1、概述
随着三次采油规模的增大，采出污水深度处理后与聚合物母液混合后一同回注地层已成为污水资源化再利用的主要模式。目前，萨北油田普遍采用常规深度污水处理工艺，即一次自然沉降→二次混凝沉降→普污站过滤→深污站一次过滤→深污站二次过滤的五段式过滤工艺。此工艺存在工艺复杂、占地面积大的缺点，而且仅能处理油含量、悬浮物等物理性污染物，对污水中更为复杂的化学性、生物性污染物的处理效果有限，从而导致深度处理污水与聚合物母液混合过程中存在着较大的粘损。大量实践经验表明高含聚含油污水难以处理的关键在于原油的高乳化度使得油水分离困难。而环境中的某些微生物具有产生生物破乳剂和降解原油的能力，这些特性使其在油田采出液处理方面具有很好的应用价值。为此决定探索、开发能够实现含油污水处理的高效率、低能耗的新工艺、新方法，并进行矿场试验以积累微生物处理工艺的一线数据。
2、技术原理
采油污水中含有大量原油类有机污染物，包括大部分分散但未溶解的和部分已溶解的。对于未溶解的污染物，降低其在水相中的分散度以使其与水相分离的过程称为破乳。利用破乳可回收污水中的部分原油，具有一定的经济价值。破乳的关键在于改变污染物与水相之间的界面张力，从而使得分散的污染物颗粒相互聚并较大尺寸的颗粒。
研究中发现某些微生物的细胞表层与乳化的油珠之间具有较好的亲和力，从而使得油珠能在细胞表面浸润，当多个乳化油珠浸润于同一个微生物细胞表面，并相互接触时，则这些乳化油珠之间具有聚并的趋势。而另一些微生物则会代谢产生一些表面活性物质，这些表面活性物质能够强烈的吸附于油水界面上，取代原有的界面保护层，从而使得整个界面强度降低进而失稳、聚并。这两种类型的微生物均具有使得乳化原油破乳的效能，具有应用于含油污水处理的效能。
3、装置结构改进及深度处理工艺设计
在大庆油田北III-2深度污水处理站建设生物处理工艺生物污水处理站1座以开展含聚污水深度处理试验研究，试验设计规模为5000m3/d。本试验设计的主体工艺流程为：溶气净化→溶气生物净化→生物强化处理→固液分离，工艺主要包括上述溶气净化装置1套、溶气生物净化装置1套、生物强化处理装置1套、固液净水装置2套、溶气增压供气系统1套、生物供氧系统1套及配套收油、排泥设备，同时新建外输管线1条。
4、深度处理运行效果评价
4.1 原油的去除
含油量是采出污水处理的关键性控制指标，其去除效果是评价生物强化处理工艺，即微生物菌种是否有效的决定性因素。在试验阶段，监测记录了各单元出水原油含量，分析试验运行结果可知，该生物强化处理工艺去油效果稳定。详见表1。
4.2 悬浮物的去除
在试验阶段跟踪监测记录了各单元出水的悬浮物含量，对比试验运行结果可知，溶气净化装置、溶气生物净化装置、生物强化处理装置和固液净水装置的悬浮物去除率基本稳定，其中生物强化装置在试验后期的出水悬浮物含量略高于试验中期阶段，分析认为，这是由于此时微生物已经生长成熟，开始有脱落的菌体，但这又可通过之后的固液净水装置去除，从而保障系统出水悬浮物含量维持在较低水平。详见表2。
4.3 水质其它理化指标特性
除含油量及悬浮物含量之外，COD、有机酸、硫化物、硫酸盐等诸多水质因子也是考察整体处理工艺现场适应性的重要影响因子。
4.3.1 化学需氧量(COD)变化
化学需氧量(COD)COD是反应水体中还原性物质含量的总体指标，一般而言，COD降低表明水体整体质量的改善。试验结果进一步表明采用借助生物处理可大幅降低污水中的COD含量，改善水质环境。
4.3.2 有机酸含量的变化
同样，在试验中跟踪监测污水中的有机酸含量变化。从试验结果可以看出，污水中的有机酸含量显著下降，表明随着微生物的逐渐繁殖、增长，有益于污水中的绝大部分有机酸被去除。
4.3.3 硫酸盐还原菌及硫化物、硫酸盐含量的变化
硫酸盐还原菌是油田污水中常见的有害细菌，其代谢产生的硫化物可引发油田设施的严重腐蚀，是污水处理系统中的主要控制指标之一。试验研究中跟踪监测了系统运行过程的硫酸盐还原菌、硫化物及硫酸盐的变化。试验结果表明，由于生物竞争作用导致硫酸盐还原菌数量减少可以降低后续工艺段中硫化物再次生成的可能性和产生量，从而可有效减轻由硫化物引发的设备腐蚀程度。
4.3.4 腐蚀率的变化
从试验阶段的10月15日开始，将A3钢挂片分别置于来水、溶气生物净化装置出水、生物强化处理装置及固液分离装置出水中，评价各单元出水的平均腐蚀率，至11月15将挂片取出，测试腐蚀率，试验结果表明，采用生物处理工艺可以显著降低污水的腐蚀率。
4.3.5 含聚浓度的变化
试验运行期间监测了污水中聚合物含量的变化，，试验结果表明，运行系统的各单元对污水中的聚合物基本无明显去除作用。
4.3.6 氨氮的变化
同样，在试验运行期间跟踪监测了污水中氨氮含量的变化，试验可以看出，运行系统中的微生物菌群可以通过代谢作用有效去除污水中氨氮。
4.4 聚合物配伍试验
取二级过滤装置出水作为稀释水将5000mg/L聚合物母液稀释为常用的1000mg/L，1200mg/L以及1500mg/L聚合物溶液，并以常规深度处理污水稀释作为对照组。每间隔1天测定每组样品的粘度值，结果表明，采用该深度处理工艺处理后污水与聚合物的配伍性良好，与常规深度处理污水相比，对聚合物溶液的粘度普遍提高5%以上。详见图1。
5、结论
将生化处理工艺与油田普遍采用的罐式结构装置相结合，设计改进了大罐生化处理污水装置的结构，试验运行结果充分表明可采用“溶气生物净化装置+生物强化处理装置+固液分离”处理工艺处理含聚污水具有应用可行性。同时，该基于生物强化作用的处理工艺可大幅降低采出污水中的COD、氨氮、硫化物等污染物含量，同时减少污水中总的硫元素含量，有效降低硫化物再次生成的可能性，且处理后水与聚合物配伍效果良好，满足作为聚合物驱稀释水质的要求。
6、下一步研究方向
试验运行初始，由于开始进入冬季，为保证微生物生长繁殖所需的水温，同时综合考虑水质状况，采用“溶气生物净化装置+生物强化处理装置+固液分离”运行工艺。目前采用“一级气浮+生物强化处理装置+固液分离”运行工艺，通过6-9月的运行效果来看，水质均能到达“双5”标准。下一步，待站内滤罐改造完毕，将采用“一级气浮+生物强化处理装置+固液分离+一级过滤”运行工艺并对运行效果进行跟踪。(来源：大庆油田第三采油厂)