油田外排污水处理技术及研究进展

贾生中 王云昆 陈杰 曹楷

（新疆吐哈石油技术服务有限责任公司 新疆吐鲁番 838202）

随着国内油田开采程度的不断深入，大部分油田已经进入中后期开采阶段，即高含水开采期。油田高含水开采期的主要特征是采出液的含水率较高。这是由于在油田的中后期开采阶段，主要依靠注入水的方式来提高油田采油率。尽管这种开采方式可以有效提高油田采油率，但是也会产生大量的采油污水。高污染性的油田污水直接排放会对周围的生态环境产生极大的破坏。而随着全球范围内环境的恶化和人们环保意识的提高，如何有效处理油田外排污水，已经受到越来越多的关注。各种油田外排污水处理的新技术、新工艺的研究也成为油田开发的热点课题。目前油田外排污水处理技术主要可分为三类，即物理处理法、化学和物理化学处理法和生物处理法。

1 油田外排污水的成因和特点

在油田开发的中后期开采阶段，为了保证适宜的油藏能量，提高石油采出率，一般需要采取油井注水、注水驱油以及化学驱油等措施以维持地层压力和合适的石油采油率。这种开采方式的重要弊端就是采出液的含水率过高。这些高含水率的油层采出液在经过原油脱水处理后，产生的脱出水就是油田采出水，也被称为油田外排污水。一般情况下，部分油田采出水会在处理后再回注到地层，以便重复利用。

由于目前的污水处理技术难以使油田采出水达到注入水的使用要求，所以油田仍需要补充大量的清水以维持注水开采。正是这种注入和排放的不平衡产生了大量污水。另外，油田的油气集输设备的维修和清洗也会产生一定量的污水。这些油田外排污水不仅含有原油，而且含有多种化学添加剂以及地层中的盐类和悬浮物，以及一些微生物。复杂的成分给油田外排污水的处理带来了很多困难。油田外排污水含油量一般在1000mg/L以上，除了乳化油和分散油外，还有部分浮油；水温也达到40~60℃以上；具有很高的矿化度和COD指数，但溶液氧很低，细菌含量较低，整体PH值稍偏碱性。由于油田采油技术和污水管理等不尽相同，油田外排污水的成分也具有多变性。

2 油田外排污水主要处理技术

目前国内的油田污水处理技术主要用于处理采油污水以实现污水回注，处理的主要目的是去除采油污水中的悬浮杂质和油。其一般的工艺流程分为三步，即隔油、浮选和过滤。这种油田外排污水处理技术在各油田的采出水处理中都得到了广泛的应用，并且收到了良好的效果。经过处理的采油污水也能够达到回注的要求。

但是，在油田采出液含水率较高的开采中后期中，由于采油污水的产出量越来越多，已经不能将处理后的采油污水全部用于回注，即产生了多余的采油污水。这种平衡的打破是大量采油污水不得不向外界排放，相比于用于回注的污水处理技术，排放这些多余的采油污水时需要考虑到COD、油类等对于环境的破坏性作用，对相应的污水处理技术提出了更高的要求。

2.1 物理处理法

油田外排污水物理处理法的主要用于分离污水中的油类、矿物质和固体悬浮物等。常用的物理处理技术包括分离技术、过滤技术、吸附技术、膜技术和浮选技术等。重力分离技术在我国胜利油田和江汉油田均得到了应用。国外于上世纪80年代末开发出水力旋流法，用于油田外排污水处理可以显著提高除油的效率和效果，目前在世界范围内的陆上和海上油田的污水处理中均得到了应用，是油水离心分离技术未来的发展方向。

采用过滤器对油田外排污水进行处理，滤除污水中的油类和悬浮物，即所谓过滤法。过滤法在实际应用时，由于滤料容易产生堵塞现象，影响污水处理的效果。张逢玉等改进了大庆油田核桃壳过滤器。改进后的低压稳流核桃壳过滤器反冲洗压力大幅降低，显著提高了过滤器的滤料再生效果和反冲洗效果。吸附法主要用于油田外排污水的深度处理。相比于其他污水处理技术，吸附法在去除污水中的大分子有机污染物方面体现出明显的优势。由于吸附剂较大的比面积和多孔的特性，对于大分子有机污染物可以产生很好的吸附效果。目前对于吸附法的研究重点主要是提高吸附的效率和经济性。

在TeapotDome油田中，利用以膨润土和胺聚合物为主要组成成分的有机黏土颗粒吸附剂对油田外排污水进行两次吸附处理，污水中的油脂、石油类碳氢化合物的含量均降低到0.5μg/L。膜分离技术类似于过滤法，利用特殊的多孔材料，对油田外排污水中的杂质进行拦截。膜分离技术在两相之间形成一个选择性通过的界面，污水中的一定大学的颗粒杂质无法通过，而其余的成分则可以顺利通过。近年来，国内外关于膜分离技术的研究都取得了积极的进展。K.Karakulski等采用管状超滤膜处理油田外排污水，处理后的废水中含油量低于10mg/L，同时COD指标也降低了近80%；在利用反渗透膜进行进一步处理后，COD指标降低了98.5%，悬浮物的含量也降低了95.7%，出水完全符合工业回用水的要求。

浮选技术在工业中应用广泛，也被称为气浮法。浮选技术常与絮凝法结合使用，由于浮选法可以增加油田外排污水的含氧量，也被经常用作生物处理法的预处理。对于浮选技术的研究，国外主要集中在工艺优化和浮选设备的改进和创新等方面。阿曼的Sultan Qaboos采用浮选法，以聚丙烯酰胺和氯化铝作为混凝剂，对含油量为100~200mg/L的Marmu油田的采油废水进行处理，出水的含油量低于20mg/L。

2.2 化学和物理化学处理法

油田外排污水中的部分溶解性物质，如乳化油等，还有一些胶体，难以单独使用物理处理法或生物处理法去除，就必须采用化学和物理化学处理法。混凝沉淀法、化学氧化法、盐析法和电化学法等都是目前各油田常用的污水处理方法。

混凝沉淀法的工作原理是，首先利用混凝剂是胶体粒子脱稳，脱稳后的胶体粒子与絮凝剂发生反应，产生絮凝沉淀，从而实现油田外排污水中的溶解性物质和悬浮物等污染物的分离。常用的混凝剂包括铝、铁等金属盐类和聚丙烯胺类等。这些混凝剂与胶体粒子产生吸附、静电中和架桥等作用，使胶体粒子脱稳。混凝沉淀法成本低，操作简便，对于油田外排污水中的溶解污染物有很好的去除效果。但是，这种方法对于COD的去除效果不佳，且会产生较多的泥渣。由于在污水处理过程中添加了多种化学药剂，容易对水体造成二次污染。单独采用混凝沉淀法处理油田外排污水，出水难以达到排放标准，在实际应用中一般仅用作预处理技术。

化学氧化法的主要目的的是将油田外排污水中的溶解污染物转化成对环境没有危害的无毒、微毒物质，或者将污染物转化成容易与水分离的物质，以实现污水的净化，一般也需与其他污水处理技术结合使用。目前用于处理油田外排污水的化学氧化法有催化氧化法、、UV/H2O2氧化法和臭氧氧化法。

国内某油田利用浮选技术和臭氧氧化法对采油污水进行处理，COD去除率达到31.9%。盐析法操作简便、成本也较低，常用作油田外排污水预处理。盐析法的工作原理也是利用盐类的化学性质，使油粒脱稳。但是，盐析法沉降速度慢，需要的盐类剂量也较大，对于一些较稳定的含油乳化液，处理的效果也不够理想。电解化学法在实际应用中一般用作污水的深度处理。海上油田的污水含有氯离子、多环芳烃化合物和苯系衍生物，用生物降解法处理不能有效去除其中的COD，而采用电解化学法则能够获得较为理想的处理效果。李海涛等采用电解化学法对海上油田的污水进行处理，出水质量能够达到我国的一级排放标准。但是，电解化学法能耗高，效率低，且会产生有毒的氯气，具有很强的局限性，难以得到大范围的推广。

2.3 生物处理法

油田外排污水在经过物理法处理后，废水中油类含量仍有20~30mg/L，COD也较高，并且还存在一些溶解性污染物，并不能直接排放，故还需要进行二级生物处理。利用微生物的生化作用，净化油田污水，即生物处理法的原理。污水中的微生物可以对有毒物质和溶解有机物进行降解。

2.3.1 好氧生物处理。主要的好氧生物处理方法有生物膜法和活性污泥法。油田外排污水常用的生物膜法有生物接触氧化、生物流化床和生物滤池等。由于油田采油污水中一般含有较多的悬浮物，在采用生物膜法处理前，一般需要进行预处理。J.C.Campus将经预处理后的采油污水用空气提升反应器进行处理。空气提升反应器中放入附有生物膜的直径2mm的聚苯乙烯颗粒。持续通入空气12小时后，去除了污水中65%的COD和80%的TOC。在处理油田外排污水时，活性污泥法的SBR工艺应用最为广泛。D.D.Freire等利用SBR工艺处理油田外排污水，去除了污水中93%的氨氮类物质、65%的苯酚类物质和50%以上的COD。

2.3.2 好氧生物与其他方法联合处理。采用化学—好氧联合处理的方法，能有效去除油田污水中的污染物。胜利油田某采油厂对外排污水进行隔油、浮选和生物接触氧化处理后，出水水质达到国家排放标准要求。刘惠卿等采用絮凝和生物接触氧化法联合处理油田外排污水，去除率污水中超过68%的COD。菌种的选择对于生物接触氧化法的处理效果有着决定性的影响。对于好氧—厌氧联合处理，国内也有研究人员取得了积极的成果。竺建荣等采用厌氧—好氧联合处理油田外排污水，COD去除率约为64%。

2.3.3 自然生物处理。在处理油田外排污水中主要应用的自然生物处理法是氧化塘法。胜利油田桩西联利用当地的芦苇塘处理外排污水。污水中的污染物经吸附、沉降和生物降解等综合作用被净化，处理后的废水达到国家排放标准。

生物处理法具有成本低、效果好、无污染和处理量大等优点。但是，由于菌种的选择和培养仍有相当大的困难，技术也不够成熟，仍需要展开进一步的研究。在应用生物处理法前，油田外排污水一般需要进行预处理。

3 结语

近年来，聚合物采油和三元复合驱采等新技术的投入使用使得采油污水的水质发生率较大的变化，为当前油田外排污水的处理提出了新的挑战。虽然国内对于采油污水的处理技术展开了大量的研究，但各油田的采油污水性质存在较大差异，目前仍没有一种处理技术能够在国内油田大范围的推广应用。而油田开采进程的不断推进，使采油污水的处理问题日益突出。

此外，稠油污水、低温含有污水以及聚合物驱油三元复合采油污水的处理技术也是制约我国石油工业的难题。近年来国内外对于油田外排污水处理技术的研究都有着积极的进展，研发出多项新技术。由于采用单一方法处理油田外排污水往往难以达到排放标准，未来有必要加大对多种方法联合处理技术的研究力度，改进现有的油田污水处理工艺，以提高污水处理的有效性和经济性。生物处理技术在处理油田外排污水上展现出了诸多优势，但采油污水的可生化性一般较差，限制了生物处理技术的推广和应用。如何提高油田外排污水的可生化性以适用生物处理技术，是油田污水处理技术一个重要的研究方向。

[1]成明泉.现代污水处理技术及其应用[J].管理科学文摘,2006,(6):58-60.

[2]闻岳,黄翔峰,裘湛,等.水解酸化-好氧法处理油田废水机理研究[J].环境科学,2006,27(7):1362-1368.

[3]曹怀山,姜红,谭云贤,等.胜利油田回注污水处理技术现状及发展趋势[J].油田化学,2009,24(2):118-122.

[4]杜春安,马力,吴晓玲,等.胜利油田污水资源化利用技术研究进展[J],石油与天然气化工,2012,41(4):432-434.