油田外排污水處理技術及研究進展

賈生中 王云昆 陳杰 曹楷

（新疆吐哈石油技術服務有限責任公司 新疆吐魯番 838202）

隨著國內油田開采程度的不斷深入，大部分油田已經(jīng)進入中后期開采階段，即高含水開采期。油田高含水開采期的主要特征是采出液的含水率較高。這是由于在油田的中后期開采階段，主要依靠注入水的方式來提高油田采油率。盡管這種開采方式可以有效提高油田采油率，但是也會產(chǎn)生大量的采油污水。高污染性的油田污水直接排放會對周圍的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生極大的破壞。而隨著全球范圍內環(huán)境的惡化和人們環(huán)保意識的提高，如何有效處理油田外排污水，已經(jīng)受到越來越多的關注。各種油田外排污水處理的新技術、新工藝的研究也成為油田開發(fā)的熱點課題。目前油田外排污水處理技術主要可分為三類，即物理處理法、化學和物理化學處理法和生物處理法。

1 油田外排污水的成因和特點

在油田開發(fā)的中后期開采階段，為了保證適宜的油藏能量，提高石油采出率，一般需要采取油井注水、注水驅油以及化學驅油等措施以維持地層壓力和合適的石油采油率。這種開采方式的重要弊端就是采出液的含水率過高。這些高含水率的油層采出液在經(jīng)過原油脫水處理后，產(chǎn)生的脫出水就是油田采出水，也被稱為油田外排污水。一般情況下，部分油田采出水會在處理后再回注到地層，以便重復利用。

由于目前的污水處理技術難以使油田采出水達到注入水的使用要求，所以油田仍需要補充大量的清水以維持注水開采。正是這種注入和排放的不平衡產(chǎn)生了大量污水。另外，油田的油氣集輸設備的維修和清洗也會產(chǎn)生一定量的污水。這些油田外排污水不僅含有原油，而且含有多種化學添加劑以及地層中的鹽類和懸浮物，以及一些微生物。復雜的成分給油田外排污水的處理帶來了很多困難。油田外排污水含油量一般在1000mg/L以上，除了乳化油和分散油外，還有部分浮油；水溫也達到40~60℃以上；具有很高的礦化度和COD指數(shù)，但溶液氧很低，細菌含量較低，整體PH值稍偏堿性。由于油田采油技術和污水管理等不盡相同，油田外排污水的成分也具有多變性。

2 油田外排污水主要處理技術

目前國內的油田污水處理技術主要用于處理采油污水以實現(xiàn)污水回注，處理的主要目的是去除采油污水中的懸浮雜質和油。其一般的工藝流程分為三步，即隔油、浮選和過濾。這種油田外排污水處理技術在各油田的采出水處理中都得到了廣泛的應用，并且收到了良好的效果。經(jīng)過處理的采油污水也能夠達到回注的要求。

但是，在油田采出液含水率較高的開采中后期中，由于采油污水的產(chǎn)出量越來越多，已經(jīng)不能將處理后的采油污水全部用于回注，即產(chǎn)生了多余的采油污水。這種平衡的打破是大量采油污水不得不向外界排放，相比于用于回注的污水處理技術，排放這些多余的采油污水時需要考慮到COD、油類等對于環(huán)境的破壞性作用，對相應的污水處理技術提出了更高的要求。

2.1 物理處理法

油田外排污水物理處理法的主要用于分離污水中的油類、礦物質和固體懸浮物等。常用的物理處理技術包括分離技術、過濾技術、吸附技術、膜技術和浮選技術等。重力分離技術在我國勝利油田和江漢油田均得到了應用。國外于上世紀80年代末開發(fā)出水力旋流法，用于油田外排污水處理可以顯著提高除油的效率和效果，目前在世界范圍內的陸上和海上油田的污水處理中均得到了應用，是油水離心分離技術未來的發(fā)展方向。

采用過濾器對油田外排污水進行處理，濾除污水中的油類和懸浮物，即所謂過濾法。過濾法在實際應用時，由于濾料容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，影響污水處理的效果。張逢玉等改進了大慶油田核桃殼過濾器。改進后的低壓穩(wěn)流核桃殼過濾器反沖洗壓力大幅降低，顯著提高了過濾器的濾料再生效果和反沖洗效果。吸附法主要用于油田外排污水的深度處理。相比于其他污水處理技術，吸附法在去除污水中的大分子有機污染物方面體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。由于吸附劑較大的比面積和多孔的特性，對于大分子有機污染物可以產(chǎn)生很好的吸附效果。目前對于吸附法的研究重點主要是提高吸附的效率和經(jīng)濟性。

在TeapotDome油田中，利用以膨潤土和胺聚合物為主要組成成分的有機黏土顆粒吸附劑對油田外排污水進行兩次吸附處理，污水中的油脂、石油類碳氫化合物的含量均降低到0.5μg/L。膜分離技術類似于過濾法，利用特殊的多孔材料，對油田外排污水中的雜質進行攔截。膜分離技術在兩相之間形成一個選擇性通過的界面，污水中的一定大學的顆粒雜質無法通過，而其余的成分則可以順利通過。近年來，國內外關于膜分離技術的研究都取得了積極的進展。K.Karakulski等采用管狀超濾膜處理油田外排污水，處理后的廢水中含油量低于10mg/L，同時COD指標也降低了近80%；在利用反滲透膜進行進一步處理后，COD指標降低了98.5%，懸浮物的含量也降低了95.7%，出水完全符合工業(yè)回用水的要求。

浮選技術在工業(yè)中應用廣泛，也被稱為氣浮法。浮選技術常與絮凝法結合使用，由于浮選法可以增加油田外排污水的含氧量，也被經(jīng)常用作生物處理法的預處理。對于浮選技術的研究，國外主要集中在工藝優(yōu)化和浮選設備的改進和創(chuàng)新等方面。阿曼的Sultan Qaboos采用浮選法，以聚丙烯酰胺和氯化鋁作為混凝劑，對含油量為100~200mg/L的Marmu油田的采油廢水進行處理，出水的含油量低于20mg/L。

2.2 化學和物理化學處理法

油田外排污水中的部分溶解性物質，如乳化油等，還有一些膠體，難以單獨使用物理處理法或生物處理法去除，就必須采用化學和物理化學處理法。混凝沉淀法、化學氧化法、鹽析法和電化學法等都是目前各油田常用的污水處理方法。

混凝沉淀法的工作原理是，首先利用混凝劑是膠體粒子脫穩(wěn)，脫穩(wěn)后的膠體粒子與絮凝劑發(fā)生反應，產(chǎn)生絮凝沉淀，從而實現(xiàn)油田外排污水中的溶解性物質和懸浮物等污染物的分離。常用的混凝劑包括鋁、鐵等金屬鹽類和聚丙烯胺類等。這些混凝劑與膠體粒子產(chǎn)生吸附、靜電中和架橋等作用，使膠體粒子脫穩(wěn)?；炷恋矸ǔ杀镜?，操作簡便，對于油田外排污水中的溶解污染物有很好的去除效果。但是，這種方法對于COD的去除效果不佳，且會產(chǎn)生較多的泥渣。由于在污水處理過程中添加了多種化學藥劑，容易對水體造成二次污染。單獨采用混凝沉淀法處理油田外排污水，出水難以達到排放標準，在實際應用中一般僅用作預處理技術。

化學氧化法的主要目的的是將油田外排污水中的溶解污染物轉化成對環(huán)境沒有危害的無毒、微毒物質，或者將污染物轉化成容易與水分離的物質，以實現(xiàn)污水的凈化，一般也需與其他污水處理技術結合使用。目前用于處理油田外排污水的化學氧化法有催化氧化法、、UV/H2O2氧化法和臭氧氧化法。

國內某油田利用浮選技術和臭氧氧化法對采油污水進行處理，COD去除率達到31.9%。鹽析法操作簡便、成本也較低，常用作油田外排污水預處理。鹽析法的工作原理也是利用鹽類的化學性質，使油粒脫穩(wěn)。但是，鹽析法沉降速度慢，需要的鹽類劑量也較大，對于一些較穩(wěn)定的含油乳化液，處理的效果也不夠理想。電解化學法在實際應用中一般用作污水的深度處理。海上油田的污水含有氯離子、多環(huán)芳烴化合物和苯系衍生物，用生物降解法處理不能有效去除其中的COD，而采用電解化學法則能夠獲得較為理想的處理效果。李海濤等采用電解化學法對海上油田的污水進行處理，出水質量能夠達到我國的一級排放標準。但是，電解化學法能耗高，效率低，且會產(chǎn)生有毒的氯氣，具有很強的局限性，難以得到大范圍的推廣。

2.3 生物處理法

油田外排污水在經(jīng)過物理法處理后，廢水中油類含量仍有20~30mg/L，COD也較高，并且還存在一些溶解性污染物，并不能直接排放，故還需要進行二級生物處理。利用微生物的生化作用，凈化油田污水，即生物處理法的原理。污水中的微生物可以對有毒物質和溶解有機物進行降解。

2.3.1 好氧生物處理。主要的好氧生物處理方法有生物膜法和活性污泥法。油田外排污水常用的生物膜法有生物接觸氧化、生物流化床和生物濾池等。由于油田采油污水中一般含有較多的懸浮物，在采用生物膜法處理前，一般需要進行預處理。J.C.Campus將經(jīng)預處理后的采油污水用空氣提升反應器進行處理?？諝馓嵘磻髦蟹湃敫接猩锬さ闹睆?mm的聚苯乙烯顆粒。持續(xù)通入空氣12小時后，去除了污水中65%的COD和80%的TOC。在處理油田外排污水時，活性污泥法的SBR工藝應用最為廣泛。D.D.Freire等利用SBR工藝處理油田外排污水，去除了污水中93%的氨氮類物質、65%的苯酚類物質和50%以上的COD。

2.3.2 好氧生物與其他方法聯(lián)合處理。采用化學—好氧聯(lián)合處理的方法，能有效去除油田污水中的污染物。勝利油田某采油廠對外排污水進行隔油、浮選和生物接觸氧化處理后，出水水質達到國家排放標準要求。劉惠卿等采用絮凝和生物接觸氧化法聯(lián)合處理油田外排污水，去除率污水中超過68%的COD。菌種的選擇對于生物接觸氧化法的處理效果有著決定性的影響。對于好氧—厭氧聯(lián)合處理，國內也有研究人員取得了積極的成果。竺建榮等采用厭氧—好氧聯(lián)合處理油田外排污水，COD去除率約為64%。

2.3.3 自然生物處理。在處理油田外排污水中主要應用的自然生物處理法是氧化塘法。勝利油田樁西聯(lián)利用當?shù)氐奶J葦塘處理外排污水。污水中的污染物經(jīng)吸附、沉降和生物降解等綜合作用被凈化，處理后的廢水達到國家排放標準。

生物處理法具有成本低、效果好、無污染和處理量大等優(yōu)點。但是，由于菌種的選擇和培養(yǎng)仍有相當大的困難，技術也不夠成熟，仍需要展開進一步的研究。在應用生物處理法前，油田外排污水一般需要進行預處理。

3 結語

近年來，聚合物采油和三元復合驅采等新技術的投入使用使得采油污水的水質發(fā)生率較大的變化，為當前油田外排污水的處理提出了新的挑戰(zhàn)。雖然國內對于采油污水的處理技術展開了大量的研究，但各油田的采油污水性質存在較大差異，目前仍沒有一種處理技術能夠在國內油田大范圍的推廣應用。而油田開采進程的不斷推進，使采油污水的處理問題日益突出。

此外，稠油污水、低溫含有污水以及聚合物驅油三元復合采油污水的處理技術也是制約我國石油工業(yè)的難題。近年來國內外對于油田外排污水處理技術的研究都有著積極的進展，研發(fā)出多項新技術。由于采用單一方法處理油田外排污水往往難以達到排放標準，未來有必要加大對多種方法聯(lián)合處理技術的研究力度，改進現(xiàn)有的油田污水處理工藝，以提高污水處理的有效性和經(jīng)濟性。生物處理技術在處理油田外排污水上展現(xiàn)出了諸多優(yōu)勢，但采油污水的可生化性一般較差，限制了生物處理技術的推廣和應用。如何提高油田外排污水的可生化性以適用生物處理技術，是油田污水處理技術一個重要的研究方向。

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