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        油田含聚污水處理技術研究進展

        發布時間:2011-11-15 14:23:30  中國污水處理工程網

        目前,我國聚合物驅油技術廣泛采用聚丙烯酰胺(PAM),其產生的含有PAM 的污水粘度大、水中油滴及固體懸浮物在PAM 及其水解產物的作用下乳化穩定性強,處理起來非常困難。隨著使用聚合物驅的三次采油新技術的推廣,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環境中的累積效應,進而造成環境污染。因此,尋找一種高效、無二次污染的PAM 降解方法是環境保護者研究的重要課題。

        1 油田含聚污水的處理現狀

        采油污水經處理后大部分作為回注水注入地層用于二次采油,部分排放或者作為蒸汽采油的鍋爐用水,不同用途的水處理要求不同,采用的方法也有區別。國內大多數油田對于采油污水只做了一些簡單的處理,這種處理后的污水往往很難達到國家排放標準。目前,國內關于采油污水處理方面的研究工作開展較少 。

        2 聚丙烯酰胺的降解技術

        PAM 降解技術包括機械降解、熱降解、化學降解 和生物降解等。

        2.1 機械降解

        機械降解是采油含聚污水經自然沉降、二次沉降 和過濾,除去油滴及懸浮物。單純的物理方法不適 宜處理含聚污水,對于環境的危害仍然存在,傳統的機 械降解方法主要包括氣浮法、膜分離法和過濾法。

        2.2 熱降解

        熱降解是PAM 在熱作用下化學鍵發生斷裂。目 前,對PAM 熱降解的研究主要采用熱重分析和微分 掃描量熱法,根據不同升溫速率下PAM 的失重曲線 判斷PAM 的降解機理。

        2.3 化學降解

        化學降解主要有氧化降解、光降解和光催化降解。 (1)氧化降解是利用強氧化劑、光能或其它能量催 化,最終將PAM 氧化降解為無機物。目前研究較多 的氧化劑有Fenton試劑r2]、高鐵酸鉀 等。氧化法是 一種潛在的、非常有發展前途的、對環境友好的含聚污 水處理技術。

        (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 會發生自由基鏈斷裂。 在脈沖激光下也會引發PAM 降解。

        (3)光催化降解是在光催化過程中產生強氧化性 基團,通過自由基可將很多難生物降解的物質完全礦 化。光催化降粘性能非常顯著,光照5~10 rain,含 PAM 的油田污水的粘度下降至蒸餾水的粘度。

        2.4 生物降解

        生物處理法作為對環境污染物高效的處理手段, 由于其技術成熟、無二次污染、運行費用低廉,已經在 多種難降解污染物的無害化處理領域發揮著核心作用。生物處理法是去除廢水中有機污染物經濟效益和 環境效益最好、應用最廣泛的廢水處理方法。

        生物方法處理含聚污水主要是利用微生物通過其 特定酶的作用,以PAM 為營養源,在其生長和代謝過 程中將PAM 轉化為小分子有機物和無機物。PAM 的降解產物可作為細菌生命活動的營養物質,反過來 營養物質又會促進PAM 的降解。生物降解PAM 主 要受酸堿度、溫度、鹽分、氧、養料等因素的影響。 生物法處理油田采出水大致可分為好氧生物處理 和厭氧生物處理。

        (1)好氧生物處理方法主要有活性污泥法和生物 膜法。在采油污水處理中應用最多的工藝為間歇式活 性污泥法,生物膜法主要有生物濾池、生物流化床和生 物接觸氧化等。

        (2)厭氧處理可以使高分子有機物質降解為低分 子的酸和醇類,并去除一部分的S卜,提高好氧可生化 性。

        2.5 其它技術

        近幾年來,研究者在PAM 降解方面運用了一些 先進的新技術,如超聲波技術、激光脈沖技術、超聲光 催化技術等。

        3 生物降解聚丙烯酰胺的研究現狀及發展前景

        目前,國內外對PAM 的生物降解研究基本停留 在初級階段。國外研究一般集中在PAM 對土壤中微 生物群落和土壤生態環境的影響以及作為絮凝劑沉淀 后的廢渣對存放環境的影響。

        1999年,黃峰等研究了硫酸鹽還原菌對PAM 的降解。韓昌福等采用葡萄糖、酒石酸銨、苯甲醇、 MgSO4、KH2PO4、VB 、微量元素液為培養基,以黃孢 原毛平革菌為菌種,在35℃ 經21 d培養出黃孢原毛平 革菌,該菌對PAM 具有特殊的酶催化降解能力。張 英筠等lg 培養的優勢菌種在降解PAM 的同時,可迅 速降解掉脫落的丙烯酰胺單體,使降解過程不會對環 境造成二次污染。在美國組織的可持續環境中的生物 技術大會上,提出了基因工程微生物、優選微生物菌株 和生物傳感技術中可利用菌株等三大最新發展技術領 域。構建含有功能基因并且具有較強競爭力的基因工 程菌(GEM)是現代環境生物技術的主要目標之一。

        尋找高效降解PAM 的微生物是研究者下一步的工作 目標。隨著石油工業的不斷發展,對采油污水的處理 和回用的要求將會13益提高。在原有的初級處理基礎 上,結合油田實際情況增加深度處理單元可以進一步 凈化污水,滿足油田的發展需要。基于微生物自身的 劉江紅等:油田含聚污水處理技術研究進展/2011年囊1期 特點,以及目前飛速發展的分子生物學技術和基因工 程技術,微生物法必將成為解決PAM 及其降解物引 起的環境污染問題的重要手段。

        4 微生物固定化技術

        針對傳統生物處理技術的不足和缺點,近幾年,人 們采用微生物固定化技術。微生物固定化技術是利用 化學或物理手段將游離的細胞定位于限定的空間區 域,并使之不懸浮于水仍保持生物活性、可反復利用的 方法[7j。微生物固定化技術與其它環境治理技術相 比,具有以下特點:(1)微生物固定化可以保持反應器 內微生物的高濃度和高活性,有助于提高污染物的處 理負荷和去除效率;(2)污泥產量低,減輕了后續污泥 處置的負擔;(3)微生物固定化利于沉淀過程的泥水分 離;(4)微生物固定化對有毒物質的承受能力強,穩定 性好。在廢水生物治理領域中具有獨特的優勢和巨大 的潛力。

        4.1 微生物固定化的方法

        微生物固定化方法分為吸附法、包埋法、包絡法、 共價結合法和交聯法。

        (1)吸附法

        吸附法分為物理吸附和離子吸附。物理吸附所使 用的吸附劑有硅膠、活性炭、多孔玻璃、碎石、焦炭、硅 藻土等。離子交換劑有DEAE一纖維素、CM-纖維素 等。

        (2)包埋法

        包埋法是將微生物菌體包埋在半透性的聚合物凝 膠或膜中,小分子的底物和產物可以自由出入,而微生 物卻不會漏出。常用的包埋法固定微生物的載體材料 有天然高分子多糖,如海藻酸鈣凝膠和卡拉膠及聚乙 烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺等有機合成高分子材料。

        (3)包絡法

        包絡法可增大微生物的聚集密度并提高生物粒子 承受水力負荷的能力。

        (4)共價結合法

        共價結合法固定化微生物穩定性好,不易脫落但 限制了微生物的活性,同時反應激烈,操作與控制復雜 苛刻。

        (5)交聯法

        交聯法是微生物通過與具有兩個或兩個以上官能 基團的試劑發生反應,使微生物菌體相互連接成網狀 結構而達到固定化微生物的目的。交聯劑比較昂貴, 限制了該方法的應用。

        4.2 微生物固定化的發展現狀

        目前,微生物固定化技術及其應用研究已經涉及 到食品與發酵工業、化學合成工業、醫療診斷、環境凈 化、能源開發等各個領域。

        楊基先等探索了采用微生物固定化技術除油的可 能性;李偉光等利用活性炭為載體固定微生物處理含 油廢水,結果表明,生物活性炭對污染物的去除率明顯 高于顆粒活性炭,除油率和COD去除率分別提高 28.8%和10.4% ;與傳統工藝中的二級氣浮池相比, 水中油類、COD、揮發酚、懸浮物等主要污染物質的平 均去除效率分別提高46% 、39%、62% 、25% 。朱文芳 等利用固定化除油菌處理含油廢水,結果表明,固定化 微生物反應器比相同條件下未經固定化反應器的除油 效率提高約2O%。由此可見,微生物固定化技術在處 理油田含聚污水領域有著良好的前景。

        5 結語

        降解PAM 的方法包括機械降解、熱降解、化學降 解和生物降解。微生物降解PAM 因高效、對環境無 二次污染,必將成為解決PAM 及其降解物引起的環 境污染問題的重要手段。目前,超聲波技術等一些降 解PAM 的新技術已經得到應用。微生物經固定化 后,對有毒物質的承受和降解能力明顯提高,在眾多的 固定化方法中,包埋法有較好的綜合性能,應用也最廣 泛。微生物固定化技術在處理油田含聚污水領域有著 良好的前景。(谷騰水網)

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