臭氧杀菌技术在油田回注水处理中的应用研究.pdf

臭氧杀菌技术在油田回注水处理中的应用研究 陈立波 王建刚 张立东 温 钢 吉林化工学院环境与生物工程学院, 吉林 吉林 132022 摘要 采用臭氧杀菌技术处理油田回注水, 考查了臭氧投加量、臭氧接触时间对腐生菌 MB 、铁细菌 IB、硫酸盐还原 菌 SRB 灭活效果的影响。 研究表明 臭氧投加量 80 mg L, 臭氧接触反应时间 t ≥30 min, SRB、IB、MB的残留个数均可 达到SY T5329-94碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法注水水质标准中 A2级指标要求 。 关键词 臭氧杀菌;油田回注水; 腐生菌;铁细菌; 硫酸盐还原菌 APPLIED STUDY ON OZONE BACTERICIDAL TECHNIQUE IN TREATMENT OF OIL EXTRACTION REINJECTION WATER Chen Libo Wang Jiangang Zhang Lidong Wen Gang Department of Environmental and Biological Engineering, Jilin Institute of Chemical Technology, Jilin 132022, China Abstract Ozone bactericidal technique is used to treat oil extraction reinjection water. It is examined the effect of ozone dose and reaction time on the inactivated results of metatrophic bacteria, ironbacteria and sulfate reducting bacteria. The research showsthat the remanant amount of the above said bacteria can meet indsof A2 in reinjectionwater standards of SY T5329-94 when ozone dose and reaction time are respectively 80 mg L and 30 min. Keywordsozone bactericidal technique;oil extraction reinjection water;metatrophic bacteria;iron bacteria;sulfate reducting bacteria 0 引言 属于中渗透油藏的油田, 地层平均渗透率为 150 10 -3 ～ 400 10 -3 μ m 2 。根据 SY T5329 -94碎 屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法标准 ,中等 渗透油藏注入水应达到 A2 级指标 。现油田污水处 理工艺注入水的常规几项水质指标均能达到或接近 A2 级标准,即悬浮物含量 ≤ 10 mg L 、 含油 ≤ 10 mg L、 粒径中值≤2. 5 μ m; 只有各类细菌的含量仍超标严重 MB 2. 79 10 5 个 mL 、IB 100 个 mL、SRB 3. 5 10 3 个 mL ,与 A2 级指标 MB ≤n 10 3 个 mL、IB ≤n 10 3 个 mL 、SRB ≤10 个 mL , n 1 ～ 10 要求相差甚 远 [ 1] 。注入水中各类细菌不达标 ,将导致储油层孔喉 通道堵塞 ,使注水压力增加,注水量减少 ,注水波及体 积降低,影响水驱效果。 大部分油田在污水站采取投入杀菌剂杀灭细菌, 但因成本高、 配伍性差、 劳动强度大 、 细菌易产生抗药 性等问题 ,造成目前细菌超标严重 。目前 ,国内油田 回注水杀菌处理方法主要有投加次氯酸钠 、二氧化 氯、 氯气,以及电磁杀菌、紫外线杀菌等。这些不同的 杀菌工艺与技术应用于不同的杀菌领域 ,都有一定的 适应性、 针对性和局限性 。 本文采用臭氧杀菌技术处理油田回注水 ,研究的 主要内容包括 臭氧对油田污水杀菌的效果及作用时 间,臭氧适宜的添加浓度, 投加工艺等问题 。通过试 验研究 ,有效指导油田污回注水处理系统 ,提供油田 回注水杀菌新技术。 1 臭氧杀菌原理 臭氧是一种强氧化性 , 其沸点为 - 112 ℃, 熔点 为- 251 ℃,相对密度为 1. 71, 在水中的半衰期约为 35 min, 随水质与水温改变。其氧化强度由氧化还原 电位来表征 , 氧化还原电位为2. 07 V ,是一种仅次于 氟 2. 87V 的强氧化剂 。臭氧溶解在水中可形成羟 基自由基, 氧化能力2. 80 V ,几乎与氟相当。它可氧 化水中污染物质为无害物质。溶解在水中的臭氧极 易切断其化学键脱去颜色和除去恶臭味 。 臭氧具有很强的杀菌特性 。它与细胞膜接触时, 71 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 破坏了细胞膜上的酶, 使膜的选择透过性变坏 ,进而 使细胞膜受损伤 。臭氧在杀死细菌的同时,不会使细 菌产生抗药性, 克服了用其他消毒剂消毒时存在的缺 点。臭氧广泛应用于瓶装饮用水处理 [ 2] 及污水杀菌 处理 [ 3] 。 2 工艺流程确定 虽然臭氧易溶于水, 溶解度比氧气高十几倍, 但 总体上属于难溶于水的气体, 而且为了满足实际的需 要,必须采用高效的溶解技术使臭氧与水充分接触、 混合 。接触面积 、 时间、 臭氧浓度、 压力等都是混合效 率的决定因素。目前 ,臭氧与水的混合方法主要有鼓 泡法 、 喷林塔法 、 射流法、涡轮负压法等。 由于各种混合装置各有优缺点 ,为了尽量提高臭 氧溶解效率 ,得到较高浓度的臭氧水, 同时又满足实 际生产的需求, 本试验采用涡轮增压法制备高浓度臭 氧水 ,用于对 SRB、IB、 MB 的灭菌 。试验工艺流程见 图1。 图 1 臭氧杀菌试验工艺流程 3 试验过程 3. 1 臭氧水制备过程 检查臭氧水制备系统各机电设备、管路阀门及系 统各设备 ,确认其均处于良好状态 。确认机电设备的 电源 、 管路阀门处于关闭状态 。 将反应池中注满试验水 , 打开阀门 1, 关闭阀 门2 、 阀门 3、 阀门 4、 阀门5, 启动尼可尼泵 ,待水泵运 转平稳后,慢慢打开阀门 3, 并保持流量计 1 读数在 0. 2 t h左右。待溶气塔液位位于液位计 1 2 处 ,缓慢 打开阀门 5, 保持溶气塔液位稳定并运行10 min。待 系统运行稳定后 ,缓慢打开阀门 2, 使臭氧发生器上 气体流量计在 50～ 150 L h 。调整阀门 4 使溶气塔上 部的压力表读数在 0. 20～ 0. 25 MPa,此时溶气塔底部 出水管在反应池中释放的溶气水呈乳状 ,再稳定运行 10 min 后将臭氧发生器电源打开, 此时臭氧发生器工 作,产生臭氧溶入到循环水中 ,形成臭氧水。 3. 2 臭氧量核定 流量计的量程为 30～ 300 L h ,GF- G-3 -010G 型臭 氧发生器 。气源为氧气源时, 厂家提供的氧气流量与 臭氧产量关系图 ,详见图 2。 图 2 臭氧产生量与气体流量的关系 3. 3 回注水杀菌 检查回注水处理系统水泵 、 管路阀门及系统各设 备,确认其均处于良好状态。确认水泵电源 、 管路阀 门处于关闭状态 。将回注水注满储水池 , 打开阀 门8, 使回注水充满水泵 ,启动水泵 2, 待其运转正常 后,打开阀门 9 使其达到最大状态 ,之后缓慢打开阀 门7, 通过调整阀门 6 和阀门 9,使流量计 2 的读数在 200～ 800 L h,此时可以进行试验 。 4 微生物检测 4. 1 检测原理 本试验中采用 SY T0532- 93油田注入水细菌分 析方法绝迹稀释法细菌分析方法原理测定三种细菌 的菌落总数 MB 、 SRB 和 IB 的测定均采用绝迹稀释 72 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 法。即将待测的水样逐级注入到测试瓶或试管中进 行接种, 直到最后一个测试瓶或试管中无菌生长为 止, 然后根据细菌生长情况和稀释倍数, 计算出水 样中细菌的数目 。 4. 2 检测步骤 将测试瓶排成一组并依次编上序号 。用无菌注 射器取水样注入到号瓶内 ,摇匀。用另一支无菌注射 器从 1 号瓶中取水样注入到 2 号瓶内, 摇匀。再更 换一支无菌注射器从 2 号瓶中取水样注入到 3 号瓶 中,摇匀。依次类推一直稀释到最后一瓶为止 。根据 细菌含量决定稀释瓶数 。然后把上述测试瓶放入恒 温培养箱中培养 。 4. 3 细菌生长的鉴别 根据 SY T0532 -93 的规定, SRB 测试瓶中液体 变黑或有黑色沉淀, 即表示有 SRB 要求 14 ～ 21 d读 数,本试验采用的是21 d读数 。MB 测试瓶中液体由 红变黄或混蚀, 即表示有MB 7 d读数 。IB测试瓶中 液体出现棕红色沉淀 , 即表示有 IB 7 d读数 。 4. 4 细菌计数方法 对每一分析的水样, 采用三瓶法 , 即每个样做三 个平行样, 根据各个不同浓度梯度的阳性测试瓶指 数,查 MPN 表 , 即可得到该浓度水样中微生物的 数目 。 5 试验结果及讨论 5. 1 臭氧投加浓度的影响 试验采用空气源发生臭氧和氧气源发生臭氧两 种形式提供臭氧 ,臭氧发生器出口气体臭氧浓度分别 为12. 8,13. 1, 16. 1, 60. 4, 69. 86, 88. 6 mg L。 按上述投 加量考察了接触时间为20 min时 ,臭氧对三种细菌的 灭活情况。不同臭氧浓度与MB 、 IB、SRB 去除率关系 见图 3～ 图5。 图 3 不同臭氧浓度与MB去除率关系 试验结果如图 3 ～ 图 5 所示, 接触时间固定为 20 min时, 随着臭氧浓度的增加, 臭氧对三种细菌的 灭活效率逐渐增加, 当臭氧发生器出口臭氧浓度达到 77. 8 mg L时, MB 、IB 、SRB 残余菌个数分别为 300, 图 4 不同臭氧浓度与IB 去除率关系 图 5 不同臭氧浓度与SRB 去除率关系 250,4 个 mL, 达到注水标准要求。 5. 2 臭氧接触时间的影响 由试验结果及回注水 SY T5329- 94A2 级标准可 知MB 和 IB 较容易处理达标,SRB 较难处理, 在 SRB 处理达标的条件下,MB 和 IB 均可达标。本试验考察 了接触时间为 30、40 min时, 臭氧浓度分别为 12. 8, 13. 1, 16. 1, 60. 4, 69. 86, 88. 6 mg L对 SRB 的灭活情 况。试验结果如图 6 所示 , 接触时间固定为30 min 时,随着臭氧发生器出口臭氧浓度的增加 , 臭氧对 SRB 的 灭 活 效 率 逐 渐 增 加, 当 臭 氧 浓 度 达 到 60. 4 mg L时, SRB 残余菌个数分别为 133, 4, 20 个 mL ,达到注水标准要求。这说明臭氧浓度不足时, 延 长臭氧接触时间可达到灭菌目的。 图6 接触时间为 30 min SRB去除率 图 7 表明, 接触时间固定为40 min时 , 随着臭氧 发生器出口臭氧浓度的增加, 臭氧对 SRB 的灭活效 率逐渐增加 ,当臭氧浓度达到60. 4 mg L时,SRB 残余 菌个数也可达到注水标准要求, 但并没有完全消除。 这说明过多增加接触时间对去除上述三种细菌去除 增效作用已不明显, 且接触时间超过40 min时 , 臭氧 分解速度加快。同时考虑到增加接触时间会减少单 位时间内水的处理量 , 因此, 臭氧接触时间确定为 73 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 30 min较为适合。 图7 接触时间为 40 min SRB去除率 5. 3 臭氧处理水量的影响 固定臭氧发生器出口气体流量为75 L h ,考察了 臭氧浓度分别为 60. 4,69. 86 mg L时处理不同水量时 SRB 的灭活情况 , 分别见图 8、图 9。由图 9 可知, 臭 氧发生 器 进 气 流量 75 L h, 出 口 臭 氧 浓度 达 到 69. 86 mg L时, 处理水量600 L h,MB 、IB、 SRB 残余菌 个数分别为 660, 5, 15 个 mL, 达到注水标准要求, 此 条件下注水臭氧投加量为8. 73 g t 。 图8 臭氧投加量为 4 . 53 g h SRB去除效果 综合臭氧浓度、臭氧接触时间对 MB、IB 、 SRB 灭 活效果的影响。适宜的反应控制条件为 臭氧投加量 图9 臭氧投加量为 5 . 24 g h SRB去除效果 8. 73 g t ,臭氧接触反应时间 t ≥20 min, SRB、IB 、 MB 的残留个数即可达到注水水质要求 。 6 结论 臭氧对油田注水中的 SRB、 IB、 MB 有较强的杀灭 能力。实际生产过程中接触时间为 t 30 min时, 臭 氧投加量为8. 8 g t ,灭菌率可达到SY T5329- 94 中等 渗透油藏注入水 A2 级指标。 参考文献 [ 1] 国家石油和化工工业局. SY T5329-94 碎屑岩油藏注水水质推 荐指标及分析方法[ M] . 北京 石油工业出版社, 1995. [ 2] 宗旭. 臭氧的应用与进展[ J] . 化工纵横, 2002 12 11 -13 . [ 3] 吕欣. 几种水处理方法对污水中病毒清除作用的评估[ J] . 中国 公共卫生, 2004 11 1281 -1282 . 作者通信处 陈立波 132022 吉林省吉林市承德街 45 号 吉林化 工学院环境与生物工程学院 E -mail chenlibo65163. com 2008- 12-12 收稿 我国环境污染恶化趋势得到基本控制 近年来全国污染防治工作取得积极进展 ,在经济快速增长的同时 ,环境污染恶化趋势得到基本控制 ,部分 地区环境质量有所改善。 据介绍,“十一五”以来,全国地表水水质总体稳定 ,部分流域呈逐年好转趋势,高猛酸盐指数年平均浓度值 下降 20. 8。七大水系国家监控断面中 , Ⅰ ～ Ⅲ类水质断面比例上升 14,劣Ⅴ类断面比例下降 5. 2。全国 近岸海域Ⅰ 、Ⅱ类水质比例上升 2. 8。全国城市环境空气质量总体稳定 , 呈现好转趋势, 其中全国环保重点 城市空气质量优良率增加 5. 8。全国城市二氧化硫年均浓度值下降 15. 8, 可吸入颗粒物年均浓度值降 低11。 城市环境综合整治得到强化,城市环境保护迈出可喜步伐 。城市环境基础设施建设与环保能力建设力度 不断加大。2005 年以来, 全国城市医疗废物集中处置率提高 6,城市生活垃圾无害化处理率提高近 8,城市 生活污水集中处理率提高 35。 摘自“ 中国环境网” 74 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期