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(shì)和不足。因一體化污水處理裝置具有體積較小、方便裝運(yùn)、效果良好等特點(diǎn)，應(yīng)用于油氣田開采水處理是可行的，對(duì)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(hào)：X741?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：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(shí)間的不斷上升，開采出來的原油含水量會(huì)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(huì)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(diǎn)，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(wú)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(duì)于油田采出水的處理，國(guó)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(guó)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?；?、重力沉降罐（包括斜板）、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(gè)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(fèi)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(guó)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(wú)法保證實(shí)際運(yùn)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(duì)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(duì)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(jiǎn)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(duì)高負(fù)荷的有機(jī)物，運(yùn)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(yùn)行處理量約4?m3/L，進(jìn)水CODcr<300?mg/L時(shí)，去除率一般在58%～80%，停留時(shí)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該一體化處理裝置無(wú)需專門設(shè)置管理人員，對(duì)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(shí)現(xiàn)了油田采出水的生化深度處理，處理效果良好、運(yùn)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(guó)家2級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)和回注水標(biāo)準(zhǔn)，基本可實(shí)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(duì)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(duì)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(chǎng)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(yùn)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(jiǎn)便、運(yùn)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(wú)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(shì)

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(diǎn)。將污水處理工藝設(shè)計(jì)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(yùn)維管理，而一體化設(shè)備使用自動(dòng)化程度高的成型化設(shè)備，安裝簡(jiǎn)單，工藝模塊易于實(shí)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(yùn)、效果良好等特點(diǎn)，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(shí)，具有各自的特點(diǎn)，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。

參考文獻(xiàn)

[1]?黃斌，王捷，傅程，等.油田采出水處理技術(shù)研究新進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工，2018，38（8）：52-57.

[2]?丁茂晨.油田采出水處理新技術(shù)與新工藝[J].石化技術(shù)，2018，25（10）：247.

[3]?陳文娟，靖波，張健，等.海上含聚污水電化學(xué)處理裝置的優(yōu)化[J].化工環(huán)保，2017，37（4）：400-403.

[4]?徐海洲.?陶瓷平板膜組件應(yīng)用于海油采出水處理工程設(shè)計(jì)[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)建筑大學(xué)，2016.

[5]?馬彥濤，劉洋，趙曉龍.不同油藏采出水處理工藝選擇及應(yīng)用[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2019，30（5）：13-16.

[6]?梅俊，駱偉，楊萍萍，等.橇裝生物處理裝置在油田采出水處理中的應(yīng)用[J].給水排水，2010，46（11）：65-67.

[7]?崔俊華，蔡振宇，金文標(biāo)，等.高效原油降解菌和內(nèi)循環(huán)3-PBFB處理油田采出水的研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2002（4）：465-468.

[8]?董曉丹，鄒慧芬，王恩德.油田采油污水處理工藝的試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2004（3）：10-11.

[9]?魯雪梅.淺析油田污水處理新技術(shù)在低滲透油田中的應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2017，37（6）：100-101.

[10]?馬強(qiáng)，程濤，朱夢(mèng)影，等.旋流氣浮一體化技術(shù)在油田污水處理中的應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用，2018，37（5）：47-52.

[11]?陳家慶，韓旭，梁存珍，等.海上油田含油污水旋流氣浮一體化處理設(shè)備及其應(yīng)用[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，6（1）：87-93.

[12]?池波.新型一體化裝置處理油田采出水的試驗(yàn)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2006.

[13]?徐文，樊鵬軍，何志英，等.油田一體化廢水處理裝置研究[J].內(nèi)蒙古石油化工，2017，43（9）：14-16.

責(zé)任編輯：黃艷飛