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紫外线杀菌技术在苏北油田的试验研究
作者:宗国红    发布于:2018-06-28 15:21:44    文字:【】【】【

1、前言

在油田注水系统中,存在各种微生物,如硫酸盐还原菌(SRB)、铁细菌、腐生菌等,他们在生长、代谢、繁殖过程中,引起注水管线及其他金属材料的严重腐蚀,并堵塞管道,损害油层,引起注水量、石油产量、油气质量下降,也为原油加工带来严重困难,造成极大的经济损失。

目前使用的杀菌剂绝大部分是阳离子型季铵盐类杀菌剂-1227(十二烷基二甲基苄基氯化铵),此类杀菌剂用在含阴离子型聚合物的聚驱污水中会与聚合物发生反应,降低聚合物的黏度,并且形成不溶于水的、具有黏性的絮状物,堵塞及复式注水系统,如果进入地下则会降低岩石渗透率。长期使用后易产生抗药性,并存在化学残余物质。

紫外线杀菌消毒法有着悠久的历史。1970年美国环境保护局完成了第一个污水紫外线杀菌消毒的示范工程。罗立新、陈忠喜等分别将紫外杀菌技术应用于河南油田和大庆油田注入系统,杀菌率可达99%。但在废水中的应用还有待于水的进一步净化和装置的改进。本研究在苏北油田污水处理站现场进行了紫外线杀菌试验,对杀菌效果进行了检测,试验结果可为紫外线杀菌技术在油田废水处理应用提供参考依据。

2、紫外线杀菌原理与特点

2.1、紫外线杀菌原理

    紫外线是波长介于200-380mm的电磁波,其中200-280mm范围一般称为UVC或紫外线C段,为消毒波长范围。紫外灯发出光的波长恰好在微生物细胞中的核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)吸收光谱的范围,当微生物被紫外线照射时,其细胞的部分氨基酸和核酸吸收紫外线,产生光化学作用,使细菌DNA链上相邻的两个胸腺嘧啶共价结合成二聚体,改变DNA的分子构型,干扰DNA的复制和转录,最终导致细菌的死亡。

2.2、紫外线杀菌特点

①紫外线杀菌不添加任何化学药剂,因此它不会对水体和周围环境产生二次污染,不产生对人体和生态有毒、有害的副产物。

②紫外线几乎对所有细菌、病毒的杀灭率都能达到99%以上,特别是对抗氯性的致病微生物隐孢子虫孢囊和贾第虫卵囊有特效消毒作用,同时紫外线消毒受水温、PH值等环境因素影响小,效果稳定。

③紫外线杀菌能力随照射剂量的增加而增强,而照射剂量是照射强度与照射时间的乘积。

④紫外线的穿透能力较差,因此紫外线的杀菌能力随距离的延长而减弱。

⑤紫外线杀菌对水质的要求较高,水体中凡是能够吸收紫外线的悬浮颗粒和溶解性物质都会影响紫外线的杀菌能力。

⑥紫外线杀菌没有后继作用,因此离开紫外线消毒后水中不能有效地防止有害细菌的再繁殖。

3、紫外线杀菌工艺方法

    早在本世纪初,人们就知道了紫外线杀菌技术,但知道最近几年才把紫外线杀菌技术应用到油田注水系统,其中一个主要原因就是工艺问题。针对紫外线杀菌原理和特点,采用如图1所示工艺对苏北油田废水进行处理,观察实验运行情况。

1 紫外线杀菌工艺

3.1、紫外线杀菌装置

紫外线杀菌装置由紫外线杀菌室,液压自洁装置、光源配线仓、在线监测系统、电控系统五大部分组成。也可分为压力室和电子组件,压力室与电子组件由电路相连。紫外线杀菌装置工作原理如下:

利用装置内的紫外灯发出波长一定的紫外线,对过流的污水照射,紫外线被细菌的核酸所吸收,一方面可使核酸突变阻碍其复制、转录和蛋白质的合成;另一方面产生的自由基引起光电离,从而导致细胞死亡,达到杀菌的效果。另外,该装置压力室内有紫外线照射强度测量器,当紫外线照射强度降低,达到清洗周期后,液压站自动开机,清洗机构在液压缸推动下向某方向运行,开始清洗紫外灯上的石英水晶套管,达到行程终点后自动换向,向反方向清洗。石英水晶套管透光率恢复正常后液压站自动停机。若长时间清洗紫外线透光率仍未回复正常,就要考虑更换灯管。

3.2、杀菌效果及运行成本分析

3.2.1、杀菌效果

    油田采出水经过二次过滤处理后,其油含量将至4.35mg/L,固含量降至10.96mg/L,水质澄清无浮油。从201235日起,对北汉庄过滤器出口水进行紫外线杀菌试验,检测方法采用绝迹稀释法。杀菌效果见表1.

1 紫外线杀菌对三类细菌灭杀效果

取样日期

SRB

TGB

FEB

进水

103/mL

杀菌后

/mL

杀菌率

%

进水

103/mL

杀菌后

/mL

杀菌率

%

进水

103/mL

杀菌后

/mL

杀菌率

%

03-06

1.1

0

100

1.1

1.4

99.87

1.4

3.0

99.79

03-08

1.4

0

100

0.45

0.7

99.84

0.25

0

100

03-10

1.4

0.3

99.98

3.0

0.7

99.98

0.16

0

100

03-14

1.5

0.3

99.98

1.1

0

100

0.75

0

100

03-18

1.1

0

100

0.25

0

100

1.4

0

100

03-20

1.4

0.9

99.94

4.0

0.3

99.99

3.0

0

100

04-05

1.4

3.0

99.79

0.75

0.3

99.96

3.0

0.7

99.98

04-15

4.0

2.5

99.94

1.1

0

100

0.75

0.7

99.91

04-25

3.0

0.7

99.98

1.4

0.9

99.94

0.25

0

100

05-05

1.1

0.6

99.95

1.4

0.3

99.98

0.16

0

100

 

    从表1数据可以看出,紫外线杀菌器对三大类菌有较强的杀灭效果,灭杀率达99.96%,且效果稳定。紫外线杀菌技术的杀菌效果与所应用的水样的水质有着密切关系。本文紫外杀菌器的安装位置在过滤器出口,水质较好,因此杀菌率很高。

3.2.2、运行成本分析

紫外线杀菌装置初装费为1.8万元,由于使用年限很长,暂不计入成本核算。

①年耗电费用(以北汉庄为例):北汉庄水处理站共用紫外灯5支,每支功率为0.080kW,以每年365d计算耗电量:

5*0.080kW/*24h*365d*0.6元(kW·h=2102.4

②更换紫外灯管费用:根据紫外灯管使用寿命,紫外灯管需要每一年半更换一次,即每年损耗紫外线灯管10/3支,根据安装公司提供的价格300元每支计算:10/3*300=1000

③苏北油田北汉庄处理站日处理水量为120m³,根据以上计算,处理成本为0.070/m³。根据北汉庄以往加药经验,每天加药量为8kg,每吨价格为1.244万元,处理成本为0.829/m³。

因此,紫外线杀菌的处理成本仅为杀菌药剂成本的8.44%,具有良好的推广价值。

4、结论

①在苏北油田污水处理站的出水中采用紫外线杀菌技术,对硫酸盐还原菌、腐生菌及铁细菌都有很好的灭杀效果,杀菌率可达99%以上。

②苏北油田污水经过处理站处理再采用紫外线杀菌技术后,出水水质细菌个数可以达到中国石化对注入水的指标要求。

③苏北油田污水处理站现场应用表明,紫外线杀菌技术处理成本只需0.070/m³,大大低于化学药剂灭菌成本。

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