油田污水的油品回收及處理技術(shù)研究

張高涵，鹿欽禮*，秦曉博，張大偉，馬永狀

（1. 遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001； 2. 撫順新鋼鐵有限責任公司， 遼寧 撫順 113001）

油田污水的油品回收及處理技術(shù)研究

張高涵1，鹿欽禮1*，秦曉博1，張大偉2，馬永狀1

（1. 遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001； 2. 撫順新鋼鐵有限責任公司， 遼寧 撫順 113001）

對某油田污水采用“N2氣浮厭氧—O2好氧強化A/O法”工藝流程實現(xiàn)油品回收，污水回注及排放的有效性和適用性進行了實驗研究。試驗結(jié)果表明，在原水水質(zhì)中石油類在55~160 mg/L，COD含量在390 ~ 630 mg/L，BOD含量在70~110 mg/L，SS在40~200 mg/L，該工藝對石油類、懸浮物的去除率可達90%以上；通過厭氧處理裝置的水解酸化作用，可明顯改善生化處理條件，COD、BOD去除率接近85%。污水回注處理能夠達到《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標》B1級要求，污水排放處理能夠滿足《污水綜合排放標準GB8978-1996》。

注水開發(fā)； 達標排放； 氮氣氣浮； 純氧氧化

隨著油田開發(fā)的不斷深入，原油含水率不斷上升，采出水處理已成為油田的重要工作。各采油區(qū)對回注水質(zhì)要求越來越高，而污水中所含油類對環(huán)境也將造成影響。同時國家和地方政府基于環(huán)境保護的要求，提出了節(jié)能減排規(guī)劃，對石油石化類企業(yè)的生產(chǎn)過程提出了更高的標準和要求。因此開發(fā)新工藝，研制新型設(shè)備和藥劑，應(yīng)用新技術(shù)成為油田污水處理發(fā)展的新方向[1]。本文研究的目的在于形成和完善一套適合油田污水特點的污水處理工藝，以達到油田污水的油品回收和水質(zhì)達標的要求。

1 實驗處理方案[2]

油田回注水考察的主要指標有懸浮固體、含油量、SRB菌、腐蝕情況等，在處理水中各項指標必須達到要求的水質(zhì)標準，才能進行回注[3]。油田污水排放考察的主要指標有懸浮固體、石油類、COD及BOD等[4,5]。依據(jù)油田污水各種處理工藝優(yōu)缺點，綜合考慮回注及排放的技術(shù)指標要求，形成了處理技術(shù)方案如圖1所示。

圖1 油田污水處理工藝流程簡圖Fig.1 The schematic of oil-field wastewater treatment process

通過對以上方案進行實驗室研究工作，考察回注處理及達標排放處理中各組成部分在不同運行工況下處理水水質(zhì)指標狀況，考察處理工藝方面的技術(shù)可行性。實驗主要目標任務(wù)：

（1）N2-O2強化A/O工藝，使油田污水達標排放的處理效果及工藝特性；

（2）氮氣氣浮厭氧處理在油田污水回注處理工藝的作用效果及其特點；

（3）氮氣氣浮厭氧處理在油品回收方面的作用。

1.1 實驗裝置

（1）氮氣氣浮厭氧反應(yīng)部分[6]

氮氣氣浮厭氧反應(yīng)裝置由氮氣氣浮部分（A1）和厭氧反應(yīng)部分（A2）兩部分組成。本實驗在氮氣氣浮池中添加了親油聚結(jié)填料，利用材料表面的聚結(jié)性能使細小油珠并聚，借助氣浮作用攜帶油珠上浮分離。

例如，在講解《桂林山水》一課的過程中，教師就可以將多媒體引入進來，一邊為學(xué)生播放桂林山水的動態(tài)視頻，一邊為學(xué)生播放男中音的課文朗讀等，讓學(xué)生們靜下心來認真感受，為后續(xù)的文章閱讀打下基礎(chǔ)；而在這之后，教師就可以讓學(xué)生談?wù)勼w會、感想，使其帶著更多的積極性投入到后續(xù)閱讀中去，真正的彰顯其的主體地位，將閱讀教學(xué)的內(nèi)涵全方位的展現(xiàn)出來。

厭氧反應(yīng)階段采用升流式厭氧生物濾池，濾料采用塑料濾料。氣浮出水由底部進入，向上流動通過濾料層，處理水從濾池頂部旁側(cè)流出。消化氣未進行收集。

氮氣氣浮厭氧裝置由10 mm厚有機玻璃制成，長800 mm，寬400 mm，高度為400 mm，總?cè)莘e為128 L，有效容積為120 L，中間設(shè)置隔板，形成A1、A2兩部分，均設(shè)有承托裝置，分別在氣浮池和厭氧生物濾池中添加聚結(jié)填料和塑料濾料。氣浮池底部設(shè)直徑為10 mm的穿孔曝氣管，由氮氣瓶進行擴散氣浮N2供給，氣壓可調(diào)。

（2）過濾罐

油田污水按回注水水質(zhì)進行過濾處理，設(shè)置為雙層濾料過濾器。過濾器主體選用直徑100 mm有機玻璃柱，高度為1 000 mm，上層無煙煤厚度600 mm，下層石英砂厚度250 mm。濾前水質(zhì)指標進水要求懸浮物物含量≤50 mg/L，油含量≤20 mg/L，慮速控制在8 m/h。

（3）好氧反應(yīng)器

好氧反應(yīng)器采用純氧曝氣池形式，由有機玻璃制成，長400 mm，寬200 mm，高度400 mm，容積為36 L，池底沿長度方向設(shè)置2只直徑60 mm的微孔曝氣頭，與O2瓶通過軟管連接，氣壓可調(diào)。

1.2 實驗準備工作

氣浮除油效率隨停留時間延長而增長，在相同氣浮強度下，實驗在3種工況下運行15 min：（1）氣浮池在無填料情況下氣浮運行；（2）氣浮池在有聚結(jié)填料情況下氣浮運行；（3）氣浮池在無填料加藥情況下運行，投加藥劑種類為混凝劑（聚鋁）和絮凝劑（聚丙烯酰胺）。

2 實驗方法及主要儀器設(shè)備

本文實驗方法及實驗步驟主要遵循《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）提供的標準方法，部分參照《碎屑巖油藏注水水質(zhì)分析方法》。在水質(zhì)分析及實驗過程中，使用的主要儀器設(shè)備見表1。

表1 實驗分析主要儀器設(shè)備表Table 1 Main instrument list in experience

3 實驗結(jié)果分析

3.1 原水水質(zhì)分析

本文以某油田污水為實驗對象，對污水中PH值、懸浮物、含油量、COD及BOD含量進行了取樣分析[7]。實驗分析結(jié)果見表2。

表2 油田污水水質(zhì)狀況及指標要求Table 2 The oil-field wastewater quality and index

從上述水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，歡四聯(lián)油田污水水質(zhì)總體變化幅度較大，pH值和水溫變化較小，石油類、懸浮物及COD含量波動較大，水質(zhì)相對不穩(wěn)定。指標中BOD含量較低，且變化幅度較小，污水可生化指標B/C值介于0.15~0.22之間，屬于難生物降解污水。

3.2 氮氣氣浮對油品及懸浮物的作用

在上述3種工況下進行氣浮操作，發(fā)現(xiàn)油田污水在氣浮池中停留15~20 min之后，其含油量趨于穩(wěn)定，說明理想的停留時間為15~20 min。重復(fù)實驗，發(fā)現(xiàn)各項檢測指標去除情況大體相似，聚結(jié)氣浮處理與加藥氣浮處理對石油類去除效果良好，均達到80%以上，對懸浮物的去除，聚結(jié)氣浮處理效果低于加藥氣浮，但在COD、BOD處理效果方面較好些。同時，以上三種運行對COD、BOD去除率很低，處理效果不明顯。石油類及懸浮物去除情況見圖2和圖3。

圖2 氮氣氣浮池除油效率Fig.2 The removal rate of oil with N2 flotation tank

圖3 氮氣氣浮池除懸效率Fig.3 The removal rate of SS with N2 flotation tank

在氣浮操作中，對pH值進行了測定，發(fā)現(xiàn)隨氣浮時間，pH值有增高的趨勢，但對除油效果沒有大的影響。分析這一現(xiàn)象的原因，可能是由于油田還有大量的碳酸鹽和碳酸氫鹽，氣浮過程使得水中的碳酸根和碳酸氫根以CO2的形式被吹脫，增加了水溶液的堿性所致。

3.3 N2—O2強化A/O工藝處理油田污水

通過強化A/O工藝A段和O段運行工況［8］，完善生物反應(yīng)運行條件，提高排放水處理效果。同時A段處理后出水，部分進行回注處理，氮氣氣浮厭氧裝置使含油量、懸浮物量和溶解氧濃度大為降低，為后續(xù)過濾處理回注起到有力保障，為注水除氧防腐蝕奠定了基礎(chǔ)。

（1）SS和油類的去除效果

從圖4,5中可以看出，氣浮操作對油類的去除效果非常明顯，油品集中去除便于回收利用，氣浮對懸浮物有一定的去除；過濾操作中對懸浮物去除比較徹底，同時進一步降低了含油量。綜合情況，懸浮物去除率達到97%以上，油類去除率也達到了92%以上，處理出水水質(zhì)達到了《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標》中B1級指標要求。

圖4 油類沿程變化情況Fig.4 Oil situation along with the process

圖5 懸浮物沿程變化情況Fig.5 SS situation along with the process

（2）COD、BOD的去除效果

油田污水中COD含量較高，可生化處理性較差，工藝采取厭氧氧化方式使難降解有機物發(fā)生水解作用，降低COD含量，提高可生化性指標，同時降低了SS含量。后續(xù)純氧氧化措施利用好氧微生物作用使COD、BOD進一步代謝降解為無機物質(zhì)。

圖6 不同階段COD含量變化情況Fig.6 COD change in different stages

從圖6和圖7可以看出，經(jīng)過8~12 h厭氧處理，油田污水中約有50%左右的COD得到降解去除，使厭氧出水中B/C比由不到0.2提高到接近0.4左右，可生化性得到了很大程度改善，好氧出水中COD含量在70~100 mg/L之間，比較穩(wěn)定；

圖7 不同階段BOD含量變化情況Fig.7 BOD change in different stages

在厭氧段BOD去除效果不明顯，主要由于COD降解過程中的部分產(chǎn)物補充了BOD的降解量，使表觀上BOD降解量較低；從圖可以看到，厭氧出水中BOD含量較進水中趨于穩(wěn)定，經(jīng)過純氧曝氣池的好氧處理后，好氧出水BOD值降至20 mg/L左右。綜上所述，達標排放工藝中COD綜合去除率在80%~90%之間，BOD綜合去除率在80%~85%之間，出水水質(zhì)中COD、BOD含量達到了《污水綜合排放標準GB 8978-1996》一級標準。

4 結(jié) 論

通過以上實驗分析研究，得出N2—O2強化A/O工藝處理油田污水具有如下特點：

（1）突破傳統(tǒng)A/O法處理油田污水工藝，引入氮氣氣浮技術(shù)厭氧生物處理技術(shù)及純氧曝氣氧化技術(shù)，優(yōu)化了A/O法中A段和O段的工藝處理條件，達到了預(yù)期處理效果。

（2）在氮氣氣浮裝置中，實現(xiàn)了油品的有效回收，節(jié)約了能源。在使用聚結(jié)氣浮填料情況下，該工藝在不投加任何藥劑時，也能達到良好收油效果，能夠降低藥劑費用。

（3）根據(jù)油田污水去向，在進行A段處理后，對外排污水進行了O段純氧氧化處理，對回注污水進行了雙濾料過濾處理，可達到對應(yīng)出水水質(zhì)要求。

［1］沈琛.油田污水處理工藝技術(shù)新進展[M].北京：中國石化出版社，2008．

［2］Richard．G．Luthry Removal of emulsified oil with organic coagulants and dissolved air flotation[J]．Journal WPCF，1978(2)：331-346．［3］張金波，傅紹斌,等.油田采出水回注處理技術(shù)進展[J].工業(yè)水處理，2000，20（10）：5-8．

［4］浦鵬程.冀東油田含油污水的處理現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2007，9(3):2-3．

［5］鄧述波，周撫生,等.油田采出水的特性及處理技術(shù)[J].工業(yè)水處理，2000，20（7）：10-12．

［6］張繼武，張強,等.浮選技術(shù)在含油污水處理中的應(yīng)用進展[J].石油化工環(huán)境保護，2003，26（1）：12-16．

［7］國家環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002．

［8］董衛(wèi)華，楊健,等.純氧曝氣的研究進展[J].中國資源綜合利用，2006，24（11）：28-30．

Oil Recycling From Oilfield Wastewater and Wastewater Treatment Technology

ZHANG Gao-han1，LU Qin-li1，QIN Xiao-bo1，ZHANG Da-wei2，MA Yong-zhuang1
（1. College of Petroleum Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China; 2. Fushun New Steel Co., Ltd., Liaoning Fushun 113001, China）

Oil-field wastewater was treated with the method " N2flotation anaerobiosis-O2oxidation of enhanced A/O method " to achieve the effectiveness and applicability of oil recycling，wastewater re-injection process and discharge process. The treatment results show that when oil content in the wastewater is 55~160 mg/L, COD is 390~630 mg/L, BOD is 70~110 mg/L, SS is 40~200 mg/L, removal rates of oil and suspended solids are above 90%, respectively. The anaerobic hydrolysis acidification treatment can significantly improve conditions of biological treatment, removal rates of COD and BOD are nearly 85%,respectively. The treated effluent for re-injection can meet B1-level requirements ofclasolite oil reservoir re-injection water quality recommended index. The treated effluent for discharge can meetthe integrated wastewater discharge standard GB8978-1996.

Re-injection development; Standard discharge; Nitrogen flotation; Oxygen Oxidation

TE 992

A

1671-0460（2011）11-1174-04

2011-09-28

張高涵（1988-），男，河南新鄉(xiāng)人，遼寧石油化工大學(xué)給水排水工程專業(yè)。E-mail：zgh19891020@163.com。

鹿欽禮（1977-），男，講師，碩士，研究方向：主要從事污水處理技術(shù)及管道系統(tǒng)優(yōu)化運行的研究。E-mail：luqinli@sina.com。