畢權(quán) 王俊穎

摘 要：在油田生產(chǎn)中，往往將油田污水處理后回注，這樣不僅可以節(jié)約生產(chǎn)成本，還可以避免污水隨意排放造成的環(huán)境污染。但是，如何使回注污水符合油田回注水質(zhì)指標(biāo)，以防止造成集輸系統(tǒng)和井筒的腐蝕和結(jié)垢，使回注水對地層的傷害最小化，一直是油田污水處理的難題。對現(xiàn)階段國內(nèi)外主要的污水處理技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了概述，并提出了對油田污水處理技術(shù)發(fā)展前景的展望。

關(guān) 鍵 詞：污水處理；回注；創(chuàng)新技術(shù)

中圖分類號：X 703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）07-1605-04

Overview of Oilfield Wastewater Treatment Techniques

BI Quan，WANG Jun-ying

（Beijing Key Laboratory of Urban Oil and Gas Distribution Technology， China University of Petroleum，Beijing 102249， China）

Abstract： In the production of oilfield， wastewater is always treated to reinject.This way can reduce the cost of production and avoid environmental pollution. However， for such a long time we have to face the problems of how to make the reinjected water meet the water quality index and how to avoid the corrosion in gathering system and wellbores in consideration of the minimum of strata damage. In this paper， wastewater treatment technologies and their application at home and abroad were summarized， and future development prospect of these wastewater treatment technologies was put forward.

Key words： Wastewater treatment technology； Reinjection； Innovative technology

油田采出水含有固體懸浮物、乳化油、細(xì)菌以及破乳劑、絮凝劑、殺菌劑等多種化學(xué)藥劑，并且不同的污水來源會(huì)導(dǎo)致油污的狀態(tài)和組成有差異，由于油田污水的多樣性，因此，需要研究有效的油田污水處理工藝應(yīng)對不同的污水情況，采用具有針對性的污水處理方案。目前，國內(nèi)污水處理主要采用傳統(tǒng)的“老三套”污水處理工藝，即以“混凝-沉降-過濾”為基礎(chǔ)，以物理、化學(xué)及生物處理方法等作為輔助技術(shù)。

1 常用技術(shù)

1.1 重力沉降

重力沉降法主要利用油水比重差來去除油田采出水中成懸浮狀態(tài)的可浮油，包括自然沉降除油，斜板除油，粗?；偷确椒ǎ哂型顿Y少，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)。重力沉降法常用的設(shè)備是隔油池，種類有平流隔油池、斜板隔油池、波紋斜板隔油池，其中斜板隔油池和波紋斜板隔油池是平流隔油池的一種改進(jìn)，提高了除油效率。重力沉降法常與凝聚等化學(xué)方法結(jié)合使用，以達(dá)到更好的除油效果。在勝利油田高含水期油田設(shè)置兩級重力沉降處理油田采出水，可以達(dá)到較好的除油效果，未處理污水含油1 000 mg/L左右，懸浮物300 mg/L左右，處理后的油田采出水的油和懸浮物含量均下降至20 mg/L[1]。

1.2 旋流分離

旋流分離技術(shù)是利用油水間的密度差達(dá)到分離效果。由于油水之間存在密度差，使得油、水在旋流除油器中旋轉(zhuǎn)時(shí)所受的離心力不同，這樣密度較小的油滴所受的離心力也就較小。根據(jù)斯托克斯（stokes）定律，油田污水中的重相水在較大離心力的作用下往旋流器的內(nèi)壁運(yùn)動(dòng)，而輕相油則向旋流器的中心聚結(jié)成油芯， 從而從水中分離出去。旋流除油器技術(shù)最早由南安普頓大學(xué)（southampton）的M.T.THEW教授和A.D.COLMAN教授在20世紀(jì)70年代研究提出的。在國外，旋流分離技術(shù)廣泛的應(yīng)用于非洲、北海、西歐、東南亞等地區(qū)的海上和陸地油田[2]。比如，旋流分離技術(shù)應(yīng)用于美國德州的Permian Basin油田，進(jìn)行油田采出水處理，將油田污水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝仩t用水[3]。在國內(nèi)，旋流分離技術(shù)也有普遍的應(yīng)用，在南海流花11-1油田試生產(chǎn)期間，曾使用兩臺旋流器處理污水，取得了良好的除油效果[4]

1.3 機(jī)械過濾

過濾是油田污水處理流程中極為重要的步驟，主要是利用過濾介質(zhì)的截留、黏附、接觸絮凝等特性去除污水中的油和懸浮物，一般結(jié)合前期的沉降、分離、絮凝、氣浮等方法，應(yīng)用于油田污水處理流程的末端，常用的過濾設(shè)備有石英砂過濾器、核桃殼過濾器、雙層及多層濾料過濾器、纖維球過濾器等[5]。過濾具有處理精度高、處理效果好、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也具有濾料易被污染，反沖洗易流失，再生困難等弊端。遼河油田歡三聯(lián)稠油污水處理工藝中，采用核桃殼過濾器和加拿大產(chǎn)多介質(zhì)過濾器分別進(jìn)行初濾和精細(xì)過濾，得到了較好的過濾效果[6]。吉林大學(xué)朱磊等研究設(shè)計(jì)的低壓穩(wěn)流反沖洗核桃殼過濾器，大大提高了了除油除雜效率，較普通的核桃殼過濾器除油率以及除雜率分別提高了35%和15%[7]。在國外，雙向流過濾器、硅藻土過濾器、高精度濾芯過濾器和雙層濾芯過濾器常用于油田污水處理，取得了不錯(cuò)的效果[8]。

1.4 膜分離

膜分離技術(shù)主要作用是截留油田采出水中的微米級懸浮顆粒，另外，對去除污水中的溶解油和乳化油有著顯著的效果[9]?，F(xiàn)階段較常用的膜分離技術(shù)有金屬膜過濾和陶瓷膜過濾。勝利油田臨盤采油廠工藝所張存麗研究表明，鈦金屬微孔膜過濾器應(yīng)用于臨盤四凈站，采用多介質(zhì)過濾器和鈦金屬微孔膜過濾器的過濾流程，處理后水質(zhì)指標(biāo)達(dá)標(biāo)，懸浮固體含量<2 mg/L，含油<6 mg/L，懸浮固體粒徑中值<1.5 μm[10]。谷玉洪等利用陶瓷微濾膜處理遼河油田茨榆沱采油廠注水站砂濾罐的出口水，經(jīng)陶瓷膜過濾器過濾后，懸浮物含量小于1 mg/L，顆粒直徑小于1 μm，含油量小3 mg/L，滿足特低滲透油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。另外，駱廣生等研究表明，運(yùn)用膜分離技術(shù)處理含油污水時(shí)，會(huì)產(chǎn)生良好的破乳效果[11]。Bhave Ramesh R等使用陶瓷膜對西墨西哥采油平臺油田污水進(jìn)行處理，處理后污水含油量從28～583 mg/L降到幾乎測不出、固體懸浮物含量從73～5 290 mg/L降到1 mg/L以下。

近些年，國內(nèi)外對于超濾、納濾（NF）、反滲透等新興的膜分離技術(shù)也進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，超濾、納濾和反滲透技術(shù)主要用于污水的深度處理，處理后作為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水。超濾膜可以去除油田采出水中的菌群，對有機(jī)物有較高的去除率[12]。李毅等使用經(jīng)過改性后的聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維超濾膜技術(shù)[13，14]對勝利油田采出水進(jìn)行處理，處理后水中油和懸浮物的質(zhì)量濃度均小于1 mg/L[15]。Lia[16]等利用有機(jī)-無機(jī)復(fù)合管式超濾膜組件對油田采出水進(jìn)行處理，處理后COD和TOC的脫出率分別為90%和98%，殘余污油含量不到1%。潘振江等開展了超濾加納濾雙膜法應(yīng)用于油田采出水深度處理的實(shí)驗(yàn)研究，此納濾處理工藝在長期運(yùn)行過程中，出水水質(zhì)達(dá)到油田注汽鍋爐進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)[17]。K M SIMMS等在加拿大西部油田用陶瓷膜對稠油采出水進(jìn)行了處理，將油含量從125 mg/L降到20 mg/L。

1.5 機(jī)械過濾

混凝法主要是通過混凝劑的作用，使油田污水中的懸浮物凝聚成絮凝體，然后通過沉淀或者過濾去除污染物，是國內(nèi)外應(yīng)用較普遍的一種經(jīng)濟(jì)又方便的污水處理方法?；炷齽ξ鬯袘腋∥锏淖饔脵C(jī)理有靜電中和，吸附架橋以及卷掃。絮凝劑的種類主要分為有機(jī)絮凝劑和無機(jī)絮凝劑兩種。無機(jī)絮凝劑包括精致硫酸鋁、粗制硫酸鋁、聚合氯化鋁和硫酸亞鐵等；有機(jī)絮凝劑大多為高分子物質(zhì)，包括聚丙烯酰胺（PAM）、部分水解丙烯酰胺（HPAM）、陽離子化聚丙烯酰胺等[18]。王生香[19]等采用高效混凝技術(shù)，根據(jù)油田污水的ph值和來水量自動(dòng)調(diào)節(jié)加藥量，在多功能處理器中按一定順序和時(shí)間間隔連續(xù)加入三種藥劑，通過調(diào)整污水中某些化學(xué)成份以達(dá)到處理污水的目的。趙明奎等研究設(shè)計(jì)了逆流混凝沉降技術(shù)，按照液流方向與沉降顆粒運(yùn)移方向相反設(shè)計(jì)了逆流沉降裝置，結(jié)合化學(xué)混凝技術(shù)，全面解決了臨南油田固體懸浮物含量較高的污水沉降凈化問題。

1.6 氣浮法

氣浮法是利用水中的小氣泡與相對密度小于1的油滴和雜質(zhì)粘附，形成小粒團(tuán)，由于粒團(tuán)的密度要小于水，油滴和雜質(zhì)就隨著粒團(tuán)上浮至水面，從而實(shí)現(xiàn)對油田污水的凈化，凈化對象主要為污水中的乳化油和膠態(tài)油。氣浮法主要分為葉輪氣浮法、真空溶氣氣浮法和電解氣浮法，其中現(xiàn)階段在國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的是葉輪氣浮法，真空溶氣氣浮和電解氣浮由于硬件消耗大、檢修維護(hù)困難等原因，目前僅用于小型工程。長慶油田的黃致平[20]等在安塞油田候市集輸站應(yīng)用溶氣氣浮裝置，該裝置在侯市技術(shù)站使用后，出水含油量在19×10-6左右，懸浮物含量在8×10-6左右，與處理前相比，含油量與懸浮物含量均大大降低，出水水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，達(dá)到了回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。投加絮凝劑可以提高氣浮法處理污水的效果，因此在用氣浮法處理油田污水時(shí)，往往與絮凝技術(shù)結(jié)合使用[21]。國內(nèi)外近幾年也有很多關(guān)于氣浮法的創(chuàng)新技術(shù)，將氣浮法與其他污水處理技術(shù)相結(jié)合，以達(dá)到更好的污水處理效果。虞榮松等設(shè)計(jì)的油水分離器把氣浮方法和旋流方法相結(jié)合，污水先進(jìn)入旋流分離器，經(jīng)旋流分離的作用去除較大油滴，接著接受藥劑的絮凝作用，然后與氣泡發(fā)生氣浮作用，這樣油滴就匯集成大油滴向上浮生，從而去除殘油[22]。Jordan J M等[23]改造了氣浮裝置，在裝置中安裝親油性矩陣板，如聚丙烯塑料或者PVC材質(zhì)的波紋板。采出水在氣浮的同時(shí)經(jīng)過矩陣板，部分油滴由于矩陣板的作用，聚結(jié)成大油滴，大油滴與氣泡結(jié)合更容易浮選到液面。Hirayama A用氣浮法處理Marmul油田的采油污水，并在其中加入混凝劑，混凝劑為聚合氯化鋁（ PAC） 和聚丙烯酰胺，使油田污水的含油量從100～200 mg/L降到了20 mg/L以下[24]。

2 創(chuàng)新技術(shù)

隨著近些年社會(huì)對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)意識越來越強(qiáng)，在油田污水處理領(lǐng)域也誕生了很多致力于提高污水深度處理效果的新技術(shù)、新方法，主要集中在使用生物方法以及生物法與其他方法的結(jié)合并用。

2.1 生物膜法

微生物細(xì)胞和他們所產(chǎn)生的胞外多聚物構(gòu)成生物膜，生物膜法就是利用此生物膜來對油田污水中的有機(jī)物進(jìn)行吸附和降解，最終把有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物，達(dá)到消除有機(jī)物的目的[25]。生物膜法可以解決傳統(tǒng)污水技術(shù)無法解決的codcr嚴(yán)重偏高的問題，此問題在稠油污水、聚合物采出水、高含鹽采出水的污水處理工程中尤為嚴(yán)重[26]。生物膜法應(yīng)用于油田污水處理領(lǐng)域，主要有生物濾池、生物流化床和生物接觸氧化等[27]。J.C.Campos等[28]將經(jīng)過過濾的高鹽度油田采出水通入填充材料為聚苯乙烯顆粒的生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行處理，處理之前將此油田污水通過纖維酯膜（MCE）進(jìn)行微濾，經(jīng)過此兩級處理后的油田污水，codcr的去除率為65%，DOC的去除率為80%，苯酚的去除率為65%。BOZO 等以顆?；钚蕴繛樯镙d體， 對高含鹽的油田污水作三級處理， 并發(fā)揮生物的吸附作來去除污水中的有機(jī)物，取得了較好的處理效果[29]。今年來，國外也研發(fā)出了生物膜法與絮凝除油相結(jié)合的新工藝，并取得了良好的應(yīng)用效果[30]。2003 年，Nakhla G等用絮凝除油-SBBR聯(lián)合工藝處理某油田采油廢水， 處理后采出水COD 低于100 mg/L[31]。

2.2 一體化油田污水處理裝置

一體化油田污水處理裝置解決了常規(guī)污水處理中設(shè)備多、流程長的問題，取代了污水沉降罐和隔油罐等占地面積大的設(shè)備，與傳統(tǒng)污水處理設(shè)備相比，去除油和懸浮物的能力更強(qiáng)，并且具有流程精簡、設(shè)備緊湊、占地面積小等特點(diǎn)。華北油田基建部的劉義敏等設(shè)計(jì)的一體化油水分離器，將離心分離、橫向流沉降、粗粒化除油三種污水處理技術(shù)集成，并配套外搓洗核桃殼過濾器和多向反洗海綠石過濾器。經(jīng)該套一體化油田污水處理裝置處理后的采出水，含油量﹤5 mg/L，懸浮物含量﹤2 mg/L，具有較的污油和懸浮物去除率。

由中國石油大學(xué)（北京）研究設(shè)計(jì)的微濾膜污水處理一體化裝置，應(yīng)用于某油田某采油廠某處理站。進(jìn)行污水處理實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)微裝置處理后的油田采出水水質(zhì)較好。經(jīng)測試，其懸浮物顆粒的粒徑分布均在91.28～955.4 nm，測試結(jié)果如圖1：

圖1 粒徑分布趨勢圖

Fig.1 The particle size distribution histogram

2.3 微生物+膜分離技術(shù)

微生物+膜分離技術(shù)將微生物法與膜分離技術(shù)有機(jī)的結(jié)合了起來，發(fā)揮了兩種方法的優(yōu)勢，也彌補(bǔ)了各自的不足。利用微生物法，將上一級來水通入含有高效轉(zhuǎn)性聯(lián)合菌群的微生物反應(yīng)器，不僅可以去除污水中的硫化物和鐵離子等物質(zhì)，還可以對污水中的有機(jī)物及油類進(jìn)行降解，改變污水的性質(zhì)，降低污水對下一級膜的污染，延長了膜的使用壽命。經(jīng)過微生物處理的油田污水再經(jīng)過膜分離，去除水中的懸浮物和細(xì)菌，達(dá)到凈化目的。薛華[30]在蘇北臺興油田應(yīng)用了一套微生物膜的油田污水處理設(shè)備，處理前后水質(zhì)發(fā)生了顯著的變化，處理效果良好。

3 結(jié)束語

總之，隨著科技的發(fā)展，誕生了越來越多的油田污水處理方法。但是，針對油田污水性質(zhì)的多樣性，如何規(guī)避各技術(shù)的不足和缺陷，科學(xué)合理的組合各技術(shù)，找到一種經(jīng)濟(jì)、高效的含油廢水處理流程，以期達(dá)到最好的處理效果，這將是未來油田污水處理領(lǐng)域力求攻克的難題。

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