二氧化氯在油田水處理應(yīng)用中的探討

張皓月（大慶油田水務(wù)公司，黑龍江大慶163514）

0 引言

二氧化氯是一種十分常見強氧化劑，近些年來廣泛被用于油田的污水處理中，其起作用的主要機理便是應(yīng)用自身強氧化性的化學性質(zhì)，對有油井內(nèi)的水進行殺菌，抑制油井內(nèi)的微生物進行繁殖，進而防止這些微生物在繁殖過程中生成的產(chǎn)物（如：FeS以及乳化油等等）腐蝕或堵塞油井管道。

1 油井中微生物對管道的危害

油田的污水中含有多種有機物以及氣體，為細菌的繁殖提供了適宜的環(huán)境，大量的微生物可以在油田污水中快速的繁殖。油田中的細菌主要分為以下幾大類：硫酸還原菌、腐生菌以及鐵細菌。

1.1 硫酸還原菌

硫酸還原菌是一種厭氧菌，其最適宜生長的PH 值為6.5-7.5，油田污水是其比較適宜繁殖的環(huán)境之一。在繁殖的過程中，可以在無氧的環(huán)境下將硫酸鹽等物質(zhì)還原成硫化物。生成的硫化物以固體的形態(tài)附著在油田管道的管壁處，長期積累會造成管道的堵塞，且硫化物具有較強的腐蝕性，會逐漸的對石油管道進行腐蝕，造成管道的泄露。

硫化物在污水中產(chǎn)生的硫離子與溶液中的鈣離子生產(chǎn)不易溶于水的硫化鈣，如果長時間不對其進行清理，會逐漸堆積，直至堵塞管道。

1.2 腐生菌

腐生菌，又稱粘泥生成菌，是一種進行有氧呼吸的菌種，其適宜在低礦化度的環(huán)境生存，并且適宜生長的溫度是25～35℃，在有氧條件下可以將有機物轉(zhuǎn)化為粘膜。在大量繁殖的條件下會產(chǎn)生眾多的生成物，并且會與藻類等生物在管道內(nèi)形成共生，生成大量的生物垢與堵塞物，嚴重的堵塞石油管道以及石油供水設(shè)備。

1.3 鐵細菌

鐵細菌并不是自身與鐵或鐵化物進行反應(yīng)的細菌，而是一種在氧化亞鐵轉(zhuǎn)化為高價鐵化合物的過程中起到催化作用的菌種，會加速鐵質(zhì)管道的腐蝕，其自身依靠吸收鐵元素在反應(yīng)的過程中產(chǎn)生的能量進行繁殖。鐵細菌是一種好氧菌，并且不適宜生存在堿性環(huán)境，但是滿足以上充足氧氣以及偏酸性環(huán)境，鐵細菌是極易生存的，只需存在微量的鐵元素，鐵細菌便可以大量繁殖。

2 二氧化氯的水處理中對細菌的作用機理

二氧化氯是少數(shù)在自然界中完全或者幾乎完全以單體游離原子團形態(tài)存在的化合物之一，其極易溶于水，可作為溶解的氣體保存在溶液中。二氧化氯見光或受熱后會分解成氯氣和氧氣，而氯氣溶于水后的生成物HClO 也可作為氧化劑和殺菌劑。二氧化氯在油田水處理中的主要作用機理便是抑制管道內(nèi)微生物的繁殖，從而防止管道的堵塞以及腐蝕。

2.1 破壞細菌的細胞結(jié)構(gòu)

二氧化氯溶解在水中，會和細菌的細胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生劇烈的化學反應(yīng)。二氧化氯對細菌的細胞壁有吸附和穿透能力，細胞壁是細菌控制物質(zhì)進出的重要結(jié)構(gòu)，而二氧化氯會利用自身的強氧化性與細胞壁上的酶進行化學反應(yīng)，使細菌的細胞壁失去活性，更多的二氧化氯進入細菌細胞內(nèi)部，與細菌的內(nèi)部的細胞器以及蛋白質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)，從而使細菌徹底喪失生物活性。

2.2 氧化細菌的生成產(chǎn)物

二氧化氯溶于水后水中含有的二氧化氯、氯氣以及次氯酸都具有十分強的氧化性，這些物質(zhì)會與S2-等細菌產(chǎn)物發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，也可將游離于水中的二價鐵離子氧化成三價鐵離子，從而分解及減少附著在管道中的污垢，緩解管道腐蝕及地層堵塞問題。同時對于腐生菌形成的粘膜等物質(zhì)也具有非常強的去除作用，進而清除管道內(nèi)的污垢。

3 二氧化氯對污泥形成的抑制作用

3.1 污泥的主要構(gòu)成

油田水處理過程中的產(chǎn)生的污泥有多種物質(zhì)構(gòu)成。其中的一部分是由于在原油開采過程中產(chǎn)生的泥沙堆積，多是一些較為細小的沙石顆粒，其附著能力相對較差，也更便于處理。另一部分是細菌繁殖的生成物，多是一些硫化物、油狀物以及藻類生物混合在一起的粘狀物。一部分則是Ca2+產(chǎn)生的沉淀物，為調(diào)節(jié)污水的PH 值，需要向污水中投入石灰乳，當石灰乳投入的量過多時，溶液中的OH-會與Ca2+生成Ca(OH)2，Ca(OH)2在水中的溶解度非常低，因此會產(chǎn)生大量的沉淀。還有一部分是除去污水中的有毒有害元素時產(chǎn)生的沉淀。

對于沙石顆粒的處理僅需簡單過濾即可，對沙石過濾之后的污水中，細菌的產(chǎn)生物以及去除有害離子產(chǎn)生的污泥僅占污泥總量的10%～20%，而與OH-生成的沉淀物約占污泥總量的80%～90%。

3.2 二氧化氯對不同污泥的作用

在不同的PH值下，二氧化氯的反應(yīng)存在著一定的區(qū)別，當污水的pH值在6.5～7.5區(qū)間時，此時與二氧化氯反應(yīng)的物質(zhì)主要為細菌產(chǎn)生的硫化物以及乳化物，生成可溶于水的氯化物，增強物質(zhì)的溶解度，降低污水中的污泥量。

當污水的pH 值大于8.0 時，污水中會存在Ca(OH)2、CaCO3以及其他的不易溶于水的沉淀。向污水中加入二氧化氯可對污水的pH值起到一定的調(diào)節(jié)作用，中和部分OH-，減少污水中的結(jié)垢量。

4 二氧化氯的制備方法

二氧化氯不穩(wěn)定，見光或預(yù)熱易分解為氯和氧。常溫常壓下其沸點為11℃,在-11℃時變成紅色的液體,在-59℃時形成結(jié)晶。當ClO2在空氣中的濃度高于10%，或溶液中的濃度高于30%時，易發(fā)生低水平爆炸，在有機蒸汽環(huán)境下，這種爆炸可能變得劇烈。二氧化氯在工業(yè)中的應(yīng)用不適合經(jīng)過長途的運輸，并且必須避光保存，正因為如此,在實際應(yīng)用中，二氧化氯一般是在使用現(xiàn)場進行制備后，直接投入使用。

4.1 化學法

化學法主要是利用化學反應(yīng)制備二氧化氯，技術(shù)比較成熟。根據(jù)原料不同二氧化氯的制備方法可分為氯氧化法、甲醇法、R1法、R2法、鹽酸-氯酸鈉法、鹽酸-亞氯酸鈉法等。目前比較常見的方法是鹽酸-氯酸鈉法，反應(yīng)方程式為：2NaClO3+4HC1→2C102+C12+2H2O+2NaC1，以及鹽酸-亞氯酸鈉法，反應(yīng)方程式為：5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O。鹽酸-亞氯酸鈉法生成二氧化氯的純度較高，該生產(chǎn)工藝簡單、易于操作；而氯酸鈉相比亞氯酸鈉的價格要便宜許多，鹽酸-氯酸鈉法生產(chǎn)成本較低，且產(chǎn)物二氧化氯及氯氣均具有較強的氧化性。

4.2 電解法

電解法制備二氧化氯有多種方法，造成這些區(qū)別的主要原因便是電解液的不同，目前成本較低的電解法制二氧化氯的方式是電解飽和食鹽水，這種制備方式原材料的成本相對較低，但是對于設(shè)備的要求非常高，目前電解飽和制二氧化氯的技術(shù)關(guān)鍵在于電解液中的離子膜以及電極陽極的材料選擇。

5 結(jié)語

二氧化氯是一種十分有效的氧化劑以及殺菌劑，具有很強的氧化性，應(yīng)用范圍非常廣泛，對于環(huán)境的要求也不高，生產(chǎn)成本相對較低，制備工藝及操作方法也相對簡單，并且病毒、細菌等微生物不會對二氧化氯產(chǎn)生抗藥性。綜合以上特點，二氧化氯是一種十分適合于油田水處理的化學物質(zhì)。不過在制備和使用二氧化氯的操作過程中，一定要秉承著安全操作的原則，要合理利用二氧化氯，避免在使用過程中對人體造成傷害。