高效除油菌应用于TMBR工艺处理采油废水.pdf

高效除油菌应用于 TMBＲ 工艺处理采油废水 冯俊生刘艳平 江苏省常州市常州大学环境与安全工程学院， 广州 213164 摘要 介绍了外置式超滤膜生物反应器处理采油废水的工艺特点、 调试过程及处理效果， 该工艺将活性污泥池和膜组 件高度集成于一集装箱 11. 8 m 2. 33 m 2. 72 m 内， 通过生化反应及膜过滤处理采油废水。设计 COD 负荷 1. 35 kg/ d m3 ， 产水量 2. 56 m3/h， 接种高效除油菌群并稳定运行后该设备 COD 负荷为 1. 83 ～2. 68 kg/ d m3 ， 产 水量达 3. 8 m3/h， 日净化水量高达 60 ～91 m3， COD 平均去除率为 94， 油含量平均去除率为 95， 细菌及悬浮物去 除率达 99. 9， 出水指标达 SY/T 532994 碎屑岩油藏注水水质推荐指标 中 A1 级标准。 关键词 采油废水; 活性污泥; 复合除油菌群; 管式超滤膜 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201402005 EFFICIENT OIL ＲEMOVAL BACTEＲIA USED IN THE TMBＲ TECHNOLOGY TO DEAL WITH OIL EXTＲACTION WASTEWATEＲ Feng JunshengLiu Yanping School of Environment and Safety Engineering，Changzhou University，Changzhou 213164，China AbstractA membrane bio- reactor with external ultrafiltration membrane for treatment of oil production wastewater，its technical characteristics and debugging process and pollutant removal efficiency were introduced． The activated sludge tank and membrant modules for this process were highly integrated in the container 11. 8 m 2. 33 m 2. 72 m ． Designed COD load was 1. 35 kg/ d m3 ， designed water production rate was 2. 56 m3/h． After inoculating efficient oil removal bacteria and the stable operation of the equipment，the actual COD load was 1. 83 ～2. 68 kg/ d m3 ， water production rate could be up to 3. 8 m3/h，purification water yield could be up to 70 ～91 m3/d，average removal rate of COD was 94，average removal rate of oil content was 95，removal rate of bacteria and suspended solids was 99. 9． The wastewater indicators could meet standard Al in“The Suggested Inds of Injection Water Quality for Clastic Ｒock Oil Ｒeservoir” SY/T 5329 －94 ． Keywordsoilfield produced fluid;activated sludge;multiple oil removal bacteria;tubular ultrafiltration membrane 收稿日期 2013 －05 －21 0引言 金南油田采油废水黏度大， 乳化油稳定， 另含有 溶解性矿物质、 酚类化合物、 细菌、 悬浮固体杂质以及 所投加的破乳剂、 清蜡剂和降黏剂等采油助剂， 具有 有机成分复杂且难去除， 悬浮物较多且粒径小的特 点。目前国内外对采油废水处理的研究多以生物处 理技术与膜处理技术集成的研究为主［1 ］。周海燕 ［2 ］ 采用膜生物反应器技术 MBＲ 与生化 A/O 工艺相结 合， 处理炼油废水， 出水达到回用标准。刘国强 ［3 ］筛 选出 3 株高效原油降解菌， 并用于膜生物反应器， MBＲ 运行效果良好， 废水油去除率达 91. 6， 出水水 质达低渗透油藏 A2 级要求。田慧颖 ［4 ］采用中空纤 维微滤膜生物反应器 MBＲ 和曝气生物滤池 BAF 系统处理辽河油田采出水， 出水水质达到外排标准， 现场中试的设计处理量为 1 m3/h。 本文针对该采油废水特点， 筛选高效降解菌， 采用外置式超滤膜 － 生物反应器 TMBＲ 作为其废 水处理工艺， 设计了一套小型而高效、 易操作且稳 定性强的可移动式装置， 以快速去除采油废水中的 油、 细菌及悬浮物， 使出水水质达到 SY/T 532994 碎屑岩油藏注水水质推荐标准 中 A1 级标准， 设 计产水量 2. 56 m3/h， 稳定运行后该设备处理采油 废水可达 3. 8 m3/h。 12 水污染防治 Water Pollution Control 1废水水质 采油废水取自金南油田， 水样经除杂、 混匀， 水质 如表 1 所示。 表 1试验废水水质 Table 1The quality of raw wastewater of test mg/L pH 除外 油含量ρ TNρ TP ρ DO ρ BOD5ρ CODpH 90. 2385. 19754. 77950. 581379347. 2 2工艺流程 废水处理工艺流程如图 1 所示。 图 1废水处理工艺流程 Fig．1Flow chart of wastewater treatment process 采出油经油水分离罐的物理分离， 脱出的采油废 水进入隔油调节池， 经二次物理隔油及均匀水质后， 由提升泵提升到生化反应池， 在提升泵出水管道口投 加无机盐药品以补充生化池内的氮源及磷源。生化 池采用活性污泥系统， 为去除有机物的主体工艺， 采 油废水中难降解的烃类化合物以及采油助剂等大分 子有机物可被微生物水解， 并被活性污泥床截留、 吸 附、 消化。设计生化池微生物浓度 ρ MLSS 4 ～ 8 g/L， COD 水力负荷为 1. 35 kg/ dm3 ， 水力停留时 间 HＲT 8 h。生化池底部曝气系统由 50 组微孔曝 气器组成， 均匀曝气以获得最佳充氧效率［5 ］， 气水比 为 20∶ 1， 生化池内 DO 约 4 mg/L。经生化池处理后， 废水流入超滤膜组件。超滤膜采用德国 BEＲGHOF 膜组件， 膜直径 4″， 膜管直径 8 mm， 长度 3 000 mm， 膜面积 6. 4 m2， 设计膜通量 60 ～100 L/ m2 h ， 过滤 精度可达 30 nm， 对悬浮物、 细菌去除率达 100。膜 系统产水经转子流量计计量后进入净水罐， 膜道内部 分浓水及反冲洗液回流至生化池内， 部分浓水由循环 泵与进水混合重新进入超滤系统。主要处理单元及 设备见表 2。 3现场调试与运行 3. 1调试阶段 3. 1. 1活性污泥的培养 2012 年 11 月 18 日， 采用逐步加压法， 对生化池 进行活性污泥的培养驯化。该阶段的主要工作是在 环境温度 5 ℃ 左右， 含油量约 90 mg/L， ρ COD 约 表 2主要构筑物及设备 Table 2Main structures and equipments 设备名称规格型号数量厂家 集装箱11. 8 m 2. 33 m 2. 72 m1常州新华昌 生化池5. 8 m 2. 3 m 2. 5 m， HＲT 8 h1自制3. 0cmPP 板 鼓风机TOHIN HC40S2百事德 曝气器微孔曝气器 YMB21550自制 UPVC 管道 MBＲ 膜组件 43G_I8_V， 错流膜组件， 4″4德国 BEＲGHOF 产水流量计量程0 ～10 m3/h1自制 污水进水泵20 m3/h， 20 m， 2. 2 kW， SUS304 叶轮1杭州南方泵业 错流循环泵61 m3/h， 45 m， 18. 5 kW，1上海长申泵业 清洗水泵20 m3/h，20 m， 2. 2 kW SUS304 叶轮1杭州南方泵业 PLCST- 2001西门子 934 mg/L， 自然 pH 条件下培养调试活性污泥， 使其 ρ MLSS 达 3 ～5 g/L， 为后期石油降解菌群的接种提 供较稳定的生态环境及附着载体。培养前期为减少 低温下自然闷曝需要的时间而采用腰滩污水处理厂 的活性污泥对生化系统进行接种， 污泥含水量约 50， 以泥水体积分数 10 接种活性污泥 1. 5 m3， ρ MLSS 约 0. 5 g/L。培养调试期间采用前期补充葡 萄糖、 面粉等易利用碳源， 逐步增加采油废水换水量 与葡萄糖、 面粉加入量的比值， 并采用递增生化池总 水量的方式， 使活性污泥逐步适应该废水环境， 并促 进其增长。在 C 元素充分的采油废水中， N、 P 等营 养元素的缺乏是限制微生物生长及繁殖的重要因 素 ［6 ］。因此， 在生化池投加尿素及钙镁磷肥以补充 无机元素， 活性污泥的培养效果良好， 投药比例按 ρ C ∶ ρ N ∶ ρ P100∶ 10∶ 5， 图 2 为活性污泥培养 中营养物质投加过程及换水量情况。 图 2加药及换水趋势 Fig．2Trend of chemical dosing and changing the water 第 12 天开始采油废水完全替代葡萄糖和面粉， 为活性污泥系统提供唯一碳源， 对应的污泥性能与浓 度变化及生化池内上清液 COD 变化如图 3 所示。 由图 3 可知 由于培养驯化期间使用一定比例的 葡萄糖和面粉作为过渡碳源， 活性污泥的 SV30和 22 环境工程 Environmental Engineering 图 3污泥性能变化及上清液 COD 变化 Fig．3Change of sludge perance and COD of supernatant MLSS 基本同步增长且趋势稳定。第 12 ～ 15 天时， SVI 有升高趋势， 分析原因可能是污泥系统不适应进 水水质中大量的表面活性物质和油脂类化合物开始 作为其唯一碳源， 而产生污泥膨胀。经过 18 d 的培 养， 肉眼观察活性污泥由最初黑色小颗粒絮团变为土 褐色大块絮状团， 最后变为土黄色小块絮团， 其沉降 速率由快变慢再变快。MLSS 由最初 0. 5 g/L 增长至 4. 5 g/L， SV30为 30 左右， SVI 为 73. 75 mg/L， 且镜 检各指标微生物 ［7 ］如轮虫、 漫游虫等生长活跃， 可见 活性污泥已适应该废水环境且发育成熟。 3. 1. 2高效除油菌群的接种驯化 2012 年 12 月 8 日， 在温度 4 ℃， 生化池内含油 量为 89. 471 mg/L 的条件下， 将体积分数为 2. 2‰的 8 株高效除油菌的复合菌液投入生化池内， 并加入 5 000 g 葡萄糖闷曝 24 h， 使 8 株高效石油降解菌得 以快速增殖并附着于活性污泥上， 形成稳定高效的微 生物降解系统。接种闷曝 24 h 后， 12 月 9 日该采油 废水处理设备正式投入使用， 每天 8 3017 30 该设 备运行， 对该设备进行间歇进水和连续出水， 17 30 次日 8 30 该设备停止运行， 生化池闷曝消化。N、 P 补充以尿素和钙镁磷肥为主， 按每天进水量补充尿素 22 g/m3， 钙镁磷肥 64 g/m3。接种前后， 生化池内各 指标及超滤膜过滤系统出水指标对照表如表 3 所示。 表 3生化池内接种前后水质对照表 Table 3The comparison of wastewater quality in the tank before and after vaccination 项目 进水含油量/ mg L －1 生化池内各指标 ρ MLSS / g L－1 pHT/℃ ρ DO / mg L －1 含油量/ mg L－1 膜出水含油量/ mg L －1 膜出水量/ m3 h －1 日净化水量/ m3 接种前88. 9124. 58. 221. 34. 2177. 32841. 7201. 614. 4 接种后89. 4716. 58. 824. 73. 529. 4733. 1962. 825. 2 由表 3 可见 生化池接种高效复合菌群后， MLSS 有所增加， 生化池的 pH 及温度均有所提高， 溶解氧 有所下降， 说明生化系统中， 适应该环境的微生物数 量明显增多， 且增加了部分代谢产碱微生物。生化池 污泥系统的好坏是出水效果的关键［8 ］， 接种前后， 生 化系统的油去除率由 13. 03 提高至 89. 41; 超滤 膜过滤后油去除率由 53. 08 提升至 96. 43。可见 该复合菌群对采油废水的处理效果较好， 并极大的提 高了膜系统的处理效率。 设备稳定运行10 d 后， 在2012 年12 月20 日， 分 别在 9 00、 11 00、 13 00、 15 00、 17 00 五个时间点取 生化池上清液及膜出水进行水质监测， 进水含油量为 91. 450 mg/L、 ρ COD 为 927 mg/L， 处理效果如图 4 所示。 由图 4 可知 生化系统含油量平均去除率为 89. 93， COD 平均去除率为 88. 65， 超滤膜过滤后 含油量平均去除率为 95. 10， COD 平均去除率为 图 4废水处理效果 Fig．4Ｒesult of wastewater treatment 94. 76。出水 ρ COD 平均为48 mg/L， 出水油含量 平均 为 4. 48 mg/L，此 时 该 设 备 COD 负 荷 约 0. 74 kg/ d m3 ， 出水水质良好。 3. 1. 3COD 负荷的提升 2012 年 12 月 28 日开始提升 COD 负荷， 其大小 直接影响反应器的运行效果［9 ］， 因此采用缓慢提升 COD 负荷的方式， 并观测出水水质变化。对生化池 进行间歇进水， 进水量逐渐增大， 生化池闷曝时间逐 渐减少， 水力负荷的提升设计见表 4。期间， 设备对 32 水污染防治 Water Pollution Control 废水的处理效果如图 5 所示。 表 4水力负荷提升设计 Table 4The design of lifting hydraulic load 时间 COD 负荷/ kg d －1 m－3 膜出水量/ m3 h －1 日净化水量/ m3 2012- 12- 280. 852. 729. 7 2012- 12- 291. 102. 937. 7 2012- 12- 301. 242. 943. 5 2012- 12- 311. 503. 152. 7 2013- 01- 011. 543. 054 2013- 01- 021. 633. 057 2013- 01- 031. 713. 060 2013- 01- 041. 833. 264 经过 8 d 的驯化提升， 该设备 COD 负荷提升至 1. 83 kg/ d m3 ， 日处理水量达 64 m3， 出水含油量 ＜5 mg/L， 出水 ρ COD 约 45 mg/L。该设备对 COD 和油含量的平均去除率分别为 94. 50 和 94. 87。 结果表明 缓慢增加 COD 负荷， 设备的处理能力可得 到进一步提高， 可见该 TMBＲ 废水处理工艺具有较强 的抗负荷冲击能力及较高的系统稳定性。其原因为 1 生化池内复合菌群的高效生化作用和活性污泥系 统较高的稳定性［10 ］; 2 超滤膜对有机物及悬浮物的 高效截留作用。 3. 2运行阶段 经过近两个月的调试运行， 该设备处理水量为 图 5废水处理效果 Fig．5Treatment effect of waste water 50 ～65 m3/d， 出水指标达 SY/T 532994 中 A1 级标 准， 满足低渗透油田注入水水质要求， 且运行管理方 便， 于 2013 年 1 月 4 日通过了环保验收， 工程运行至 今， 均能稳定达标。目前， 该设备日净化水量可达 70 ～91 m3， 膜出水量最高达到 3. 8 m3/h， 对3 月份、 4 月份水质检测结果见表 5。 表 5 2013 年近两月运行水质结果 Table 5The wastewater quality of operations removal effect in Mar． and Apr． ， 2013 项目 悬浮固体含量/ mg L －1 悬浮物颗粒直 径中值/μm 含油量/ mg L －1 平均腐蚀率/ mm a －1 SＲB 菌/ 个 mL －1 铁细菌/ 个 mL －1 腐生菌/ 个 mL －1 A1 级回注水水质标准＜1. 0 ＜1. 0＜5. 0＜0. 0760n 102n 102 3 月份 ≤0. 3 ＜1. 0≤4. 428＜0. 0760≤10≤10 4 月份 ≤0. 1 ＜1. 0≤3. 279＜0. 0760≤10≤10 注 1 ＜ n ＜10。 4结论 1 对膜生物反应器中的活性污泥系统采用逐步加 压的驯化方法， 经过 18 d 的培养， 活性污泥增长稳定， 最终 MLSS 由0. 5 g/L 增长至 4. 5 g/L， SV30为 30左 右， SVI 为73. 75 mg/L， 活性污泥系统驯化成熟。 2 对培养驯化好的污泥进行高效降解菌的接 种， 在不调节温度和 pH， 溶解氧为 3. 5 ～ 4. 5 mg/L、 ρ C ∶ ρ N ∶ ρ P100∶ 10∶ 5的条件下， 生化系统的 油去除率由 13. 03 提高至 89. 41; 超滤膜过滤后 油去除率由 53. 08提升至 96. 43。 3 该可移动式采油废水处理设备可承受连续缓 慢的水力负荷提升， 设计 COD 负荷为 1. 35 kg/ d m3 ， 稳定运行后该设备 COD 负荷提升至 1. 83 ～ 2. 68 kg/ d m3 ， 日净化水量可达 60 ～ 91 m3， 出水 指标达 SY/T 532994 中 A1 级标准。 参考文献 ［1］VeilJV．Ｒesearchtoimprovewater- useefficiencyand conservation［J］． Technologies and Practice， 2007， 30. ［2］周海燕． MBＲ 技术在炼油污水生化处理中的应用［J］． 石油化 工应用， 2011， 30 10 83- 86. ［3］刘国强， 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