油田含聚污水处理技术研究进展

Posted 2023-01-12 微生物

篇首语：不傲才以骄人，不以宠而作威。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了油田含聚污水处理技术研究进展相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

目前，我国聚合物驱油技术广泛采用聚丙烯酰胺(PAM)，其产生的含有PAM 的污水粘度大、水中油滴及固体悬浮物在PAM 及其水解产物的作用下乳化稳定性强，处理起来非常困难。随着使用聚合物驱的三次采油新技术的推广，三采污水量逐年增加，而外排污水中的PAM 由于不能被完全降解而形成在环境中的累积效应，进而造成环境污染。因此，寻找一种高效、无二次污染的PAM 降解方法是环境保护者研究的重要课题。

1 油田含聚污水的处理现状

采油污水经处理后大部分作为回注水注入地层用于二次采油，部分排放或者作为蒸汽采油的锅炉用水，不同用途的水处理要求不同，采用的方法也有区别。国内大多数油田对于采油污水只做了一些简单的处理，这种处理后的污水往往很难达到国家排放标准。目前，国内关于采油污水处理方面的研究工作开展较少。

2 聚丙烯酰胺的降解技术

PAM 降解技术包括机械降解、热降解、化学降解和生物降解等。

2．1 机械降解

机械降解是采油含聚污水经自然沉降、二次沉降和过滤，除去油滴及悬浮物。单纯的物理方法不适宜处理含聚污水，对于环境的危害仍然存在，传统的机械降解方法主要包括气浮法、膜分离法和过滤法。

2．2 热降解

热降解是PAM 在热作用下化学键发生断裂。目前，对PAM 热降解的研究主要采用热重分析和微分扫描量热法，根据不同升温速率下PAM 的失重曲线判断PAM 的降解机理。

2．3 化学降解

化学降解主要有氧化降解、光降解和光催化降解。 (1)氧化降解是利用强氧化剂、光能或其它能量催化，最终将PAM 氧化降解为无机物。目前研究较多的氧化剂有Fenton试剂r2]、高铁酸钾等。氧化法是一种潜在的、非常有发展前途的、对环境友好的含聚污水处理技术。

(2)光降解是利用自然光和紫外光照射使PAM 降解。紫外光照射下，PAM 会发生自由基链断裂。在脉冲激光下也会引发PAM 降解。

(3)光催化降解是在光催化过程中产生强氧化性基团，通过自由基可将很多难生物降解的物质完全矿化。光催化降粘性能非常显著，光照5～10 rain，含 PAM 的油田污水的粘度下降至蒸馏水的粘度。

2．4 生物降解

生物处理法作为对环境污染物高效的处理手段，由于其技术成熟、无二次污染、运行费用低廉，已经在多种难降解污染物的无害化处理领域发挥着核心作用。生物处理法是去除废水中有机污染物经济效益和环境效益最好、应用最广泛的废水处理方法。

生物方法处理含聚污水主要是利用微生物通过其特定酶的作用，以PAM 为营养源，在其生长和代谢过程中将PAM 转化为小分子有机物和无机物。PAM 的降解产物可作为细菌生命活动的营养物质，反过来营养物质又会促进PAM 的降解。生物降解PAM 主要受酸碱度、温度、盐分、氧、养料等因素的影响。生物法处理油田采出水大致可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。

(1)好氧生物处理方法主要有活性污泥法和生物膜法。在采油污水处理中应用最多的工艺为间歇式活性污泥法，生物膜法主要有生物滤池、生物流化床和生物接触氧化等。

(2)厌氧处理可以使高分子有机物质降解为低分子的酸和醇类，并去除一部分的S卜，提高好氧可生化性。

2．5 其它技术

近几年来，研究者在PAM 降解方面运用了一些先进的新技术，如超声波技术、激光脉冲技术、超声光催化技术等。

3 生物降解聚丙烯酰胺的研究现状及发展前景

目前，国内外对PAM 的生物降解研究基本停留在初级阶段。国外研究一般集中在PAM 对土壤中微生物群落和土壤生态环境的影响以及作为絮凝剂沉淀后的废渣对存放环境的影响。

1999年，黄峰等研究了硫酸盐还原菌对PAM 的降解。韩昌福等采用葡萄糖、酒石酸铵、苯甲醇、 MgSO4、KH2PO4、VB 、微量元素液为培养基，以黄孢原毛平革菌为菌种，在35℃ 经21 d培养出黄孢原毛平革菌，该菌对PAM 具有特殊的酶催化降解能力。张英筠等lg 培养的优势菌种在降解PAM 的同时，可迅速降解掉脱落的丙烯酰胺单体，使降解过程不会对环境造成二次污染。在美国组织的可持续环境中的生物技术大会上，提出了基因工程微生物、优选微生物菌株和生物传感技术中可利用菌株等三大最新发展技术领域。构建含有功能基因并且具有较强竞争力的基因工程菌(GEM)是现代环境生物技术的主要目标之一。

寻找高效降解PAM 的微生物是研究者下一步的工作目标。随着石油工业的不断发展，对采油污水的处理和回用的要求将会13益提高。在原有的初级处理基础上，结合油田实际情况增加深度处理单元可以进一步净化污水，满足油田的发展需要。基于微生物自身的刘江红等：油田含聚污水处理技术研究进展／2011年囊1期特点，以及目前飞速发展的分子生物学技术和基因工程技术，微生物法必将成为解决PAM 及其降解物引起的环境污染问题的重要手段。

4 微生物固定化技术

针对传统生物处理技术的不足和缺点，近几年，人们采用微生物固定化技术。微生物固定化技术是利用化学或物理手段将游离的细胞定位于限定的空间区域，并使之不悬浮于水仍保持生物活性、可反复利用的方法[7j。微生物固定化技术与其它环境治理技术相比，具有以下特点：(1)微生物固定化可以保持反应器内微生物的高浓度和高活性，有助于提高污染物的处理负荷和去除效率；(2)污泥产量低，减轻了后续污泥处置的负担；(3)微生物固定化利于沉淀过程的泥水分离；(4)微生物固定化对有毒物质的承受能力强，稳定性好。在废水生物治理领域中具有独特的优势和巨大的潜力。

4．1 微生物固定化的方法

微生物固定化方法分为吸附法、包埋法、包络法、共价结合法和交联法。

(1)吸附法

吸附法分为物理吸附和离子吸附。物理吸附所使用的吸附剂有硅胶、活性炭、多孔玻璃、碎石、焦炭、硅藻土等。离子交换剂有DEAE一纤维素、CM-纤维素等。

(2)包埋法

包埋法是将微生物菌体包埋在半透性的聚合物凝胶或膜中，小分子的底物和产物可以自由出入，而微生物却不会漏出。常用的包埋法固定微生物的载体材料有天然高分子多糖，如海藻酸钙凝胶和卡拉胶及聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺等有机合成高分子材料。

(3)包络法

包络法可增大微生物的聚集密度并提高生物粒子承受水力负荷的能力。

(4)共价结合法

共价结合法固定化微生物稳定性好，不易脱落但限制了微生物的活性，同时反应激烈，操作与控制复杂苛刻。

(5)交联法

交联法是微生物通过与具有两个或两个以上官能基团的试剂发生反应，使微生物菌体相互连接成网状结构而达到固定化微生物的目的。交联剂比较昂贵，限制了该方法的应用。

4．2 微生物固定化的发展现状

目前，微生物固定化技术及其应用研究已经涉及到食品与发酵工业、化学合成工业、医疗诊断、环境净化、能源开发等各个领域。

杨基先等探索了采用微生物固定化技术除油的可能性；李伟光等利用活性炭为载体固定微生物处理含油废水，结果表明，生物活性炭对污染物的去除率明显高于颗粒活性炭，除油率和COD去除率分别提高 28．8%和10．4％；与传统工艺中的二级气浮池相比，水中油类、COD、挥发酚、悬浮物等主要污染物质的平均去除效率分别提高46％、39%、62% 、25% 。朱文芳等利用固定化除油菌处理含油废水，结果表明，固定化微生物反应器比相同条件下未经固定化反应器的除油效率提高约2O%。由此可见，微生物固定化技术在处理油田含聚污水领域有着良好的前景。

5 结语

降解PAM 的方法包括机械降解、热降解、化学降解和生物降解。微生物降解PAM 因高效、对环境无二次污染，必将成为解决PAM 及其降解物引起的环境污染问题的重要手段。目前，超声波技术等一些降解PAM 的新技术已经得到应用。微生物经固定化后，对有毒物质的承受和降解能力明显提高，在众多的固定化方法中，包埋法有较好的综合性能，应用也最广泛。微生物固定化技术在处理油田含聚污水领域有着良好的前景。（）