草桥油田采出水生化法处理达标外排工艺研究-哈尔滨工业大学硕士研究生开题报告

哈尔滨工业大学硕士研究生开题报告哈尔滨工业大学硕士学位论文开题报告题 目：草桥油田采出水生化处理工艺研究院、 系、 部 市政环境工程学院 学 科、专 业 市政工程 导 师 研 究 生 年 级 2004级 开题报告日期 2007.01 研究生院培养处制2007年1月草桥油田采出水达标外排生化法处理工艺研究开题报告1 课题来源及研究的目的和意义1.1 课题来源及研究目的目前，我国大部分油田已进入开发的中、后期，采出液综合含水率不断上升，已达7090%，胜利油田的采出液综合含水率连续6年保持在89.9%的水平。随着老油田采出水回注地层时间的增长，地层吸水率逐年下降，同时稠油油田、低渗透油田等的投入开发，三次采油开发工艺大面积应用，因不需要注水或目前处理工艺不过关而达不到注水水质标准需用清水代替，造成注采不平衡。目前富余采出水的出路问题已成为制约胜利油田生产的主要瓶颈，直接影响到油田持续稳定的发展。为此，胜利油田针对不同区块的采出水系统，进行了多方面的研究，多年来在采出水资源化回用和达标外排方面取得了较大成绩，形成了采出水处理后回注、稠油油田采出水回用锅炉、采出水外排达标处理等系列技术，基本满足了高含水期油田的开发需求。但是，随着山东半岛流域水污染物排放标准的出台和东营市生态城市建设的深入，环保要求日益严格，采出水外排处理技术必须通过改进和提高，使采出水外排指标满足有关规定。本课题的目的就是在采出水富余的草桥油田开展采出水生化法处理工艺研究，使采出水达到外排标准，或者为资源化回用提供优质的预处理。1.2 课题研究意义目前，胜利油田开采已进入高含水期甚至特高含水期，每天油田外排水都在50000m3以上，现有的物化处理工艺对COD处理效果较差。生化法由于具有绿色环保、节能降耗、操作简单等优点，是油田采出水，特别是高温、高矿化度油田采出水达标排放应首先考虑使用的处理技术。生化处理技术体现了油田采出水处理技术发展的趋势，具有重要的现实意义和应用价值。油田采出水水质复杂多样多变，难生物降解有机物所占比重较高（如长链及芳香多环石油烃类、聚合物、高分子有机药剂等），矿化度高，BOD/COD一般小于0.3，属于低可生化性废水，给水处理带来很大难度。随着山东半岛流域水污染物排放标准的出台和东营市生态城市建设的深入，到2010年1月排入所有山东境内的河域的污水COD值必须达到100mg/L以内。若污水在限定期限内达不到排放水质指标，则必须采取关井减排的措施，这将对原油产量造成严重影响。根据近年来国内外油田采出水处理技术的发展状况，为了适应日益严格的排放指标和石油工业水再生回用要求，进行了大量的研究工作，并衍生出诸多工艺。但是由于油田采出水可生化性差，采用现有的好氧工艺，只能最大程度的处理废水中可生化部分有机污染物，很难降解难生化的大分子有机物，使处理后水质达到排放要求。如何通过改进工艺，提高采出水的可生化性，提处理效率、确保达到外排指标将是未来的研究方向。基于此，拟开展水解酸化好氧生化法工艺研究。水解酸化工艺可以溶解不溶性有机物，并将大的溶解性有机物分子降解为小分子有机物如脂肪类和酮类，提高废水的可生化性，利于好氧生物进一步降解。通过试验研究，考察不同停留时间、不同温度对采出水处理效果的影响，使运行条件尽量接近采出水现有工况条件，以降低运行成本，方便管理维护。通过本课题的研究，实现生化法处理油田采出水的达标排放，费用应低于目前富余污水回灌地层的费用（回灌地层仅电费就达3元/m3），而对于难以找到回灌地层的油区，采用生化处理外排工艺可以有效解决富余污水出路问题，为油田原油稳产创造条件，具有显著的经济效益。同时，应用生化处理外排可解决因回灌地层带来的环境污染，具有良好的环境效益和社会效益。2 国内外研究现状及分析 2.1生化法处理油田采出水的技术发展外排污水的控制指标与回注水指标有显著区别，回注水处理主要是去除非溶解性的物质，如含油量、悬浮物、细菌等。外排水处理是在非溶解性物质去除的基础上，进一步去除采出水中COD、BOD5、石油类(烷烃、环烷烃、芳香烃以及少量非烃类化合物组成的复杂混合物)、挥发酚、硫化物等溶解性的物质。作为石油降解功能微生物的研究，近十多年来，国内外均进行了大量的基础研究工作。国外以单一石油污染物的微生物降解研究占居多数，其中又以芳香烃和多环芳香烃的降解研究为主。我国在石油废水中的石油污染物生物处理基础研究方面已作了大量的基础研究工作，分离、筛选了一大批石油烃降解微生物，初步建成了石油降解微生物菌种库，对石油污染物的微生物降解规律进行了系统研究，其中芳香烃、单环芳烃和双环芳烃及其含氧、氮、硫的衍生物的生物降解研究较为深入。在石油污染微生物降解技术研究中发现，受石油长期污染的土壤、水体等生态环境中存在着经过选择和驯化的各种各样的石油降解微生物资源。在石油污染物的长期选择压力下，一些特异微生物在污染物的诱导下，产生分解污染物的酶系，进而将石油污染物降解，降解石油污染物的能力不断提高。这些土著微生物具有很多独特的优势，一方面，由于经过历年来的驯化、选择，对石油污染物有较高的降解能力，此外，由于土著微生物对当地的特殊生态环境条件已经过长时间的适应，通过对土著微生物的筛选、驯化，能够获得一些具有特殊降解功能和耐受特殊生境条件的微生物。但是由于土著微生物菌群生长速度慢，代谢活性不高，驯化时间长，因而，必须将筛选的降解能力较强的土著菌株与已储备的各种石油降解优势微生物组合成功能菌，这是获得降解石油污染物生物菌种的最佳途径。研究表明混合菌群的降解效果明显高于单株菌株。经过多年研究和总结，国内外油田采出水外排处理多采用“隔油气浮除油生化处理二次沉降（或过滤）”处理工艺。2.2国外生化法处理油田采出水工艺现状国外油田采出水经处理后，主要用于回注，其次用于农田灌溉和用于蒸汽发生器或锅炉给水。美国目前进行着采用粉末活性炭投加到生化曝气池中处理含油废水的技术研究。活性炭吸附法由于处理成本高、再生难，使用上受到一定的限制。但是将该方法与生化法结合使用，则可以通过活性炭吸附水中的非烃类组分（如酚类、痕量金属等），提高生化处理效果。同时，国外也采用生物氧化法进一步深度处理，既可节省费用，又能保护环境。生物氧化法,是通过生物氧化作用将水中可溶性有机物以及氨化合物等分别转化为水和二氧化碳、硝酸盐和亚硝酸盐，再经过澄清，去除悬浮物。德国针对油田采出水达标外排的要求，开展了气浮曝气生化后絮凝二沉池的百乐克工艺研究，出水COD可降至100mg/L以内，但该工艺对生化进水要求较高，COD控制在130mg/L以内。2.3国内生化法处理油田采出水工艺现状胜利油田于1998年首先在孤岛采油厂的孤五注开展了生化处理油田采出水的先导试验，首次将生物处理技术引入到油田采出水处理中。目前胜利油田针对油田采出水中难降解石油烃筛选出适合油田采出水高温、高盐条件下的特效菌种，形成了生物接触氧化、人工氧化塘和粉煤灰吸附等一系列油田废水处理技术，相继建成投产了现河首站、桩西长堤外排处理站、孤东外排处理站等油田采出水生物氧化塘达标排放处理工程，出水COD指标均可达到120mg/L。国内其它油田也进行了厌氧处理、好氧处理（活性污泥法、生物膜法）、厌氧好氧处理、氧化塘和湿地处理等多种工艺的研究。但是因为采出水水质的特殊性和差异性，尚未形成高效、稳定、统一的生化处理外排工艺。1）氧化塘和湿地是利用天然水体或土壤生态系统的净化作用处理污水的生物处理设施，国内外应用实例充分表明，在有机废水处理方面，氧化塘和湿地是抵抗冲击负荷、承受有毒有害成分和降解难生化有机物方面性能最优越稳定的生化处理技术。但其处理效率低，必须有较好的预处理，受气候影响，出水水质难以稳定达到COD100mg/L，同时因其占地大，经济与否的因素往往由土地价格所决定。2）生物接触氧化法具有容积负荷高、剩余污泥产量少、对水质和水量变化的适应性强等特点，受到国内外油田的广泛关注。但是由于填料和曝气装置的结垢问题难以解决，使该工艺难以推广。3）厌氧好氧处理工艺，在国内某些油田进行了初步研究，取得了较好的效果，在江汉油田进行的折流板厌氧反应器(ABR)曝气生物滤池(BAF)工艺处理江汉油田马-25污水处理站油田采出水的中试研究，出水达到了污水二级排放标准。由于各油田采出水的性质差异较大，无机盐和氯离子等的含量较高，污水的可生化性较低，因此，生化技术应用于油田采出水的治理遇到许多新的难题。加强针对性的基础研究显得格外重要和迫切。3 本课题主要研究的内容鉴于目前国内正在进行的厌氧好氧处理工艺，效果较好，为采出水的达标排放提供了较好的技术路线。本课题希望针对采出水可生化性差的特点，通过研究，提高采出水的可生化性，形成可成功应用于工程的草桥油田采出水生化处理工艺。生化法处理草桥油田采出废水的试验研究路线为：技术路线1：35水解酸化反应器过滤罐来水35好氧反应器出水技术路线2：55水解酸化反应器过滤罐来水55好氧反应器出水技术路线3：55水解酸化反应器过滤罐来水35好氧反应器出水主要研究内容：(1) 含高浓度氯离子（6000mg/L）水的COD检测方法；(2) 考察水解酸化好氧反应器的启动和驯化方式；(3) 考察35水解酸化好氧工艺对于草桥油田采出废水的处理效果；(4) 考察停留时间为15h时，提升温度(40、45、50、55)对水解酸化好氧工艺处理草桥油田采出废水的效果影响；(5) 考察55水解酸化好氧工艺对于草桥油田采出废水的处理效果；(6) 考察高温(55)水解酸化中温(35)好氧工艺对草桥油田采出废水的处理效果；(7) 在草桥污水站开展水解酸化好氧工艺现场中试研究。4 研究方案及进度安排，预期达到的目的2006年8月2006年9月，查阅收集文献资料，为开题报告做准备；2006年9月2006年10月，购买并调试相关设备，购买所需材料，准备实验；2006年11月12月，反应器启动和驯化。2006年12月2007年4月，水解酸化好氧工艺室内小试，对三种技术路线进行评价。2007年3月2007年10月，开展现场中试。2007年11月2008年5月，整理试验数据，撰写论文，准备答辩。5 为完成课题已具备和所需的条件和经费已经具备的条件： 室内试验装置：数显电热培养箱（303A-4，上海浦东荣丰科学仪器有限公司）、微孔曝气头、恒流泵(蠕动泵，驱动器：BT00-100M，泵头：YZ1515) 、气泵（AC0-006）、反应器（内径50mm，高度360 mm，体积0.71L，5台），反应器（内径100mm，高度350 mm，体积2.1L，1台）。中试装置（100m3/d），1套。需要的条件：本实验需要的条件已经全部到位。试验经费：本课题试验经费由胜利油田设计院提供，已到位。6 预计研究过程中可能遇到的困难和问题以及解决的措施本试验的微生物驯化是关键问题之一，可能遇到的最大的问题是驯化效果不理想，驯化的菌群不适应B/C值低的环境，要依赖添加碳源才能处理油田采出水。解决的方法就是对含油废水工艺的活性污泥、城市污水处理厂的二沉池污泥进行混合，作为驯化微生物的活性污泥。参考文献：1 冯永训主编. 油田采出水处理设计手册. 中国石化出版社，20052 美C.P.Leslie Grady，Jr.Glen T.Daigger Henry C.Lim 著，张锡辉 刘勇弟译. 废水生物处理. 化学化工出版社，20033 Robert A. Corbitt 主编，王国春等译. 环境工程手册. 石油工业出版社，19934 黄俊英主编. 油气水处理工艺与化学. 中国石油大学出版社，19935 丁亚兰主编. 国内外废水处理工程设计实例. 化学工业出版社，20006 邹家庆主编. 工业废水处理技术. 化学工业出版社，20037 山东省环境保护局. 山东省半岛流域水污染物综合排放标准. 20078 国家石油和化学工业局. 油气田水分析方法. 20069 刘雨 赵庆良 郑兴灿. 生物膜法污水处理技术. 第一版 中国建筑工业出版社10 上海市环境保护局. 废水生化处理. 同济大学出版社，199911 国家环保局. 环境监测标准分析方法. 中国环境科学出版社, 198612 张希衡等编. 废水厌氧生物处理工程. 中国环境科学出版社13 唐受印 戴友芝等编. 废水处理工程. 化学工业出版社。14 北京水环境技术与设备研究中心等. 三废处理工程技术手册. 化学工业出版社, 200015 污水处理工艺及工程方案设计. 中国建筑工业出版社, 199816 国家环境保护局编. 国家环境保护最佳实用技术汇编. 中国环境科学出版社,199517