稠油污水回用于热采锅炉处理技术研究

【摘要】： 我国在稠油污水回用于热采锅炉方面作了大量的研究工作,部分污水处理装置已投入运行,但由于稠油污水存在水质变化大、油水密度差小、乳化严重等难点,再加上处理工艺流程不成熟等原因,稠油污水处理在回用方面尚未取得实质性的进展。 针对以上问题,本文的研究目的是以胜利油田陈庄站稠油污水回用处理为例,设计一套适合稠油污水特点的污水回用处理工艺,为稠油污水回用于热采锅炉实现工业化提供理论基础和技术支撑。室内模拟和现场中试的主要创新性研究成果和结论如下: 1.室内模拟研究 1)采用限制性培养方法,针对陈庄稠油污水,构建了一组石油降解菌群SL-16。通过室内摇瓶实验测得该菌群在最佳条件下对陈庄稠油的降解率可达68 %,其适宜的生长及降解温度为35～45℃,pH值为7.0～9.0,矿化度为4000～14000 mg/L,接种量为2 %,原油初始浓度为1 %,摇床转速为140 r/min。 2)在污水回用处理的模拟研究中,采用气浮和生物接触氧化除油,过滤除悬浮物,超滤和反渗透双膜法脱盐淡化、除硬度。气浮出水平均含油量低于20 mg/L。生物接触氧化的最佳运行条件为:温度35～45℃;停留时间为16 h;营养配比COD_(Cr):N:P=100:5:1,N源为硝酸铵,P源为磷酸氢二钾;在此条件下,生物接触氧化后出水中的含油量低于1 mg/L。在0.6 MPa的最佳过滤压力下,砂滤出水的悬浮物降低于5 mg/L。0.3 MPa进水压力下,超滤能够为反渗透提供浊度为0.19、SDI为2.6的给水。制水压力为1.5 MPa条件下,反渗透脱盐率高于90 %,钙离子去除率94 %,镁离子去除率100 %,出水水质优于热采锅炉所用清水。实验证明,采用气浮、生物接触氧化除油,过滤器去除悬浮物,双膜法脱盐淡化、除硬度的稠油污水回用处理工艺技术是可行的。 2.现场中试研究 1)采用换热器、冷却塔、气浮、生物接触氧化、杀菌、絮凝沉降、双介质过滤、保安过滤、超滤、反渗透等设备单元组成的污水回用处理工艺进行现场中试。稠油污水通过换热器对反渗透产水进行加温,反渗透产水可提高10℃,利用冷却塔可以将污水温度降低10～15℃,保证生化进水的温度不高于45℃;气浮可以满足生物接触氧化进水含油量低于30 mg/L的进水要求;在进水量为8.3m3/h的条件下,生物接触氧化反应器出水水质不仅达到GB8978-1996国标规定的二级排放标准,而且出水含油量低于1 mg/L;为防止生化出水中细菌对超滤膜产生污堵,采用次氯酸钠杀菌,投加量为100 ml/L(有效氯含量为10 %);生化出水中残余污染物采用絮凝、沉降、双介质过滤进一步去除,经过实验筛选确定絮凝剂为聚合氯化铝,投加量为80 mg/L,助凝剂为聚丙烯酰胺,投加量为1.25 mg/L;利用精细过滤器作为超滤的保安过滤器,避免大的颗粒物对超滤膜造成伤害;超滤作为反渗透的预处理,可以为反渗透提供SDI小于3,浊度小于0.23 NTU,悬浮物接近0 mg/L的稳定给水,能够满足反渗透的进水要求;反渗透平均脱盐率92.5 %,钙离子平均去除率93 %,镁离子的去除率100 %,产水水质优于清水,完全可以代替清水用于热采锅炉。 2)多级生物接触氧化反应器的除油机理主要为曝气气浮、生物氧化、截留吸附和食物链分级捕食。在系统稳定运行时,随着水流方向,生物膜上的细菌群落结构发生变化,群落结构主要由生物膜上吸附的原油组分决定。经过分子生物学方法分析确认,菌群SL-16为优势菌时,生物接触氧化反应器对污水的处理效果较好。 本论文的研究成果为稠油污水回用于热采锅炉处理实现工业化提供了理论基础和技术支撑,为超滤-反渗透在采油污水回用处理中建立了有效的预处理技术,为油田采油污水实现资源化处理有积极的指导意义。 【关键词】：稠油污水 生物接触氧化 超滤 反渗透 资源化利用
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 0 前言14-16
• 1 文献综述16-48
• 1.1 稠油污水的来源性质及出路16-18
• 1.1.1 采油污水来源及类别16
• 1.1.2 稠油污水的来源及水质特点16-17
• 1.1.3 热采污水处理出路选择17-18
• 1.2 稠油污水回用处理工艺应用现状及存在的主要问题18-26
• 1.2.1 国外稠油污水回用处理工艺18-21
• 1.2.2 国内稠油污水处理回用处理工艺21-23
• 1.2.3 国内外油田水质标准23-26
• 1.3 国内外除油技术发展概况26-32
• 1.3.1 物理法27-29
• 1.3.2 化学处理法29
• 1.3.3 物理化学法29-30
• 1.3.4 生物法30-32
• 1.4 胜利油田当前主要污水处理工艺32-33
• 1.4.1 胜利油田污水处理工艺技术现状32-33
• 1.4.2 胜利油田污水处理技术适应性现状33
• 1.5 生物接触氧化法污水处理技术33-37
• 1.5.1 多级生物接触氧化工艺的特点34-35
• 1.5.2 生物接触氧化法的控制要点35-36
• 1.5.3 生物接触氧化池的填料36-37
• 1.6 膜分离技术37-41
• 1.6.1 膜分离技术的分类37-38
• 1.6.2 超滤技术的发展及在油田采出水处理中的应用38-40
• 1.6.3 反渗透技术的发展及在污水回用中的应用40-41
• 1.7 16S rDNA分子生物学技术在微生物群落结构分析中的应用41-46
• 1.7.1 PCR-DGGE技术应用进展42-45
• 1.7.2 末端限制性酶切片段长度多态性分析技术的应用45-46
• 1.8 主要研究内容、目的、意义及技术路线46-48
• 1.8.1 主要研究内容46-47
• 1.8.2 研究的目的意义47
• 1.8.3 技术路线47-48
• 2 稠油污水回用于热采锅炉处理室内模拟研究48-91
• 2.1 稠油污水的离子分析及可生化性研究48-54
• 2.1.1 实验材料与方法48-52
• 2.1.2 结果与讨论52-54
• 2.2 菌种筛选与菌群构建54-74
• 2.2.1 实验材料与方法55-62
• 2.2.2 结果与讨论62-74
• 2.3 稠油污水回用处理室内模拟及可行性研究74-89
• 2.3.1 实验材料与方法75-81
• 2.3.2 结果与讨论81-89
• 2.4 小结89-91
• 3 稠油污水回用于热采锅炉处理的现场中试91-164
• 3.1 试验设备与方法91-103
• 3.1.1 稠油污水回用工艺91-94
• 3.1.2 中试设备94-99
• 3.1.3 实验用稠油污水来源及水质特点99-100
• 3.1.4 中试设备进水水量100
• 3.1.5 运行方式100
• 3.1.6 实验产水水质达标要求100
• 3.1.7 测试项目及方法100-102
• 3.1.8 水样的取样方法及保存102-103
• 3.1.9 杀菌剂的筛选方法103
• 3.1.10 絮凝剂的筛选及投加量确定实验研究方法103
• 3.2 实验过程103-110
• 3.2.1 挂膜启动期103-105
• 3.2.2 生化系统试运行期105-106
• 3.2.3 生化系统调整期106-108
• 3.2.4 系统稳定运行时期108
• 3.2.5 系统故障期及整改108-109
• 3.2.6 生化出水的杀菌实验109
• 3.2.7 生化出水的絮凝试验及絮凝效果评价109
• 3.2.8 絮凝、双介质过滤器的运行条件109-110
• 3.2.9 超滤、反渗透试运行110
• 3.3 多级生物接触氧化反应器的中试研究110-126
• 3.3.1 生物接触氧化的挂膜启动运行110-111
• 3.3.2 生物接触氧化试运行试验和调整试验111-115
• 3.3.3 稳定运行期内生物接触氧化反应器的效果分析115-118
• 3.3.4 生物接触氧化对污水中不同原油组分的去除118-121
• 3.3.5 生物接触氧化反应器运行效果影响因素121-122
• 3.3.6 生化出水的残余物质分析122-126
• 3.4 生物接触氧化除油机理及生物膜特征126-135
• 3.4.1 好氧生物膜法处理污水的净化机理126-127
• 3.4.2 生物接触氧化除油的机理127-130
• 3.4.3 多级生物接触氧化除油的生物膜形态130-133
• 3.4.4 多级生物接触氧化反应器的生物相组成133-135
• 3.5 生物接触氧化除油过程中的分子生态学研究135-150
• 3.5.1 材料与方法135-141
• 3.5.2 结果与讨论141-150
• 3.6 超滤、反渗透双膜法污水回用中试处理技术研究150-163
• 3.6.1 超滤反渗透预处理150-155
• 3.6.2 超滤系统155-159
• 3.6.3 反渗透系统159-163
• 3.7 小结163-164
• 4 稠油污水处理回用于热采锅炉的经济效益分析164
• 4.1 吨水运行费用164
• 4.2 经济效益分析164
• 5 结论164-168
• 5.1 结论164-167
• 5.2 有待进一步研究的问题167-168
• 参考文献168-179
• 附录179-195
• 攻读博士学位期间发表论文及专利情况195-196
• 致谢196

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