聚合物驅(qū)采出污水處理技術(shù)現(xiàn)狀及展望

何磊

（長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢430100）

聚合物驅(qū)采出污水處理技術(shù)現(xiàn)狀及展望

何磊

（長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢430100）

隨著聚合物驅(qū)在我國各大油田被廣泛運(yùn)用，油田采出污水中含有大量的聚合物，油田常規(guī)的污水處理技術(shù)難以處理含有聚合物的污水。本文介紹了國內(nèi)外含聚合物污水的處理方法，從改進(jìn)污水處理設(shè)備、物理、化學(xué)、微生物法和組合工藝法等方面進(jìn)行了綜述。并對含聚合物污水處理的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

含聚污水；污水處理

聚合物驅(qū)采出污水含有原油、鹽、殘余聚合物以及微生物等。由于含有殘余聚合物，聚合物驅(qū)采出污水具有如下特點(diǎn)：（1）粘度高，懸浮物沉降性能差；（2）乳化穩(wěn)定性強(qiáng)，油水分離十分困難［1］。用常規(guī)的處理技術(shù)很難達(dá)到回注標(biāo)準(zhǔn)和排放標(biāo)準(zhǔn)。

目前，處理聚合物驅(qū)采出污水的方法主要有改進(jìn)污水處理設(shè)備、物理法、化學(xué)法、微生物法和組合工藝法。

1　改進(jìn)污水處理設(shè)備

聚合物驅(qū)采出污水中油珠粒徑小，含油量高，乳化穩(wěn)定性強(qiáng)，傳統(tǒng)的設(shè)備很難有效的處理含聚污水，研究人員通過改進(jìn)工藝設(shè)備，提高了油水分離效果。

1.1溶氣加藥氣浮

該方法是在加壓的條件下將空氣注入污水中，然后再加入化學(xué)藥劑如混凝劑等，最后在常壓下讓空氣析出，空氣在釋放的過程中，在污水中會形成許多小氣泡，這些小氣泡附集在固體雜質(zhì)表面，將其攜帶至污水表面，從而使聚合物驅(qū)采出污水中的固體懸浮物被分離出來［2］。

1.2多級分離

該工藝原理是使污水通過紊流矩陣模塊，在紊流狀態(tài)下，聚合物驅(qū)采出污水會被破乳，小油珠組合在一起變?yōu)榇笥椭?，由于密度差，大油珠漂浮在污水表面，最后被分離出來［2］。

1.3改進(jìn)沉降設(shè)備

增加聚結(jié)除油器可以提高聚合物驅(qū)采出污水的油水分離效率。其作用原理是采用有聚結(jié)特性的材料，當(dāng)污水流過時，會使小油珠逐漸潤濕、聚結(jié)成大油珠，然后使其從污水中分離出來［3］。常用的聚結(jié)除油工藝有DHT和橫向流除油器。

1.4低壓穩(wěn)流反沖洗過濾器

常規(guī)過濾器在過濾聚合物驅(qū)采出污水時，會出現(xiàn)過濾后的污水乳化明顯，油水分離十分困難，過濾壓力高，效率低。新型的過濾器加入了防膨篩管，這樣就可以控制濾料的膨化高度，同時改善了布水系統(tǒng)，使反沖洗時更加順利，不會憋壓［4］。

1.5改進(jìn)水力旋流器

優(yōu)化旋流器的入口、高度、錐度和尾管長度，可以提高油水分離效果，防止污水乳化［5］。

2　化學(xué)法

在含聚污水的處理中，化學(xué)法占有很重要的地位，化學(xué)法一般是通過破乳、絮凝、氧化來處理油田含聚污水。

2.1新型水處理劑

在油田現(xiàn)有的水處理工藝中，為了更好地處理含聚污水，開發(fā)新型的水處理劑是最方便快捷的方法，新型水處理劑包括新型的破乳劑、絮凝劑、混凝劑等。

傳統(tǒng)的PAC、PAMAM等水處理劑不能很好地使聚合物驅(qū)采出污水破乳絮凝，呂志鳳發(fā)現(xiàn)CPAM-1可以與污水中的聚丙烯酰胺協(xié)同破乳絮凝，由此研發(fā)了水處理劑FX-02和FX-05，并在現(xiàn)場試驗(yàn)中取得了非常好的效果，以勝利油田某處理站的聚合物驅(qū)采取污水進(jìn)行試驗(yàn)，處理前的含油量為2 700 mg/L，處理后的含油量為180 mg/L［6］。

杜朝陽等研究發(fā)現(xiàn)，陽離子反相破乳劑可使三次采油的污水破乳，在污水中加入60 mg/L的陽離子反相破乳劑，2 h后，可充分破乳，使懸浮物含量小于3 mg/L，含油量小于5 mg/L［7］。

異喹啉季銨鹽是十分有效的水處理劑，張永發(fā)現(xiàn)在污水中加入5 mg/L異喹啉季銨鹽后，污水的濁度由8度降為3度，同時殺滅了污水中99%的細(xì)菌，還有效降低了鋼片在污水中的腐蝕率［8］。

常規(guī)的混凝劑很難處理聚合物驅(qū)采出污水，而采用改性聚硅酸鋁可以很好地處理這種污水，處理后的NTU值＜2，聚丙烯酰胺的含量＜3 mg/L［9］。王海洋發(fā)現(xiàn)用聚合鋁硅等四種常用的無機(jī)絮凝劑分別處理含聚合物的油田污水，可以去除50%的聚合物，而將無機(jī)絮凝劑和陽離子PAM配合使用時，絮凝速度會加快，沉淀會變多，其中聚合鋁硅和陽離子PAM可以去除污水中80%的聚合物［10］。

2.2高級氧化法

高級氧化法有芬頓法、光催化法、Fe（VI）法和臭氧氧化等。

芬頓法是用化學(xué)試劑（H2O2和Fe2+）氧化降解、絮凝污水中的有機(jī)物，其機(jī)理是H2O2與Fe2+反應(yīng)生成自由基·OH和Fe3+，·OH氧化污水中的油、聚合物，同時Fe3+生成了Fe（OH）3，F(xiàn)e（OH）3絮凝污水中的有機(jī)物沉淀下來。實(shí)驗(yàn)表明在H2O2的濃度為15 mg/L，F(xiàn)e2+的濃度為700 mg/L等條件下，聚合物驅(qū)采出污水的COD，PAM，含油量分別降低了61.5%，74%，47.2%，同時還殺滅了98%的硫酸鹽還原菌［11］。

光催化法可以有效降解油田含聚污水中的有機(jī)物，其反應(yīng)機(jī)理是在紫外線的作用下，納米級二氧化鈦經(jīng)過一系列復(fù)雜的反應(yīng)生成自由基·OH，·OH氧化污水中的聚合物和油，該方法環(huán)保，成本低，效率高，是十分有前景的水處理技術(shù)［12］。陳穎經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)在聚合物含量為370 mg/L的油田污水中，加入1%光催化劑和0.005 mol/L雙氧水，光照5 h后，污水中的聚丙烯酰胺降解超過95%。

Fe（VI）基化合物具有很強(qiáng)的氧化性，同時還具有絮凝作用，F(xiàn)e（VI）基化合物對含聚丙烯酰胺油田污水的COD降解率可達(dá)70%以上［12］。

臭氧氧化是指通過臭氧氧化含聚污水中的油、聚合物等。研究表明臭氧氧化油田含聚污水后，COD、聚合物濃度、含油量和濁度分別下降了94.45%、86.45%、97.21%和94.27%［13］。由此可見臭氧氧化是一種非常有效的水處理技術(shù)。

3　物理法

物理法是將一些物理技術(shù)如電、微波和離子交換膜等用于處理油田含聚污水。

3.1電絮凝氣浮法

電絮凝是指在外加電場的作用下，金屬陽極產(chǎn)生陽離子，這些陽離子如Fe3+等水解成氫氧化物或多羥基化合物，這些水解產(chǎn)物具有絮凝的作用，絮凝污水中的雜質(zhì)，在電解過程中，會產(chǎn)生H2、O2等氣體，這些氣體會附集在絮凝產(chǎn)物表面，將絮凝物快速分離出來［14］。

電絮凝氣浮法分為直流電絮凝和脈沖電絮凝。直流電絮凝消耗陽極速度快，產(chǎn)生的陽離子數(shù)量多；脈沖電絮凝節(jié)省電能，有利于陽離子的擴(kuò)散［15］。

3.2微波法

吉程研究發(fā)現(xiàn)微波照射聚合物驅(qū)采出污水時，污水的溫度會急劇升高，在熱作用下污水中的聚合物分子鏈會發(fā)生斷裂變?yōu)樾》肿樱鬯恼扯冉档?，電位降低，使小油珠更容易聚集為大油珠，從而使油水分離［16］。微波法十分環(huán)保，且反應(yīng)速度快，具有廣泛的應(yīng)用前景。

3.3離子交換膜

離子交換膜可以很好地處理聚合物驅(qū)的采出污水，處理后的污水可以重新配制聚合物溶液用于驅(qū)油。雖然離子交換膜有很好的前景，但是由于離子交換膜容易被污染，所以制約了該技術(shù)的應(yīng)用。荊國林研究發(fā)現(xiàn)用酸堿液、AEO-9（一種表面活性劑）和三聚磷酸鈉可以清理離子交換膜上的污染物，恢復(fù)膜的過濾能力［17］。

4　微生物法

微生物法是找出能適應(yīng)采油污水的環(huán)境，并且能以污水中的聚合物和油為養(yǎng)料的微生物，讓其在污水中大量繁殖，降解采油污水中的聚合物和油。

駱克峻以勝利油田某區(qū)塊的含聚污水為試驗(yàn)對象，篩選出一種能降解PAM的芽孢桿菌，經(jīng)過檢測明確了芽孢桿菌是通過斷開PAM的C-N鍵來降解PAM的，最后用芽孢桿菌處理油田含聚污水后，污水中的聚合物含量減少了70%，含油量降到了2 mg/L，懸浮物減少了80%，腐蝕率也大大降低，有害菌含量降低［18］。

大慶油田某聯(lián)合站污水經(jīng)過微生物法處理后，各項指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)，總?cè)コ蔬_(dá)到80%～90%［19］。

宋永亭等研究發(fā)現(xiàn)，在污水中加入烴類氧化菌和降解聚合物菌后，對聚合物的降解可達(dá)90%以上［20］。

微生物法具有很好的發(fā)展前景，但是微生物法也有局限性，如在高礦化度、水溫較高、重金屬離子等條件下，微生物的繁殖受到抑制，所以微生物法有待進(jìn)一步的發(fā)展。

5　組合工藝

由于三次采油污水的組分復(fù)雜，單一的某種工藝或方法很難有效的處理污水，而將幾種工藝或方法組合在一起，可以極大地提高污水處理效率。

5.1改性纖維球過濾+臭氧/雙氧水/紫外光+超濾膜

任廣萌研究發(fā)現(xiàn)，將改性纖維球過濾、臭氧/雙氧水/紫外光、超濾膜三項工藝組合在一起可以有效地處理三次采油的污水。用人造低滲巖芯實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用組合工藝處理后的污水對巖芯滲透率的傷害比未處理直接注入巖芯要降低78.77%，滿足了油田回注水的要求［21］。

5.2生物膜+臭氧/雙氧水/紫外光

該組合工藝主要是針對三次采油的外排水。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，污水在生物膜反應(yīng)器中停留9 h后，對油的去除率大于90%，再經(jīng)過臭氧/雙氧水/紫外光降解聚合物后，污水的COD可從210.43 mg/L變?yōu)?4.34 mg/L，符合國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)［21］。

5.3絮凝法+動態(tài)膜生物反應(yīng)器

盧磊發(fā)現(xiàn)，用絮凝劑CHP-01處理污水后，污水中的聚合物濃度和含油量將會降低，水解酸化絮凝后的污水，可使污水滿足微生物生長的條件，最后污水在生物動態(tài)膜反應(yīng)器降解后，符合國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在處理前污水的COD為612.2 mg/L，經(jīng)過整套工藝處理后，COD為89.7 mg/L［21］。

5.4芬頓氧化+微生物法+絮凝法

陳慶國研究發(fā)現(xiàn)油田污水芬頓氧化后，更適合微生物生長，在微生物法處理后，再進(jìn)一步的絮凝即可充分處理聚合物驅(qū)的污水。以大慶油田聚合物驅(qū)采出污水為實(shí)驗(yàn)對象，采用該方法處理后，COD、PAM和含油量分別降低了97%、98%和98%，殺滅了99%的硫酸鹽還原菌，懸浮物減少了97%［11］。

5.5動態(tài)膜生物反應(yīng)器

該技術(shù)是將動態(tài)膜與膜生物反應(yīng)器整合在一起，使用與活性污泥尺寸相似的濾基材料，污水經(jīng)過動態(tài)膜過濾后可以獲得很好的過濾效果，污水處理后的NTU＜5，COD的去除率達(dá)到88%［22］。

6　發(fā)展趨勢

目前，隨著三次采油技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，油田常規(guī)的水處理技術(shù)很難滿足需要，但是完全摒棄現(xiàn)有的污水處理設(shè)備不太現(xiàn)實(shí)，只能充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的優(yōu)勢，同時積極改進(jìn)設(shè)備，大力發(fā)展新型的水處理劑，將物理技術(shù)運(yùn)用到污水處理，擴(kuò)大微生物法的應(yīng)用范圍，優(yōu)化組合各種工藝或方法，使含聚污水的處理更加安全，環(huán)保，高效。

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Progress in the treatment technologies of polymer-contained sewage

HE Lei
（College of Petroleum Engineering，Yangtze University，Wuhan Hubei 430100，China）

The polymer flooding is widely used in many oilfields in china.There is a large number of polymer in the sewage.It is difficult to dispose of the polymer-contained sewage. The progress in treatment technologies for wastewater at home and abroad is summarized，including the improvement of sewage treatment equipment，physical，chemical，microbiological method and combined process method.And the foreground of treatment technologies for polymer-contained sewage is prospected briefly.

polymer-contained sewage；wastewater treatment

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.03.004

TE992.2

A

1673-5285（2015）03-0016-04

2014－12-08

何磊，男（1985-），長江大學(xué)油氣田應(yīng)用化學(xué)專業(yè)在讀碩士研究生。