中试规模的碱-表面活性剂-聚合物驱油产出水处理系统：性能与微生物群落分析

《Journal of Water Process Engineering》：Pilot-scale alkali-surfactant-polymer flooding produced water treatment system: performance and microbial community analysis

本研究设计并实施了一种中试规模的先进处理工艺，整合自然沉降、生物反应器、C-DAF和三级过滤，有效去除ASP驱油产水中的油类、悬浮固体及有机污染物。实验表明，生物反应器贡献了95.36%的油去除效率，系统整体去除率达99.56%和96.15%，处理成本为1.15元/立方米，较传统方法降低47.5%。该工艺满足低渗透层 reinjection 标准，具有经济可行性和环境可持续性。

　　在现代能源体系中，石油作为不可或缺的资源，对于维持全球经济的稳定与持续发展具有重要影响。然而，随着石油开采技术的不断进步，如何在提高采收率的同时实现环保和可持续性，已成为石油行业面临的关键挑战之一。在众多提高采收率的技术中，碱-表面活性剂-聚合物（ASP）驱油技术因其显著的效率而受到广泛关注。该技术通过将碱、表面活性剂和聚合物结合在驱油液中，不仅能够提升流体的粘度，还能降低油水界面张力，从而增强油藏的驱替效率和原油的流动性。这种技术在世界范围内被广泛采用，尤其是在中国的一些重要油田，如大庆油田，其应用对于优化采收率具有重要意义。

尽管ASP技术在提高采收率方面表现出色，但其产生的废水却给环境带来了新的挑战。ASP废水主要包含悬浮固体（SS）、油类污染物、表面活性剂和聚合物等成分。随着环保意识的增强和零排放政策的推广，石油行业对废水的处理提出了更高的要求。因此，如何高效、经济地处理这类废水，使其达到再注水的标准，成为当前研究的重点。再注水作为常见的废水处理方式，不仅能够减少环境污染，还能有效节约水资源，提高油田的可持续发展能力。然而，未经处理的ASP废水往往含有高浓度的悬浮固体和油类物质，这些成分在注入地层时可能造成堵塞和损害，影响油田的正常运行。

针对这一问题，研究团队设计并实施了一种基于自然沉淀池、生物反应器、气浮装置（DAF）和多级过滤系统的集成处理流程，以实现对ASP废水的高效处理。该流程能够在每小时处理5立方米的废水规模下，有效去除油类、悬浮固体和有机污染物。实验结果表明，生物反应器在油类去除方面表现出高达95.36%的去除率，而在悬浮固体的去除方面则达到了62.74%。随后的三级过滤系统进一步提升了出水质量，使其符合大庆油田低渗透层注水的严格标准。

在实际应用中，废水处理系统的稳定性至关重要。特别是在高有机负荷的条件下，生物反应器的微生物群落需要具备足够的适应性和耐受性，以维持高效的污染物降解能力。研究过程中，通过逐步增加生物化学需氧量（BOD5）的负荷，验证了系统在不同运行阶段的处理效果。结果显示，油类去除率在不同阶段分别达到了95.42%、97.29%、94.88%和93.19%，表明该系统在面对有机负荷变化时表现出较强的适应性。最终的出水油浓度（21.78 ± 5.15 mg/L）接近注水标准的阈值，证明了该处理流程的有效性。

为了进一步优化处理效果，研究团队还对生物反应器中的微生物群落结构进行了系统分析。通过对不同功能区域的微生物组成进行研究，明确了优势菌种及其在污染物降解中的作用。这种深入的微生物分析不仅有助于理解处理系统的运行机制，也为后续的工艺优化和微生物功能增强提供了科学依据。通过识别关键微生物种类及其代谢路径，研究团队能够更精准地调控反应器的运行条件，从而提高处理效率并降低运行成本。

在经济性方面，该集成处理流程展现出显著的优势。其单位处理成本仅为1.15元/立方米，远低于传统的物理化学处理方法。这种低成本、高效率的处理方式，不仅有助于降低油田的运营成本，还为实现环境友好型的石油开采提供了可行的技术路径。此外，该流程的模块化设计和可扩展性，使其能够适用于不同规模的油田废水处理需求，为现有设施的改造和新处理厂的建设提供了参考依据。

在环境可持续性方面，该处理流程同样具有重要意义。通过生物处理和物理处理相结合的方式，不仅减少了化学药剂的使用，还降低了对环境的二次污染风险。这种绿色处理技术符合当前全球对环保和资源循环利用的高度重视，为石油行业的绿色转型提供了有力支持。同时，处理后的水能够安全地重新注入地层，有助于维持油藏的压力，提高采收率，从而实现经济效益与环境保护的双赢。

值得注意的是，该研究不仅关注了处理技术本身，还深入探讨了其在实际应用中的适应性和可行性。通过对大庆油田实际废水的处理实验，验证了该流程在不同水质条件下的处理效果。特别是在高浓度化学物质存在的背景下，该系统能够保持稳定的处理性能，确保出水质量始终符合注水标准。这种稳定性对于保障油田的长期运行和资源利用至关重要。

此外，该研究还强调了微生物群落的动态变化及其对处理效果的影响。在处理过程中，微生物的组成和功能可能会随着进水水质的变化而调整，这种适应性使得系统能够应对复杂的环境条件。通过持续监测和分析微生物群落的变化，研究团队能够及时优化处理策略，提高系统的整体效率。这种微生物调控机制为其他类似废水的处理提供了新的思路，也为生物处理技术的进一步发展奠定了基础。

在技术应用层面，该处理流程不仅适用于ASP废水，还具有一定的通用性，能够推广到其他化学增强采油技术产生的废水处理中。这种灵活性使得该技术具有更广泛的应用前景，能够为不同类型的油田废水提供定制化的处理方案。同时，该流程的设计理念也为未来的废水处理技术提供了参考，特别是在提高处理效率和降低运行成本方面，具有重要的借鉴意义。

综上所述，该研究通过设计和实施一种集成处理流程，成功解决了ASP废水处理中的多项技术难题。该流程在去除油类、悬浮固体和有机污染物方面表现出色，同时具备良好的经济性和环境可持续性。通过对微生物群落的深入分析，研究团队不仅揭示了污染物降解的机制，还为系统的优化和扩展提供了科学依据。这一成果为石油行业的废水处理提供了新的技术路径，有助于实现高效、环保的采油作业，推动行业的可持续发展。