论文部分内容阅读
长庆油田、延长油田所在的鄂尔多斯盆地是我国目前最大的产油区,石油开发均采用注水开发方式,多层系油层的混合开采、采出水混合处理后回注地层是该区域油田生产的主要特征。油田采出水处理技术主要有混凝法、气浮法和微生物法,微生物法因处理彻底、无二次污染、污泥产生量低等优点而日益受到关注并小规模应用于采出水的回注处理中。然而应用微生物法处理非同层、配伍性差的混合高结垢采出水,垢晶体在菌体表面聚集、沉积,会阻碍菌体与外界环境的物质与能量交换,使微生物处理工艺运行稳定性受到影响甚至瘫痪。为了探索垢晶体对采出水微生物处理过程的影响规律,建立微生物法处理高结垢采出水的预处理技术,本文从受原油污染土壤及含油污泥中筛选、富集、分离并获得了高效原油降解菌,对其进行了生理生化特征分析与16SrDNA鉴定,优化了实验菌株原油降解条件;以油降解率为考察指标,研究了不同结垢量的CaSO4、CaCO3垢晶体对实验菌株原油降解能力的影响,通过光学显微镜、透射电镜观察了垢晶体在菌体表面沉积过程;以黏土、壳聚糖改性黏土颗粒模拟微生物,通过Zeta电位、粒径中值、pH值、电导率等的测定,分析了垢晶体在黏土、壳聚糖改性黏土颗粒表面沉积规律,构建了沉积过程机制;以诱导期时间、垢晶核形成速率常数、垢晶体长大速率常数为指标,研究了黏土颗粒大小、黏土加量、温度、搅拌速度、成垢离子浓度等因素对沉积过程的影响,建立了吸附聚集法测定采出水结垢量的新方法,形成了“吸附诱导+混凝沉淀”的除垢方法;研究了延长油田长2层、长6层采出水不同比例混合形成的高结垢水中,实验菌株对原油的降解效果,优选了“吸附诱导+混凝沉淀”除垢技术条件,形成了处理油田非同层、高结垢混合采出水的微生物法的预处理工艺。主要结论如下:（1）从陕北吴起县原油污染土壤及含油污泥中分离出6株高效原油降解菌,分别为氧化微杆菌（Microbacterium oxydans）、中间苍白杆菌（Ochrobacterum intermedium）、粪产碱菌（Alcaligenesfaecalis）、侧孢短芽孢杆菌（Brevibacillus laterosporus）、寡养单胞菌（Stenotrophomonas）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）。选择降解率较高的铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）作为实验菌株,其7天原油降解率达到94.16%,对实验原油中的直链烷烃（包括正十六烷、十八烷、二十一烷、二十四烷和三十六烷等中长链烷烃）具有较好的降解效果,最佳降解条件为:降解时间7天,pH值7-8,摇床转速180 r/min,含盐量为0.8%,含油量为4%,接种量为6%。（2）随着培养基中CaCO3、CaSO4结垢量不断增大,原油降解率均会发生断崖式下降,CaCO3结垢量由983 mg/L增加至1057 mg/L时,原油降解率由57.72%降低到23.73%;CaSO4结垢量由575 mg/L增加至1017 mg/L时,原油降解率由51.68%降低到24.92%。光学显微镜观察可知垢晶体在菌体表面沉积导致菌体体积变大,菌体之间发生聚集;结合透射电镜可知垢晶体包裹在菌体表面,导致菌体代谢受阻,原油降解能力减弱。（3）垢晶体在黏土（或壳聚糖改性黏土）颗粒表面沉积过程分为表面吸附、聚集、沉积等三个阶段:诱导阶段为黏土（或壳聚糖改性黏土）颗粒表面吸附的Ca2+与溶液中的SO42-反应形成CaSO4垢晶核;尔后水中CaSO4垢微细晶体在CaSO4垢晶核表面吸附、聚集;最后垢晶核逐渐沉积,沿颗粒外层逐渐长大。（4）垢晶体在黏土（或壳聚糖改性黏土）颗粒表面沉积过程中:Zeta电位绝对值减小、平均粒径增大,同时呈增大、减小循环往复的变化规律;pH在7-8之间,且逐渐趋于中性;垢晶体以晶须状呈发散态聚集在黏土/壳聚糖改性黏土颗粒周围。在垢晶核形成和长大阶段,电导率的对数值与时间线性关系呈一级反应,属表面控制反应。（5）黏土颗粒尺寸越小、加量越多,垢晶核形成诱导期越短、形成速率越大;温度、搅拌速度及成垢离子比例增加,均利于垢晶体在壳聚糖改性黏土颗粒表面沉积;利用上述结果建立了吸附聚集法测定污水结垢量的新方法。加入壳聚糖改性黏土可降低高结垢模拟水混凝沉淀后的结垢量、缩短垢晶体的沉积时间,利用该结果建立了壳聚糖改性黏土吸附诱导除垢方法。（6）长2层与长6层混合水的结垢量为25 mg/L-2990 mg/L;实验菌株在结垢量为25 mg/L-745 mg/L的混合水中,原油降解率为50.53%-56.25%,在结垢量为1020mg/L-2990 mg/L的混合水中,原油降解率降低为19.75%-26.51%。（7）形成了“吸附诱导+混凝沉淀”除垢工艺:将一定量的壳聚糖改性黏土加入混合水中并混合一定时间,尔后调节pH值,加入絮凝剂、助凝剂,絮体沉降后过滤,即可获得结垢量低于30 mg/L的处理后采出水。其中长2层与长6层9∶1、结垢量为2990mg/L的混合水中,加入壳聚糖改性黏土60 mg/L、吸附诱导时间30 min,pH为7.5、PFS加量60 mg/L、分子量为1200万的PAM加量0.6 mg/L时,处理后水的透光率为99.18%,结垢量为27 mg/L,铜绿假单胞菌对原油的降解率达到58.15%。本研究结果可为微生物法处理高结垢采油污水处理技术开发提供一定的基础数据,对同类研究具有参考和借鉴作用。对微生物法处理采油污水技术在油田的应用提供了重要保障,对鄂尔多斯盆地的延长油田、长庆油田的注水开发工作提供了支持,对该地区生态环境保护具有重要意义。