一體化污水處理裝置在油氣田開采中的應(yīng)用探討

顧峰碩 陶美彤

摘要?通過分析一體化污水處理裝置在油氣田開采廢水處理中的現(xiàn)狀，探討不同類型一體化污水處理裝置在應(yīng)用過程中的優(yōu)勢和不足。因一體化污水處理裝置具有體積較小、方便裝運、效果良好等特點，應(yīng)用于油氣田開采水處理是可行的，對石油資源開采過程中的生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

關(guān)鍵詞?油氣田開采;污水處理;一體化裝置;進(jìn)展;應(yīng)用

中圖分類號：X741?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?文章編號：2095-3305（2020）03-163-02

DOI：?10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.03.068

在油氣田開發(fā)過程中，為了增加原油產(chǎn)量，普遍采用注水開采的方式。隨著開采時間的不斷上升，開采出來的原油含水量會越來越高，已經(jīng)超出了回注水的需求量。采出水就是指原油開采過程中附帶的含有原油的水分，其來源主要有采油產(chǎn)生的污水和洗井污水，這些污水從油層里攜帶許多懸浮固體、石油類、鹽類和各類化學(xué)藥劑，含有大量有機(jī)物，若處理不當(dāng)則會造成環(huán)境污染。尤其是分散的小區(qū)塊開采，產(chǎn)生的污水量不大，不適宜建設(shè)污水集中處理設(shè)施，撬裝式一體化污水處理裝置因其工藝流程短、設(shè)備緊湊、占地面積小、安裝使用快等特點，更適合就地處理后達(dá)標(biāo)排放[1]。

1?采出水成分分析

油氣田開采過程中污水的來源有多種途徑，油田采出水是石油工業(yè)中產(chǎn)量最大的污水，既包括油層中原有的地層水，也包括注入到油井的注入水，占油氣田開發(fā)產(chǎn)出廢水總量的90%以上。油田采出水含一定量的原油，含油量平均為2?000～5?000?mg/L。不同形態(tài)的油有不同的理化性質(zhì)，一般認(rèn)為以浮油、分散油、乳化油、溶解油及固體附著油5種形態(tài)為主。此外，還包含無機(jī)離子、硫化物、有機(jī)酚、氰、細(xì)菌、固體顆粒以及水站原油處理中所投加的破乳劑、絮凝劑和殺菌劑等化學(xué)藥劑，成分繁雜，差異性大[2-3]。

2?采出水處理現(xiàn)狀

對于油田采出水的處理，國內(nèi)外傳統(tǒng)處理方法為隔油-混凝沉淀-生物處理工藝。我國油田采出水處理設(shè)備種類較多，其中應(yīng)用較普遍的有自然沉降罐、粗?；蕖⒅亓Τ两倒蓿òㄐ卑澹?、氣浮池、水力旋流器、過濾罐與精細(xì)過濾裝置等，主要用于去除水中的油和懸浮物。傳統(tǒng)的處理方法存在一定的問題，主要有以下幾個方面。

（1）單一處理方法存在局限性。由于油田采出水的含油量隨原油種類、工藝設(shè)備、操作條件、生產(chǎn)流程的不同而存在很大差異，單一的處理方法難以達(dá)到滿意的效果。

（2）一些組合處理工藝處理效果欠佳、處理費用高。由于水力條件、油分存在的形式以及排放方式等多種因素的影響，一些組合工藝本身處理效果不好。例如，近年來部分國內(nèi)廠家引進(jìn)了超濾法處理工藝，處理效果雖然良好，但因膜成本高及管理水平要求高等原因?qū)е绿幚沓杀靖撸O(shè)備經(jīng)常堵塞，無法保證實際運行[4]。

（3）處理工藝可能導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化，處理后的油田采出水幾乎不能得到回用，甚至?xí)矶挝廴?。例如，傳統(tǒng)處理工藝對于乳化液含量較高且排放量大的油田采出水處理過程中產(chǎn)生的浮渣極易造成泡沫，對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。

3?一體化污水處理裝置的應(yīng)用

一體化污水處理裝置以物化處理或生化處理為基礎(chǔ)，是簡化的污水處理方法，已廣泛應(yīng)用于生活污水處理和部分工業(yè)廢水處理。

3.1?生化法一體化處理工藝在油田開采水中的應(yīng)用

生物接觸氧化反應(yīng)器把活性污泥法和生物膜法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，處理出水水質(zhì)好，能夠應(yīng)對高負(fù)荷的有機(jī)物，運行管理便捷，在油氣田廢水的處理中有較多應(yīng)用[5]。梅俊等[6]研發(fā)了基于“回轉(zhuǎn)懸浮生物床技術(shù)”的一體化生物處理新疆油田采出水，當(dāng)運行處理量約4?m3/L，進(jìn)水CODcr<300?mg/L時，去除率一般在58%～80%，停留時間可縮短至4～5?h，出水中揮發(fā)酚、石油類濃度均可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）的2級標(biāo)準(zhǔn)，該一體化處理裝置無需專門設(shè)置管理人員，對油田采出水有很好的處理效果。

生物流化床將污水作為流化介質(zhì)，利用載體的吸附作用去除有機(jī)污染物，處理效果良好。崔俊華等[7]在傳統(tǒng)生物處理法的基礎(chǔ)上，研發(fā)的三相生物流化床采用氣提式內(nèi)循環(huán)，載體選用懸浮填料、漂浮填料，降解微生物采用高效原油降解菌，進(jìn)水含油量41～59?mg/L的條件下，原油去除率可以達(dá)到89%～92%，實現(xiàn)了油田采出水的生化深度處理，處理效果良好、運行平穩(wěn)。

SBR反應(yīng)器是“反應(yīng)-過濾-沉淀”為一體的集成裝置，處理效果好，節(jié)省占地面積，基礎(chǔ)投資低。隨著SBR反應(yīng)器的發(fā)展，出現(xiàn)了許多不同的改進(jìn)工藝。董曉丹等[8]采用化學(xué)絮凝-SBR二段法處理COD小于1?800?mg/L、含油量為500～800?mg/L的采油污水，COD累積去除率達(dá)96%左右，含油量小于10?mg/L，其他出水指標(biāo)也均滿足含油污水的國家2級排放標(biāo)準(zhǔn)和回注水標(biāo)準(zhǔn)，基本可實現(xiàn)污水處理的資源化。

MBR反應(yīng)器具有高效的截留作用，可以有效地截留含油廢水中的有機(jī)物，出水中幾乎不含懸浮物，可以有效地降解高濃度含油廢水中的有機(jī)物。魯雪梅[9]針對低滲透油氣田污水，研發(fā)的微濾膜污水處理一體化撬裝裝置具有很好的處理效果。該裝置雖然彌補(bǔ)傳統(tǒng)污水處理裝置的不足，但也存在一定的問題，如細(xì)菌、污垢離子等引起的堵塞，對污水處理效果產(chǎn)生影響。

3.2?物化法一體化處理工藝在油田開采水中的應(yīng)用

3.2.1?旋流氣浮一體化裝置?馬強(qiáng)[10]將旋流氣浮一體化技術(shù)用于油由污水處理，除油效率97.2%，處理后水中含油率小于30?mg/L，滿足處理要求，具有很好的穩(wěn)定性和適用性。陳家慶等[11]將低強(qiáng)度旋流離心力場與氣浮組合，成為一種高效的含油污水處理技術(shù)，該裝置與固定式污水處理裝置相比，投資降低30%，運行成本減少約25%。

3.2.2?超濾法除油組合工藝?池波[12]研究出了一種基于“粗?；?破乳混凝-精細(xì)過濾”組合工藝的新型油田采出水一體化處理裝置，通過模型裝置，在實驗室條件下研究取得相關(guān)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用研究的最佳參數(shù)，應(yīng)用到油田采出水處理中。徐文等[13]通過對陶瓷材料表面進(jìn)行改性，裝置流程與池波等的研究相似，含油量去除率達(dá)到98%，懸浮物去除率達(dá)到95.4%，內(nèi)循環(huán)粗?；b置能耗低、操作簡便、運輸方便。

3.3.3?電化學(xué)工藝處理裝置?陳文娟等研發(fā)“降解-除油”一體化電化學(xué)工藝處理含聚污水，在I=4.0?A，d=8.0?cm，r=2/17?cm2/ml，t=30?min的條件下，幾乎無絮渣產(chǎn)出，濁度去除率為93.3%，聚合物降解率為92.0%，除油率為95.0%，展現(xiàn)了優(yōu)良的處理效果。電化學(xué)技術(shù)處理采出水在工藝及裝置上仍需進(jìn)一步完善，尤其是在化學(xué)藥劑篩選、腐蝕控制、工藝結(jié)構(gòu)及參數(shù)優(yōu)化等方面加強(qiáng)探索研究。

3.3.4?其他輔助工藝?除上述將各種物理、化學(xué)與生化反應(yīng)相結(jié)合的一體化污水處理設(shè)備外，還出現(xiàn)了一些其他輔助工藝，如紫外線殺菌，避免硫酸鹽還原菌（SRB）、鐵細(xì)菌（FB）、腐生菌（TGB）等導(dǎo)致的設(shè)備管線腐蝕。

4?一體化污水處理裝置的優(yōu)勢

相比傳統(tǒng)的油田采出水處理系統(tǒng)，一體化污水處理裝置具有占地小、模塊化、投資少、建設(shè)周期短等優(yōu)點。將污水處理工藝設(shè)計為工藝單元模塊，這些單元模塊包括預(yù)處理模塊、生化處理模塊、后處理模塊、深度處理模塊以及污泥處理模塊等，可根據(jù)不同污水水質(zhì)情況選擇不同的工藝模塊組合。傳統(tǒng)的污水處理構(gòu)筑物需要大量的人力運維管理，而一體化設(shè)備使用自動化程度高的成型化設(shè)備，安裝簡單，工藝模塊易于實現(xiàn)自控化管理，操作模式更加靈活。

5?結(jié)論

一體化污水處理裝置因其體積較小、方便裝運、效果良好等特點，適合處理規(guī)模小的分散式污水類型。不同工藝的一體化污水處理裝置在處理油氣田開采廢水時，具有各自的特點，選擇合適的處理工藝并形成集成化處理設(shè)備，應(yīng)用于油氣田開采水處理是可行的。

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責(zé)任編輯：黃艷飛