活性炭在油田水處理中的應(yīng)用研究及影響因素探討

陳國泉（遼河油田勘探開發(fā)研究院試驗(yàn)技術(shù)研究所 遼寧 盤錦 124010）

一、油田水的簡介

1.油田水的來源

油田水是在石油開采及儲(chǔ)運(yùn)過程中的主要伴生物。主要來自原油脫出的含油污水、鉆井污水、洗井污水等作業(yè)過程。

（1）原油脫出的含油污水：主要是采油時(shí)產(chǎn)出，在聯(lián)合站、伴生氣處理站、污水處理站排出。含有石油類、COD、破乳劑、腐生菌、可溶性礦物質(zhì)、有機(jī)物等污染物。

（2）鉆井污水：主要是對一些鉆井設(shè)備清洗及鉆井作業(yè)用的鉆井液產(chǎn)生的污水。含有石油類、鉆井液添加劑、可溶性重金屬、高分子處理劑等。

（3）洗井污水：是為提高注水量、保護(hù)井下管柱，對注水井進(jìn)行清洗作業(yè)。含有石油類、壓裂液溶入物、酸化液混入物等。

2.油田水的化學(xué)組成

（1）無機(jī)組成：油田水中含有 SO42+、CL-、HCO3-、CO32-和Na+、Ca1+、Mg2+等幾種陰、陽離子為代表以及總鐵、鋇、鍶、銨等微量元素，其組合特征及異常值能反應(yīng)油田水的地質(zhì)特征。

（2）有機(jī)組成：油田水中含有氣態(tài)烴、液態(tài)烴、苯、酚及環(huán)烷酸等有機(jī)組成，其含量及比值可作為找油的水化學(xué)標(biāo)志。（3）溶解氣：常見的有O2、N2、CO2、H2S、CH4等。

3.油田水處理的重要意義：

由于油田水的水質(zhì)極其復(fù)雜，含有酸性氣體、大量鹽類、有機(jī)物質(zhì)等，會(huì)造成油田地面設(shè)施不能正常運(yùn)作；地層堵塞而帶來危害；環(huán)境污染，影響油田安全生產(chǎn)等一些列嚴(yán)重問題。因此，針對油田水腐蝕、結(jié)垢和細(xì)菌造成的危害，采取有效措施不斷提高油田水處理效果顯得十分重要。

二、活性炭在油田水處理中的應(yīng)用

1.活性炭的結(jié)構(gòu)特性

活性炭是具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積和優(yōu)良的吸附性能的含碳物質(zhì)。表面積通?？蛇_(dá)到5×105-2.5×106m2/kg。它包括許多具有吸附能力的碳基物質(zhì)，能夠?qū)⒃S多化學(xué)物質(zhì)吸附在其表面上?；钚蕴亢吞亢凇⑹粯油瑢儆诓欢ㄐ臀镔|(zhì)，但它既含有石墨微晶，無定型碳，還有一定量的雜原子。

2.活性炭在油田水處理中的應(yīng)用

油田水中溶質(zhì)種類繁多；既有石油類、芳烴等中性物質(zhì)，也有酚、胺、有機(jī)酸等有機(jī)物質(zhì)；醇類、醚類、羰基化合物等極性有機(jī)物；還含有無機(jī)鹽類。

由于活性炭的表面含有大量酸性或堿性基團(tuán)，酸性基團(tuán)有羧基、酚羥基、醌型羰基、正內(nèi)酯基及環(huán)氧式過氧基等。這些酸性或堿性基團(tuán)的存在，特別是羥基，酚羥基的存在使活性炭不僅具有較強(qiáng)的吸附能力，而且具有催化作用?；钚蕴吭谖竭^程中具有物理吸附、化學(xué)吸附、交換吸附三種吸附現(xiàn)象的綜合作用。對不易生化降解的污染物、其它方法無法除去的溶解性有機(jī)物、無機(jī)離子等可用活性炭吸附的方法深度凈化。

因此，針對油田污水活性炭吸附處理是一種行之有效的辦法?；钚蕴刻幚?，在油田水處理中，也已逐漸成為一種不可缺少的水處理工藝，特別是對于需要注水開發(fā)的低滲透、特低滲透油藏，為滿足注水水質(zhì)要求，必須在常規(guī)污水處理工藝基礎(chǔ)上，對水質(zhì)進(jìn)行深度凈化。

三、活性炭在油田水處理使用過程中影響因素

影響活性炭對水中污染物的吸附量一般有以下幾點(diǎn)因素：

1.活性炭的結(jié)構(gòu)及特性

因?yàn)榛钚蕴康奈阶饔檬且环N表面現(xiàn)象，所以活性炭的孔徑、孔容分布及比表面積影響吸附容量。比表面積越大，吸附量也越大。內(nèi)擴(kuò)散對吸附速度影響較大，吸附速度主要與粒度及細(xì)孔分布有關(guān)，水處理用的活性炭，要求過渡孔較為發(fā)達(dá)，有利于吸附質(zhì)向微細(xì)孔中擴(kuò)散?；钚蕴康牧６仍叫∥剿俣仍娇?，但水頭損失要增大，一般在8-30目范圍較宜。此外活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)、極性及所帶電荷，也影響吸附的效果。

2.被吸附物的性質(zhì)

用相同的活性炭對不同的污染物吸附時(shí)，其吸附量與吸附速度都有明顯差別，這主要與污染物在水中的溶解度、相對分子質(zhì)量大小和極性等因素有關(guān)。

（1）分子結(jié)構(gòu)

活性炭對有機(jī)物的吸附特點(diǎn)可以概括為：對芳香族有機(jī)物的吸附優(yōu)于非芳香族有機(jī)物；對分子量大的有機(jī)物吸附優(yōu)于分子量小的有機(jī)物；對水中溶解度小的有機(jī)物吸附優(yōu)于溶解度大的有機(jī)物。

（2）極性

活性炭基本可以看成是一種非極性的吸附劑，對水中非極性物質(zhì)的吸附能力大于極性物質(zhì)。

3.水的PH值

由于天然水中的有機(jī)物主要為有機(jī)酸，而有機(jī)酸在低PH值下電離較小，因?yàn)榛钚蕴繉Ψ肿討B(tài)的弱電解質(zhì)比對離子態(tài)的吸附量大，所以在低PH值條件下，可以提高活性炭對有機(jī)物的去除率。

4.水中有機(jī)物的初始濃度

大多數(shù)有機(jī)物的初始濃度增加，吸附量按指數(shù)函數(shù)增加。但也有例外，如對ABS的吸附，濃度改變對吸附量基本無影響。

5.水的溫度與共存條件

活性炭對水中有機(jī)物的吸附，溫度的影響可以忽略不計(jì)。一般天然水中存在的無機(jī)離子對活性炭吸附有機(jī)物也幾乎沒有影響。但汞、鐵等金屬離子含量較高時(shí)，則可能因?yàn)樵诨钚蕴勘砻嫫鹧趸⑦€原反應(yīng)，并沉淀，積累在碳粒內(nèi)，使活性炭的孔徑變小，影響活性炭的吸附效果。

結(jié)語

總之，活性炭水處理工藝應(yīng)綜合分析吸附的影響因素，根據(jù)實(shí)際情況，選擇適合吸附條件，達(dá)到最佳的吸附效果。

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

[2]蘭淑澄，活性炭水處理技術(shù)[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1991：13.

[3]張兆杰等，鍋爐水處理技術(shù).鄭州：黃河水利出版社，2003.7.