高了前處理效果，最大限度降低對分離膜污染，減少了處理工藝及停留時間；其次，首先接觸氧化後生物濾池，將聯合菌群分別載附於懸掛和/或懸浮填料，以及生物濾池填料，既可以使處理菌群有較大載帶量（高菌濃度），同時還為載菌載體載帶活性酶及促進生長的微量元素提供了便利，並且此工藝搭配不僅可以互補各自不足，工藝互補性好，例如前生物接觸降解，不僅污泥產生量少，去除大部分懸浮物及油，還減輕後續生物濾池負荷，延長了濾池清洗周期，後生物濾池工藝，電費、氧利用率高，曝氣量小，能耗低，同時兼具生物降解和過濾截留雙重功能，出水懸浮物低，二者配合為後續採用經濟分離膜奠定了基礎。同時在處理池中設定隔板，以及採用高密度填充懸掛填料，水不短流，可以使處理水形成折返流，提高了處理污水與生物菌的接觸總量，並且還提高了氧的利用率，有利於降低曝氣能耗。該發明工藝共同協同作用，具有較2010年10月前已有技術更好的前處理效果，試驗表明此組合工藝不加任何藥劑，前二級處理可使油田採用出水（含油20～300毫克/升，懸浮物50～700毫克/升，硫化物≤50毫克/升，礦化度：≤150000毫克/升）處理至懸浮物≤10毫克/升，油≤5毫克/升，處理停留時間短僅需3-5小時，並且污泥產出量少，只有通常處理方法1/5左右，是原來工藝3/5左右，例如處理量為3000立方米/天，含油300毫克/升，SS500毫克/升，污泥產量約為55kg/d（含水率75％），原方法污泥產量約1.0噸/天，不需另行處理即可滿足污泥排放要求，還省略了污泥處置工藝，大大提高了前處理效果。由於前處理污泥產生量少，使後續膜分離可以採用常規經濟（價格相對低廉）的例如中空纖維膜或真空膜或氣提膜或振動膜等分離處理，不僅對分離膜無特別選擇要求，降低了膜成本，而且分離污水污泥量少，提高了分離效率，僅膜分離水的回收率可較在先申請專利採用管式膜提高20％以上，降低了膜分離能耗。該發明處理方法，較2010年10月前已有技術具有短的處理時間，小的占地面積，投資和處理成本低，理論計算處理同水量膜投資費只有原方法的1/3左右，運行成本也只有原方法1/3-1/5。該發明方法特別適用低滲透、特低滲透油田不含聚合物采出污水處理用於回注。

附圖說明

圖1為《低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法》流程處理工藝流程框圖。

圖2為該發明用表面有纖維絲布片懸掛填料結構示意圖。

圖3為圖2側視結構示意圖。

圖4為該發明用另一種組合式半軟性懸掛填料結構示意圖。

圖5為圖4截面結構示意圖。

權利要求

1.《低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法》包括使處理水通過好氧專性微生物聯合菌除油和降解有機污染物，以及膜分離或精過濾，其特徵在於專性微生物聯合菌為分別以除油為主的動膠桿菌屬（Zoogloea sp）、蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）、產鹼假單胞菌（Pseudomonas alcaligenes）組合菌，和以降解有機污染物為主的短狀桿菌（Brachybacteriumcollins）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、假單胞菌（Pseudomonas sp）組合菌，分別載附於好氧池中裝填密度65-85V/V％懸掛填料和/或分隔設定的懸浮填料，和生物曝氣濾池填料，順次處理；分離膜為孔徑滿足過濾要求的纖維膜或真空膜或氣提膜或振動膜；精過濾為矽澡土過濾。

2.根據權利要求1所述低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法，其特徵在於填料裝填密度75-85V/V％。

3.根據權利要求1所述低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法，其特徵在於好氧池中有豎向相間隔板。

4.根據權利要求1所述低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法，其特徵在於生物曝氣濾池為帶內套筒或折板的內循環折返濾池。

5.根據權利要求1所述低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法，其特徵在於填料表面載附有以蛋白酶為主的活性酶，以及有利於微生物生長微量元素。

6.根據權利要求1所述低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法，其特徵在於纖維膜或真空膜或氣提膜或振動膜平均孔徑100米（納米）左右。

7.根據權利要求1所述低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法，其特徵在於好氧池與生物曝氣濾池兩者停留時間比為1.5-2.5:1。

8.根據權利要求1、2、3、4、5、6或7所述低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法，其特徵在於懸掛填料為表面有纖維絲的布片和/或組合式半軟性填料。

實施方式

實施例1

參見圖2-5，《低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法》接觸氧化用表面有纖維絲布片懸掛填料，由合成纖維布片2和兩面均布的纖維絲1組成；組合式半軟性懸掛填料，由中間塑膠夾片環4和內外周均勻分布的纖維絲3和6組成片狀結構，由中心繩5相間串接組成。兩者均具有相對較高密度，有利於提高處理水與填料的接觸時間，防止短流。

實施例2

進水為某油田降罐出水，污水指標（平均值）：含油300毫克/升，SS565毫克/升。採用《低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法》工藝，微生物接觸氧化+生物曝氣濾池+膜分離（平均孔徑100米）。其中接觸氧化反應池填料採用例1表面有纖維絲布片懸掛填料，填料在池中填充密度80V/V％。微生物菌為；動膠桿菌屬（Zoogloea sp）、蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）、產鹼假單胞菌（Pseudomonas alcaligenes）組合菌。生物曝氣濾池採用申請人在先申請專利CN200620077234.7具有內循環折返流程的曝氣生物濾池，濾料表面載菌為：短狀桿菌（Brachybacteriumcollins）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、假單胞菌（Pseudomonas sp）組合菌。此外懸掛填料及濾池填料均採用以蛋白酶為主的活性酶及鉀、鈉、磷、鎂、鈣、胺基酸等微量元素浸漬處理後放入。膜分離採用普通中空纖維超濾膜。生物接觸氧化處理時間3.5小時，氣水比10.5:1，處理出水含油4.5毫克/升，SS20毫克/升；折反流生物濾池處理1.5小時（前二級總用時5小時），處理調試周期7天，噸水能耗1千瓦，處理出水含油1.5毫克/升，SS6.5毫克/升。接觸氧化池與生物曝氣濾池停留時間比為2:1。二級前處理除油、降解有機物後，進入中空纖維超濾膜精過濾分離，出水油未栓出，SS0.65毫克/升，粒徑中值≤0.82微米，其中中空纖維超濾膜每月清洗一次（費用0.05元/噸水）。含水率75％污泥產出量0.15千克/立方米.污水，已達到環保排放要求，可以不另行處理。

實施例3

基本同實施例2，其中接觸氧化填料採用例1組合式半軟性懸掛填料，反應池中相間設定有豎向隔板，其中填料及濾料未用蛋白酶為主的活性酶及鉀、鈉、磷、鎂、鈣、胺基酸等微量元素浸漬處理，只是處理時間相對例2延長，為5+3小時，合計8小時，處理結果基本同例2。

比較例1

採用原有常規處理工藝——沉降罐出水→水力旋流器→聚結除油器→核桃殼過濾→殺菌→粗過濾→精過濾兩級過濾工藝流程。處理污水同例2。處理出水含油5.6毫克/升，SS13毫克/升，粒徑中值3.2微米，總處理時間＞8小時。其中至核桃殼過濾出水，含油68毫克/升，SS25毫克/升，濾料每天清洗1-2次。精過濾濾芯或濾料每半個月更換1次，污泥產生量大，需後續處理；清洗廢水還應另行處理。如果對濾料減少清洗次數或減少更換，則出水不達標。

比較例2

採用工藝為在先申請專利03112720.7方法，即活性污泥生物反應+微生物菌+內徑≥8毫米的管式膜，處理污水同例2。反應池污泥濃度約18000毫克/升，氣水比30:1，處理調試周期約15天，噸水能耗4-5千瓦，活性污泥生物反應時間10小時，出水油含量5.2毫克/升。管式膜分離出水，油含量0.3毫克/升，SS0.75毫克/升，粒徑中值≤0.82微米，管式膜清洗周期3個月，污泥量較前方法少，含水率75％污泥0.15千克/立方米污水，已達到環保排放要求，可以不另行處理。

榮譽表彰

2013年，《低滲透/特低滲透油田採油污水回注處理方法》獲得第八屆江蘇省專利項目獎優秀獎。