隨著采油技術的不斷發展，我國石油工業在一次、二次采油后進入三次采油階段。常規的三次采油技術手段包括堿驅油、聚合物驅油、三元復合驅油等，其中三元復合驅油（堿-表面活性劑-聚丙烯酰胺）因能提升20%以上的原油采集率而得到廣泛應用。目前國內對于油田三元驅采出水的處理方式一般有物理、化學及生化法，其中常用的有壓力溶氣浮選、高級氧化、生物接觸氧化等。由于三元驅采出水具有含聚量高、黏度大、pH高、可生化性差等特點，上述方法處理后出水往往很難達到回注標準，因此亟需一種經濟、有效的三元驅采出水處理工藝。

產酸酵母在釀酒、風味調理、食品制造等領域應用已久，隨著對其研究的不斷深入，此類酵母在水處理領域展現出廣泛的應用前景。楊秋明等發現，源自醬醪中的產酸酵母在代謝過程中能夠將糖類等有機物質轉化為以乳酸為主的酸性物質，產酸量與營養物量成正比；產酸酵母同時還表現出與絲狀真菌類似的吸附性能。Qingxiang Yang等利用多形德巴利酵母菌的產酸和吸附特性，成功對偶氮染料廢水進行了脫色處理。為解決三元驅采出水pH 高、黏度大的治理難題，筆者擬采用酵母菌序批式生物反應器對其進行預處理，后續加設水解酸化—膜生物反應器，將出水與SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質推薦指標》進行比較。

1 材料與方法
 
1.1 廢水來源及水質分析
廢水來自東北某油田采油廠的三元驅采出水，廢水水質如表 1所示。

 由表 1可知，三元驅采出水具有如下特點：（1）pH較高，HCO3-、CO32-等緩沖離子的大量存在導致其比一般廢水更難以調節pH。（2）COD和油相對普通廢水明顯偏高，但BOD5較低，B/C約為0.11，廢水可生化性較差。（3）廢水黏度高且水量大，常規處理手段成本難以控制。（4）廢水氮源充足而磷含量較低，因此酵母菌預處理中需適量外加碳源及相應比例的磷源，使酵母菌正常發揮作用。

1.2 試驗儀器和設備
儀器：NDJ-1型旋轉式黏度計，上海平軒科學儀器有限公司；OXI-3210型溶氧儀，德國WTW公司；BT-9300H型激光粒度分布儀，丹東百特科技有限公司；HI-8424型酸度計，意大利哈納公司。

設備：序批式生物反應器，3個，均為工作體積8 L的圓柱形有機玻璃容器；酵母反應器和膜生物反應器依靠底部的曝氣機進行連續供氣，膜生物反應器中裝有聚偏二氟乙烯（PVDF）制成的表面積為0.42 m2的0.1 μm中空纖維膜絲，利用蠕動泵將膜絲的濾出液抽取，膜生物反應器還裝有間歇式氣反沖洗裝置，此外還配有監測pH和溶氧的裝置。反應裝置如圖 1所示。

圖 1 酵母菌—水解酸化—膜生物反應器裝置
1—酵母菌反應池；2—pH計；3—排泥口；4—曝氣器；5—出水口； 6—空壓機；7—進水口；8—水解酸化池；9—電磁計量泵； 10—好氧膜生物反應器；11—中空纖維膜組件； 12—空氣反沖洗；13—蠕動泵；14—出水。

1.3 試驗方法
（1）分析方法。COD測定采用重鉻酸鉀法； MLSS測定采用重量法；懸浮固體（SS）測定采用SY/T 5329—2012重量法；BOD5測定采用HJ 505—2009稀釋與接種法；油的測定采用SY/T 5329—2012石油醚萃取重量法；PAM測定采用淀粉-碘化鎘法。

（2）酵母菌的擴大培養。以醬醪中產酸酵母為菌源，4個10 L的有機玻璃容器為反應器，在完全開放的體系中進行好氧培養，營養液由葡萄糖、氯化銨、磷酸二氫鉀進行配制，其m（C）∶m（N）∶m（P）為100∶5∶1。擴大培養期間4組反應器的BOD5-污泥負荷（Ns）為0.5、1、2、4 kg/（kg·d），酵母菌污泥齡為10 d；將培養池溶解氧維持在0.5~1.5 mg/L，pH保持在5~10，每天測定4組反應器的MLSS。

（3）酵母菌預處理試驗。為研究外加碳源及MLSS對酵母菌降低廢水pH、去除PAM的影響，設置3組反應器進行平行試驗，每組容積為8 L，分別編號為1、2、3。控制反應器外加碳源及MLSS為試驗變量，同時測定反應液的pH、COD及PAM，研究這些參數與變量之間的關系。

先將擴大培養后的酵母菌按照MLSS為2 500 mg/L分別加入到裝有8 L三元驅采出水的3個平行反應器中，向1、2、3號反應器分別投加0.5、1、1.5 g/L葡萄糖配制的外加碳源，投加KH2PO4使廢水m（C）∶m（P）為100∶1，觀察反應器pH變化情況。試驗結束后倒掉反應器中廢水，將新的酵母菌按照MLSS為2 500、5 000、10 000 mg/L投加到1、2、3號反應器中，投加此前試驗得到的最佳外加碳源及磷源，記錄反應液pH。最后采用以上兩個試驗得到的最佳碳源、MLSS和反應時間，對廢水進行處理，每隔0.5 h測定反應液的COD及PAM，研究其隨時間的變化情況。反應結束后靜置2 h進行泥水分離，測定出水的PAM、油、SS、pH、中位粒徑及黏度。

（4）水解酸化—膜生物反應器處理試驗。采用活性污泥的水解酸化—膜生物反應器進行后處理。水解酸化段污泥取自天津大港石化園區的水解酸化污泥，污泥質量濃度5 330 mg/L，水解反應時間6 h，靜置2 h后進行泥水分離，反應過程中溶解氧保持在0.2 mg/L以下；膜生物反應器內的好氧污泥取自天津泰達污水處理廠的好氧污泥，污泥質量濃度5 436 mg/L，反應時間5 h，反應過程中溶解氧保持在4 mg/L以上。反應過程中連續取樣，測定廢水BOD5及COD；反應結束后測定出水的PAM、油、SS、pH、中位粒徑及黏度。

2 結果與討論
 
2.1 酵母菌的擴大培養
在4種BOD5-污泥負荷（Ns）條件下，酵母菌的生物量（MLSS）變化情況見圖 2。

圖 2 不同BOD5-污泥負荷下酵母菌生長曲線  

從圖 2可以看出，當污泥齡為10 d時，酵母菌在有充足營養物的條件下〔2 kg/（kg·d）〕迅速增殖，10 d內MLSS由500 mg/L增至25 g/L，而營養物不足時〔0.5 kg/（kg·d）〕，酵母菌則由于缺乏營養物質大量死亡，1 kg/（kg·d）是維持酵母菌正常代謝的最低BOD5-污泥負荷。

2.2 不同外加碳源下酵母菌對pH的影響
外加碳源不同質量濃度下酵母菌對三元驅采出水pH的影響如圖 3所示。

圖 3 不同外加碳源下酵母菌對pH的影響

由圖 3可見，當外加碳源為1.5 g/L時，酵母菌的代謝活動將營養物質轉化為乳酸，反應液pH從9.86降到7左右，隨后pH緩慢回升。分析原因可能是酵母菌在營養物充足的情況下釋放出酸性物質，利用菌體細胞內外酸堿度的不平衡來吸收營養并維持細胞形態；缺乏營養物質時部分酵母菌開始死亡，菌體細胞破碎導致胞內的堿性物質釋放出來，反應器內pH開始回升。由于下一步水解酸化工藝的最佳pH為5~7，因此選擇外加碳源質量濃度為1.5g/L。

2.3 不同生物量下酵母菌對pH的影響
不同MLSS條件下酵母菌對pH的影響如圖 4所示。

圖 4 不同生物量下酵母菌對pH的影響

由圖 4可知，當生物量為5 000、10 000 mg/L時，pH降低到7~7.5的時間相差不大，但與2 500 mg/L相比有明顯差距。這是因為在反應開始0.5 h內，酵母菌處于對廢水的適應階段，對營養物的吸收和酵母菌的增殖活動不明顯；此后酵母菌進入對數增殖階段，開始大量吸收營養物質以快速增殖，此時更高的生物量往往需要更多碳源并產生更多酸性物質，因此不同生物量的pH降低速率開始加大差距。本試驗中，2號、3號反應器的酵母菌在進入對數增殖階段后就很快消耗完營養物質，進入減速增殖階段，因此二者pH達到最低點的時間相差不大，而1號反應器的酵母菌濃度較低，對營養物質的吸收相對緩慢，在對數增殖階段維持了較長時間，從而與2號、3號反應器時間間隔較大。由于更高的酵母菌污泥濃度往往會消耗大量溶氧，因此為節省成本選擇酵母菌反應器內酵母菌MLSS為5 000 mg/L，此時最佳反應時間為3 h。

2.4 酵母菌預處理工藝對COD及PAM的去除效果
根據以上分析，酵母菌預處理反應器最佳運行條件是外加碳源為1.5 g/L、MLSS為5 000 mg/L、反應時間3 h，在此條件下酵母菌預處理試驗對COD和PAM的去除效果如圖 5所示。

圖 5 酵母菌預處理工藝對COD及PAM的去除效果

由于三元驅采出水自身含有的BOD5較低，3 h后出水COD較原水沒有明顯降低，而外加碳源的降解速率與廢水pH下降速率明顯呈正相關關系。廢水的PAM在反應初期即大幅降低，可以認為酵母菌對PAM的吸附屬于物理吸附，被吸附的PAM隨剩余酵母菌污泥一起通過排泥口從反應器排出；由于酵母菌產生的H+與PAM分子鏈上的負電基團（—COO-)）發生電性中和作用，因此在隨后的反應時間里PAM濃度緩慢降低，最終出水PAM質量濃度為27.42 mg/L。 PAM降低導致出水黏度也隨之降為2.3 MPa·s，在此黏度條件下，廢水對生物處理的影響大幅減小，后續水解酸化進程得以順利進行。

2.5 水解酸化—膜生物反應器的處理效果
酵母菌預處理出水由水解酸化—膜生物反應器進行處理，其COD及BOD5變化情況如圖 6所示。

圖 6 水解酸化—MBR段的COD、BOD5變化趨勢

由圖 6可見，在水解酸化階段廢水COD由 1 320 mg/L降到1 088 mg/L，去除率達到17.58%；預處理段出水BOD5為197 mg/L，相對原水有所提高，可能是由于預處理段外加碳源及酵母菌細胞有少量殘余；水解酸化段出水BOD5為302 mg/L，此時B/C達到0.28，廢水的可生化性得到明顯提高，說明本階段水解酸化污泥對難生物降解的大分子有機物進行了有效水解。在MBR處理段，COD去除率達到63.1%，分析認為殘留COD一部分是未水解的大分子有機物，部分則由三元驅采出水中殘留的硫化物等無機還原性物質構成的。

酵母菌預處理段及MBR處理段出水的各項指標如表 2所示。

試驗中，水解酸化—MBR段在SS、油、PAM的去除及粒徑中值降低方面均有成效，SS和中位粒徑的降低原因包括水解酸化段污泥的協同沉降作用和膜生物反應器固液分離時膜絲的選擇性滲透；水解酸化段對大分子有機物的水解顯著降低了廢水的含油率，PAM的進一步去除則來自于活性污泥的吸附以及超濾膜的截留作用；最終出水達到了SY/T 5329—2012中的滲透層注水標準。

3 結論
（1）在開放體系下對特種產酸酵母進行擴大培養，當污泥齡為10 d時，維持酵母菌正常代謝的最低BOD5-污泥負荷為1 kg/（kg·d），當營養物充足時10 d內酵母菌MLSS可由500 mg/L增到25g/L。

（2）利用擴大培養得到的酵母菌對三元驅采出水進行預處理，得到酵母菌預處理系統的最佳運行參數：外加碳源1.5 g/L、酵母菌生物量5 000 mg/L、反應時間3 h，此時廢水pH由9.86降至7.04，PAM去除率達到69.5%。預處理段的酵母菌經歷了適應—快速增殖—減速增殖3個階段。

（3）采用水解酸化—膜生物反應器進行后處理，水解酸化污泥對難生物降解大分子有機物取得了良好的水解效果，廢水的B/C提高了75%；水解酸化段活性污泥的協同沉降作用和膜生物反應器固液分離時的生物膜選擇性滲透大幅降低了廢水SS及中位粒徑。具體參見http://m.dongaorq.cn更多相關技術文檔。

（4）在最佳條件下采用酵母菌—水解酸化— MBR工藝處理油田采出水，其COD、PAM及油的去除率分別達到76.4%、95.0%、89.1%，中位粒徑穩定在0.14 μm，懸浮物降至1.2 mg/L；反應出水達到SY/T 5329—2012中滲透層注水標準，具有較高的推廣價值。