一种油田稠油污水外排达标处理方法

摘要

本发明涉及一种稠油污水处理的方法和工艺，稠油污水采用本发明的工艺流程：稠油污水—气浮预处理—IB-BACT生化处理—臭氧-生物活性碳处理—出水，其出水的CODCr不仅可达到国家污水综合排放标准(GB8978-1996)的一级排放标准限值(CODCr不超过100mg/L)，也可达到辽宁省地方污水排放标准(DB21/1627-2008)的标准限值(CODCr不超过50mg/L)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种污水处理方法，特别是油田稠油污水外排达标处理的方法与工艺流程。

背景技术

目前，我国的稠油油田开发主要以注蒸汽开采为主，因此，在油田产出液中，将含有大量的水份，这些水份经过地面工程的设施(联合站)处理，产生大量的含油污水。

稠油油田的含油污水组成复杂，除含有石油类外，还含有油田开采过程中投加的化学添加剂、开采出的油水乳状液地面处理时投加的各种化学处理剂，油田作业污水，蒸汽锅炉用水系统产生的排污水等等。稠油开采常用的化学药剂包括破乳剂、助排剂、降粘剂、发泡剂、除油剂、絮凝剂、驱油剂等，它们主要是一些合成的高分子化合物，其存在大大增加了污水处理的难度。稠油污水的COD_Cr(化学需氧量)主要由石油类和溶解于水中的各种化学药剂成分构成。

分析表明，稠油污水的石油类主要由烃类、酚类、酯类、醇类和酮类构成，再加上各种复杂的化学药剂成份，致使稠油污水的COD_Cr含量高、生物可降解性差，难于用常规的方法进行有效处理。因此，如何通过有效的方法或工艺处理，并使稠油污水COD_Cr达到国家或地方规定的污水排放标准，是稠油污水外排处理的难点和关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种稠油污水的处理方法，以有效降低污水中COD_Cr的含量。

本发明的进一步目的在于提供一种油田稠油污水的外排达标处理方法和工艺，使稠油污水的石油类和COD_Cr含量分别达到2mg/L和50mg/L以下。

本发明公开了一种污水处理方法，原水经过以下步骤进行处理：

(1)气浮预处理；

(2)生化处理；

(3)臭氧/生物活性炭处理。

气浮预处理主要实现稠油污水中石油类、悬浮物和COD_Cr的去除，其出水COD_Cr小于250mg/L，一般在160～220mg/L。通过加压溶气气浮的方式，在浮选剂的作用下，实现污染物的分离去除。浮选剂优选含有由一种铁盐和聚丙烯酰胺(PAM)的复配物。铁盐优选为聚合硫酸铁、硫酸铁或氯化铁，最好是聚合硫酸铁(相对分子质量1.4×10⁵)；聚丙烯酰胺优选为阳离子聚丙烯酰胺(数均分子量750万)。复配物为酸性，pH值较好为2-6，pH值最佳为3.0-4.5；其药液成分的比例为1～2份铁盐∶1～4份PAM。稠油污水经气浮处理后，pH值优选为4-6.5，pH值最佳为5-6。其COD_Cr由400～800mg/L降到160～240mg/L。

气浮单元处理的出水进入生化处理单元。生化处理是利用对石油类污染物具有高效降解能力且耐温50～70℃的微生物进行。微生物为以杆菌为主的菌群。其中，在生物处理单元中优选使用生物填料，微生物被附载到生物填料表面，形成生物膜，依靠填料表面附着的大量微生物实现稠油污水石油类和COD_Cr的降解。生化处理过程中填加有生物填料，优选为多孔火山石，最优为10～30mm的多孔火山石。

本发明的生物处理单元以强化的生物水解酸化工艺(ImmobileBiology简称IB)和强化的接触氧化工艺(Bio-Augmentation &Compositive Technology，简称BACT)实现。气浮单元的出水经IB工艺后，其COD_Cr为120～160mg/L，再经BACT工艺处理后COD_Cr降到100mg/L以下，主要分布在70～95mg/L之间。

IB工艺按以下方式实现：IB工艺处理稠油污水是在生物反应器(池)内进行，该生物反应器(池)内主要由附着微生物的生物填料和潜水推流器构成。生物填料采用多孔填料，如：多孔火山石(粒径为10～30mm)或组合填料。以多孔火山石为填料时需要在IB池内安装承载填料的支撑结构，支撑结构上放置火山石填料。组合填料以悬挂方式安装在IB池内，悬挂时填料串距为10～12cm，片距为4～8cm。其中IB工艺分为两段，IB1段和IB2段。IB1段安装组合填料，IB2段安装火山石填料。IB1和IB2的水力停留时间均为8～15h，IB的总停留时间为16～30h。IB池内安装的潜水推流器，其推流方向与污水在IB池内的水流方向相反，以保证IB池内稠油污水处于均匀混合状态。IB池底部的微生物污泥按2～4h间隔由安装在IB池外的污泥泵抽吸到IB池的进水端，每次抽吸时间根据泥量决定，一般为20～30min，使IB池底的污泥间歇性的处于悬浮状态。保证IB池内的微生物与稠油污水中的有机物充分的接触。在IB池生化处理过程中使用潜水推流器来促进污水的循环。

BACT工艺按以下方式实现：BACT工艺处理IB池出口的稠油污水，是在好氧生物反应器(池)内进行。BACT生物反应器(池)内的生物填料采用多孔填料，如：多孔火山石，或组合填料，或软性填料。其中以多孔火山石最佳。BACT池内安装微孔曝气头和生物填料，其中微孔曝气头安装在距池底20cm的水平面上，每个曝气头的服务面积为0.5m²，填料的下平面距离曝气头0.5m～1.0m，以多孔火山石为填料时需要在BACT池内安装承载填料的支撑结构，支撑结构上放置火山石填料。组合填料和软性填料以悬挂方式安装在BACT池内，悬挂时填料串距为10～12cm，片距为4～8cm。BACT池内曝气量控制在气水比3∶1～8∶1(体积比)，主要在3∶1～5∶1。BACT池的水力停留时间为15～25h，其出水COD_Cr为70～95mg/L，石油类含量为3～6mg/L。

臭氧/生物活性炭单元的主要目的是将经IB-BACT生物工艺处理后的COD_Cr低于100mg/L的污水进一步处理，使其COD_Cr低于50mg/L。

臭氧/生物活性炭工艺是在臭氧/活性炭反应器内进行的。臭氧/活性炭反应器分为两段，其下部是臭氧/活性炭反应段，上部为生物活性炭段。臭氧/活性炭反应段与生物活性炭段的体积比为1∶2～4。两段之间相距0.5～1.0m。臭氧/活性炭段引入经臭氧发生器产生的臭氧，而且臭氧是通过安装在臭氧/活性炭段的底部的刚玉微孔曝气引入反应器，从而实现臭氧与污水中污染物的氧化反应。臭氧是一种强氧化性物质，它能够氧化活性炭吸附的有机污染物，经臭氧反应后的污水再流经生物活性炭段进行吸附与生物降解。臭氧/活性炭反应段的污水水力停留时间为20～60min。在两段的间隔空间的中部位置安装刚玉微孔曝气头，并引入鼓风机提供的空气，曝气量为气水比2～4∶1(气水比)。臭氧/生物活性炭反应器中臭氧、空气、污水采用自下而上的并流方式进入反应器。臭氧/生物活性炭反应器出口污水的COD_Cr为30～50mg/L，石油类含量小于2mg/L。

通过气浮-IB-BACT工艺，或气浮-IB-BACT-臭氧-生物活性炭工艺的联合作用，稠油污水的COD_Cr和石油类可分别达到国家污水综合排放标准(DB8978-1996)的一级标准限值和辽宁省地方污水排放标准(DB21/1627-2008)的标准限值。

本发明具有以下的优点和效果：

1.本发明应用于处理油田稠油污水，它可以有效的降低稠油污水的石油类和COD_Cr含量，通过上述工艺处理后，稠油污水的COD_Cr可达到50mg/L以下。

2.本发明在IB反应器内加强了微生物与水中污染物的接触传质，污泥在IB反应器内间歇内循环。

3.本发明在BACT反应器内采用火山石为生物填料，曝气气水比为3∶1～8∶1。

4.本发明的臭氧-生物活性炭反应器由臭氧/活性炭反应段和生物活性炭段组成为一体结构，臭氧通过微孔曝气头提供。两段的体积比为1∶2～4。

5.本发明的气浮预处理工艺所用的药剂为聚合硫酸铁或硫酸铁或氯化铁与PAM和硫酸的复配液，增强了处理效果。

具体实施方式

本发明处理稠油污水是采用如下工艺流程实现的：

原水经气浮预处理-生化处理与臭氧/生物活性炭处理三个单元依次进行。生化处理包括生物水解酸化以及生物接触氧化步骤。

预处理主要实现稠油污水中石油类、悬浮物和COD_Cr的去除，其出水COD_Cr小于250mg/L，一般在160～220mg/L。预处理主要由气浮处理单元完成，通过加压溶气气浮的方式，在浮选药剂的作用下，实现污染物的分离去除。本发明的气浮预处理单元优选使用一种浮选剂，该浮选剂由一种铁盐和聚丙烯酰胺(PAM)的酸性液体复配组成，铁盐优选为聚合硫酸铁、硫酸铁或氯化铁，最好是聚合硫酸铁；聚丙烯酰胺优选为阳离子聚丙烯酰胺。复配物为酸性，pH值较好为2-6，pH值最佳为3.0-4.5；其药液成分的比例为1～2份铁盐∶1～4份PAM。稠油污水经气浮处理后，pH值优选为4-6.5，pH值最佳为5-6。稠油污水经气浮处理后，其COD_Cr由400～800mg/L降到160～240mg/L。

气浮单元处理的出水进入生化处理单元。生化处理是利用对石油类污染物具有高效降解能力且耐温50～70℃的微生物进行。微生物为以杆菌为主的菌群。微生物被附载到生物填料表面，形成生物膜，依靠填料表面附着的大量微生物实现稠油污水石油类和COD_Cr的降解。本发明的生物处理单元以强化的生物水解酸化工艺(Immobile Biology简称IB)和强化的接触氧化工艺(Bio-Augmentation & Compositive Technology，简称BACT)实现。气浮单元的出水经IB工艺后，其COD_Cr为120～160mg/L，再经BACT工艺处理后COD_Cr降到100mg/L以下，主要分布在70～95mg/L之间。

IB工艺按以下方式实现：IB工艺处理稠油污水是在生物反应器(池)内进行，该生物反应器(池)内主要由附着微生物的生物填料和潜水推流器构成。生物填料采用多孔填料，如：多孔火山石(粒径为10～30mm)或组合填料。以多孔火山石为填料时需要在I B池内安装承载填料的支撑结构，支撑结构上放置火山石填料。组合填料以悬挂方式安装在IB池内，悬挂时填料串距为10～12cm，片距为4～8cm。其中IB工艺分为两段，IB1段和IB2段。IB1段安装组合填料，IB2段安装火山石填料。IB1和IB2的水力停留时间均为8～15h，IB的总停留时间为16～30h。IB池内安装的潜水推流器，其推流方向与污水在IB池内的水流方向相反，以保证IB池内稠油污水处于均匀混合状态。IB池底部的微生物污泥按2～4h间隔由安装在IB池外的污泥泵抽吸到IB池的进水端，每次抽吸时间根据泥量决定，一般为20～30min，使IB池底的污泥间歇性的处于悬浮状态。保证IB池内的微生物与稠油污水中的有机物充分的接触。

BACT工艺按以下方式实现：BACT工艺处理IB池出口的稠油污水，是在好氧生物反应器(池)内进行。BACT生物反应器(池)内的生物填料采用多孔填料，如：多孔火山石，或组合填料，或软性填料。其中以多孔火山石最佳。BACT池内安装微孔曝气头和生物填料，其中微孔曝气头安装在距池低20cm的水平面上，每个曝气头的服务面积为0.5m²，填料的下平面距离曝气头0.5m～1.0m，以多孔火山石为填料时需要在BACT池内安装承载填料的支撑结构，支撑结构上放置火山石填料。组合填料和软性填料以悬挂方式安装在BACT池内，悬挂时填料串距为10～12cm，片距为4～8cm。BACT池内曝气量控制在气水比3∶1～8∶1(体积比)，主要在3∶1～5∶1。BACT池的水力停留时间为15～25h，其出水COD_Cr为70～95mg/L，石油类含量为3～6mg/L。

臭氧/生物活性炭单元的主要目的是将经IB-BACT生物工艺处理后的CODCR低于100mg/L的污水进一步处理，使其COD_Cr低于50mg/L。

臭氧/生物活性炭工艺是在臭氧/活性炭反应器内进行的。臭氧/活性炭反应器分为两段，其下部是臭氧/活性炭反应段，上部为生物活性炭段。臭氧/活性炭反应段与生物活性炭段的体积比为1∶2～4。两段之间相距0.5～1.0m。臭氧/活性炭段引入经臭氧发生器产生的臭氧，而且臭氧是通过安装在臭氧/活性炭段的底部的刚玉微孔曝气引入反应器，从而实现臭氧与污水中污染物的氧化反应。臭氧是一种强氧化性物质，它能够氧化活性炭吸附的有机污染物，经臭氧反应后的污水再流经生物活性炭段进行吸附与生物降解。臭氧/活性炭反应段的污水水力停留时间为20～60min。在两段的间隔空间的中部位置安装刚玉微孔曝气头，并引入鼓风机提供的空气，曝气量为气水比2～4∶1(气水比)。臭氧/生物活性炭反应器中臭氧、空气、污水采用自下而上的并流方式进入反应器。臭氧/生物活性炭反应器出口污水的COD_Cr为30～50mg/L，石油类含量小于2mg/L。

实施例1：

稠油污水原水COD_Cr为680mg/L，pH值7.8。(1)在气浮段，投加聚合硫酸铁(相对分子质量1.4×10⁵)和PAM复配制成的酸性药液，加浓硫酸调节药液pH，使得该酸性药液的pH值为3.5，药液与稠油污水混合后，pH值为5.5，药剂投加配比与COD_Cr的关系见附表1。(2)投加氯化铁和PAM复配制成的酸性药液，该酸性药液的pH值为4.0，药液与该稠油污水混合后pH为6.0，药剂投加配比与COD_Cr的关系见附表2。

表1  pH5.5时气浮预处理药剂加量与COD_Cr的关系

表2  pH6.0时气浮预处理药剂加量与COD_Cr的关系

实施例2：

按实施例1中聚合硫酸铁200mg/L，PAM 200mg/L，加浓硫酸调节药液pH。浮选药剂配制后，按本发明的原水-气浮-IB-BACT工艺在辽河油田稠油污水处理站进行侧线试验，其工艺各段的工艺条件及处理结果如附表3.1及3.2所示。

表  3.1各段反应工艺条件

表3.2稠油污水侧线试验石油类和COD_Cr处理结果(mg/L)(一)

实施例3：

按实施例2中各原水经气浮-IB-BACT处理后进入到臭氧-生物活性碳处理单元，其工艺各段的处理结果如附表4所示。

表4稠油污水侧线试验石油类和COD_Cr处理结果(mg/L)(二)

通过以上本发明的处理方法和工艺，使稠油污水的石油类和COD_Cr含量分别达到2mg/L和50mg/L以下。完全满足了国家及辽宁省污水外排的要求。并且本发明的方法对曝气量要求降低，有效降低了动力消耗。