高含聚废液的降解试验

郭新林

大庆油田采油二厂

高含聚废液的降解试验

郭新林

大庆油田采油二厂

高含聚废液的降解技术是一项联合处理技术，分为等离子体催化氧化技术和特种微生物强化处理技术两部分。该技术完全摒弃了氧化剂等化学药剂的使用，运行稳定、抗冲击能力强，处理时间短、能耗低，产生固体废弃物少，杜绝了二次污染。采用催化氧化+特种生物强化处理两段式组合工艺，原液在一段催化氧化作用下，把大分子量PAM断链分解为小分子量PAM，然后在二段特种微生物多种菌群联合作用下降解为水、二氧化碳、丙烯酸残体及微量氨气等中间产物。2012年6月在大庆油田采油二厂南3—1污水站进行了现场试验，按日处理能力1 000 m3/d的高含聚废液处理站估算，总投资2 573万元，吨液折旧成本4.70元，吨液运行成本为5.24元，吨液处理成本合计为9.94元，该技术处理成本较现有其他技术略低。

聚合物；等离子催化氧化；微生物；废液

1 试验目的

大庆油田聚驱开发对于油田长期保持高产稳产的意义重大。但是，伴随着该技术应用的同时，产生大量副产物——聚驱洗井、支线冲洗、作业等产生的高含聚废液，这部分聚合物废液分子量大，结构复杂，黏度大，较难降解，而且含有大量污油、杂质，未经处理现有污水处理系统根本无法回收，水质难以控制。

由于这部分废液无有效处理途径，多年来一直困扰着油田开发。特别是随着油田开发的深入，原油生产任务极其艰巨，聚驱洗井、支线冲洗、作业措施工作量将大幅增加。因此，寻找一种效果理想、运行稳定、安全环保的处理技术已迫在眉睫。

2 技术原理与工艺

高含聚废液的降解技术是一项联合处理技术，分为等离子体催化氧化技术和特种微生物强化处理技术两部分。

等离子体催化氧化技术采用高气压非平衡等离子体、纳米石墨烯催化等多种技术协同作用产生组合效应。通过强电离放电，氧气分子分解为非平衡等离子体，这些物质的不稳定与不中和特性引发多功能效应，对高分子聚合物进行开环、断链，分解或矿化成为易于微生物降解的中间产物[1]。

特种微生物强化处理技术针对油田高含聚废液进行诱导、驯化、筛选得到特种微生物菌种，通过微生物的新陈代谢，把复杂的有机物分解为水、二氧化碳、丙烯酸残体和微量氨气，实现降解净化母液的目的。

该技术完全摒弃了氧化剂等化学药剂的使用，运行稳定、抗冲击能力强，处理时间短、能耗低，产生固体废弃物少，杜绝了二次污染。

工艺流程见图1。

图1 等离子催化氧化及特种生物强化处理工艺流程

3 室内小试

2011年对大庆油田采油二厂聚驱洗井、支线冲洗、作业等产生的高含聚废液进行跟踪分析，在室内开展了特种微生物强化处理试验。

3.1 试验工艺

采用催化氧化+特种生物强化处理两段式组合工艺，原液在一段催化氧化作用下，把大分子量PAM断链分解为小分子量PAM，然后在二段特种微生物多种菌群联合作用下降解为水、二氧化碳、丙烯酸残体及微量氨气等中间产物。这一过程大部分中间产物作为新陈代谢的营养物质转化为自身菌群增殖的一部分，其他产物进行化学降解[2]。

3.2 试验效果

（1）聚合物浓度处理。原液含聚浓度为1 724.5～3 100.2 mg/L，未经一段催化氧化处理直接进入二段微生物处理，浓度降至1590.0～2786.2mg/L，平均去除率仅为10%；原液经一段催化氧化预处理，浓度降至1 613.0～2 798.3 mg/L，平均去除率为9%，然后进入二段微生物处理，浓度降至760.8～1 213.0 mg/L，平均去除率增至64%。

（2）聚合物黏度处理。原液黏度为16.9～31.2 mPa·s，未经一段催化氧化处理直接进入二段微生物处理，黏度降至5.0～14.5 mPa·s，平均降解率为59.2%；原液经一段催化氧化预处理，黏度降至4.9～13.1 mPa·s，平均降解率为61%，然后进入二段微生物处理，黏度降至0.95～1.0 mPa·s，平均降解率增至96.3%。

3.3 小试结论

通过试验可以看出，单一采用催化氧化技术或微生物技术处理高含聚废液效果均不理想，主要原因为：一是催化氧化技术只能对PAM大分子量起到断链作用而不能最终分解；二是高浓度、高黏度大分子量PAM液体对生物生长有抑制作用，反应时间长但实际意义不大[3]。因此，利用催化氧化+特种微生物两段式流程处理高含聚废液，效果显著，为下步现场试验奠定了基础。

4 现场试验

4.1 试验情况

2012年6月在采油二厂南3—1污水站进行了现场试验，试验装置处理能力1 m3/h，微生物反应池停留时间20 h。试验期间处理注聚井洗井水、配制站及注入站废弃聚合物母液共65车。其原液的含油、含聚浓度、黏度变化较大，对试验设备的稳定性带来较大的考验。

（1）聚合物浓度处理效果。由试验数据看出，原液浓度为264.0～6 000.0 mg/L，平均为2 594.2 mg/L，经试验装置处理后出水浓度降至365.0～1 655.0 mg/L，平均1 125.5 mg/L，浓度平均去除率为56.6%，最高达80.3%。在冲击试验期间该技术表现出较强的适应性，6月28日～7月8日原液浓度达4000mg/L以上，8月11日高达6 000mg/L，微生物出水浓度仍控制在1 500 mg/L以内。

（2）聚合物黏度处理效果。原液黏度为1.6～312.0 mPa·s，平均43.8 mPa·s，经试验装置处理后出水黏度控制在2 mPa·s以内，平均1.8 mPa·s，黏度平均降解率为96.0%，最高达99.5%。在冲击试验期间该技术黏度控制极为理想，8月10日～20日原液黏度达40 mPa·s以上，8月11日甚至高达312mPa·s，微生物出水黏度仍控制在2mPa·s以内。

（3）含油处理效果。原液含油量为3.0～4 300.0 mg/L，平均276.5 mg/L，经试验装置处理后出水含油量降至0～10.0 mg/L，平均2.2 mg/L，平均含油去除率为99.2%，最高达100%，该技术对含油指标的控制十分稳定。

（4）悬浮固体含量处理效果。原液悬浮固体含量为83.5～2 602.7 mg/L，平均526.3 mg/L，经试验装置处理后出水降至7.6～50.8 mg/L，平均24.8 mg/L，平均去除率为95.3%，最高达98.5%，该技术对悬浮固体含量指标的控制同样十分稳定。

（5）COD降解效果。原液COD含量为560.0～7 100.0 mg/L，平均3 136.3 mg/L，经试验装置处理后出水COD含量降至402～2 270 mg/L，平均为1 194.1 mg/L，平均去除率为61.9%，最高达87.2%。

4.2 污泥的处理回收

经微生物处理后污水中的有机污染物基本被降解，形成絮体大、黏度低的活性污泥，每立方米废液产生干泥量约为0.62 kg，利用现有成熟的压滤机技术处理完全可以实现污泥减量化。

4.3 现场试验结论

通过试验看出，该装置运行稳定，对高含聚废液的聚合物浓度、黏度，含油，悬浮固体及COD去除效果较好，尤其是对黏度、含油有极好的处理效果且控制稳定。聚合物浓度平均去除率为56.6%、黏度去除率为96.0%，含油去除率为99.2%，悬浮固体去除率为95.3%，COD去除率为61.9%。试验期间，对压裂液处理也进行了试验，发现该技术对压裂液处理效果理想，浓度、含油、悬浮固体含量以及COD的去除率均达到90%以上，出水黏度控制在1 mPa·s左右。

5 经济评价

按日处理能力1 000 m3的高含聚废液处理站估算，总投资2 573万元，吨液折旧成本4.70元，吨液运行成本为5.24元，吨液处理成本合计为9.94元，该技术处理成本较现有其他技术略低。

[1]林孟雄，杜远丽，陈坤，等．复合催化氧化技术对油气田压裂返排液的处理研究[J]．环境科学与管理，2007（8）：115-118.

[2]包木太，骆克峻，耿雪丽，等．聚丙烯酰胺降解菌的筛选及降解性能评价[J]．西安石油大学学报：自然科学版，2008（2）：71-74.

[3]韩昌福，李大平，王晓梅．聚丙烯酰胺生物降解研究进展[J]．应用与环境生物学报，2005（5）：648-650.

（0459）5296586、guoxinling@petrochina.com.cn

（栏目主持 杨 军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.8.023

郭新林：2000年毕业于大庆石油学院石油工程专业，现在大庆油田采油二厂从事油田地面工程技术管理工作。