油田污水处理技术概述

毕权 王俊颖

摘 要：在油田生产中，往往将油田污水处理后回注，这样不仅可以节约生产成本，还可以避免污水随意排放造成的环境污染。但是，如何使回注污水符合油田回注水质指标，以防止造成集输系统和井筒的腐蚀和结垢，使回注水对地层的伤害最小化，一直是油田污水处理的难题。对现阶段国内外主要的污水处理技术及其应用进行了概述，并提出了对油田污水处理技术发展前景的展望。

关 键 词：污水处理；回注；创新技术

中图分类号：X 703 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）07-1605-04

Overview of Oilfield Wastewater Treatment Techniques

BI Quan，WANG Jun-ying

（Beijing Key Laboratory of Urban Oil and Gas Distribution Technology， China University of Petroleum，Beijing 102249， China）

Abstract： In the production of oilfield， wastewater is always treated to reinject.This way can reduce the cost of production and avoid environmental pollution. However， for such a long time we have to face the problems of how to make the reinjected water meet the water quality index and how to avoid the corrosion in gathering system and wellbores in consideration of the minimum of strata damage. In this paper， wastewater treatment technologies and their application at home and abroad were summarized， and future development prospect of these wastewater treatment technologies was put forward.

Key words： Wastewater treatment technology； Reinjection； Innovative technology

油田采出水含有固體悬浮物、乳化油、细菌以及破乳剂、絮凝剂、杀菌剂等多种化学药剂，并且不同的污水来源会导致油污的状态和组成有差异，由于油田污水的多样性，因此，需要研究有效的油田污水处理工艺应对不同的污水情况，采用具有针对性的污水处理方案。目前，国内污水处理主要采用传统的“老三套”污水处理工艺，即以“混凝-沉降-过滤”为基础，以物理、化学及生物处理方法等作为辅助技术。

1 常用技术

1.1 重力沉降

重力沉降法主要利用油水比重差来去除油田采出水中成悬浮状态的可浮油，包括自然沉降除油，斜板除油，粗粒化除油等方法，具有投资少，运行状态稳定，维护费用低等特点。重力沉降法常用的设备是隔油池，种类有平流隔油池、斜板隔油池、波纹斜板隔油池，其中斜板隔油池和波纹斜板隔油池是平流隔油池的一种改进，提高了除油效率。重力沉降法常与凝聚等化学方法结合使用，以达到更好的除油效果。在胜利油田高含水期油田设置两级重力沉降处理油田采出水，可以达到较好的除油效果，未处理污水含油1 000 mg/L左右，悬浮物300 mg/L左右，处理后的油田采出水的油和悬浮物含量均下降至20 mg/L[1]。

1.2 旋流分离

旋流分离技术是利用油水间的密度差达到分离效果。由于油水之间存在密度差，使得油、水在旋流除油器中旋转时所受的离心力不同，这样密度较小的油滴所受的离心力也就较小。根据斯托克斯（stokes）定律，油田污水中的重相水在较大离心力的作用下往旋流器的内壁运动，而轻相油则向旋流器的中心聚结成油芯， 从而从水中分离出去。旋流除油器技术最早由南安普顿大学（southampton）的M.T.THEW教授和A.D.COLMAN教授在20世纪70年代研究提出的。在国外，旋流分离技术广泛的应用于非洲、北海、西欧、东南亚等地区的海上和陆地油田[2]。比如，旋流分离技术应用于美国德州的Permian Basin油田，进行油田采出水处理，将油田污水转变为蒸汽锅炉用水[3]。在国内，旋流分离技术也有普遍的应用，在南海流花11-1油田试生产期间，曾使用两台旋流器处理污水，取得了良好的除油效果[4]

1.3 机械过滤

过滤是油田污水处理流程中极为重要的步骤，主要是利用过滤介质的截留、黏附、接触絮凝等特性去除污水中的油和悬浮物，一般结合前期的沉降、分离、絮凝、气浮等方法，应用于油田污水处理流程的末端，常用的过滤设备有石英砂过滤器、核桃壳过滤器、双层及多层滤料过滤器、纤维球过滤器等[5]。过滤具有处理精度高、处理效果好、设备结构紧凑、易实现自动化等优点，但同时也具有滤料易被污染，反冲洗易流失，再生困难等弊端。辽河油田欢三联稠油污水处理工艺中，采用核桃壳过滤器和加拿大产多介质过滤器分别进行初滤和精细过滤，得到了较好的过滤效果[6]。吉林大学朱磊等研究设计的低压稳流反冲洗核桃壳过滤器，大大提高了了除油除杂效率，较普通的核桃壳过滤器除油率以及除杂率分别提高了35%和15%[7]。在国外，双向流过滤器、硅藻土过滤器、高精度滤芯过滤器和双层滤芯过滤器常用于油田污水处理，取得了不错的效果[8]。

1.4 膜分离

膜分离技术主要作用是截留油田采出水中的微米级悬浮颗粒，另外，对去除污水中的溶解油和乳化油有着显著的效果[9]。现阶段较常用的膜分离技术有金属膜过滤和陶瓷膜过滤。胜利油田临盘采油厂工艺所张存丽研究表明，钛金属微孔膜过滤器应用于临盘四净站，采用多介质过滤器和钛金属微孔膜过滤器的过滤流程，处理后水质指标达标，悬浮固体含量<2 mg/L，含油<6 mg/L，悬浮固体粒径中值<1.5 μm[10]。谷玉洪等利用陶瓷微滤膜处理辽河油田茨榆沱采油厂注水站砂滤罐的出口水，经陶瓷膜过滤器过滤后，悬浮物含量小于1 mg/L，颗粒直径小于1 μm，含油量小3 mg/L，满足特低渗透油田注水水质标准。另外，骆广生等研究表明，运用膜分离技术处理含油污水时，会产生良好的破乳效果[11]。Bhave Ramesh R等使用陶瓷膜对西墨西哥采油平台油田污水进行处理，处理后污水含油量从28～583 mg/L降到几乎测不出、固体悬浮物含量从73～5 290 mg/L降到1 mg/L以下。

近些年，国内外对于超滤、纳滤（NF）、反渗透等新兴的膜分离技术也进行了系统的研究，超滤、纳滤和反渗透技术主要用于污水的深度处理，处理后作为工农业生产用水。超滤膜可以去除油田采出水中的菌群，对有机物有较高的去除率[12]。李毅等使用经过改性后的聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖维超滤膜技术[13，14]对胜利油田采出水进行处理，处理后水中油和悬浮物的质量浓度均小于1 mg/L[15]。Lia[16]等利用有机-无机复合管式超滤膜组件对油田采出水进行处理，处理后COD和TOC的脱出率分别为90%和98%，残余污油含量不到1%。潘振江等开展了超滤加纳滤双膜法应用于油田采出水深度处理的实验研究，此纳滤处理工艺在长期运行过程中，出水水质达到油田注汽锅炉进水水质指标[17]。K M SIMMS等在加拿大西部油田用陶瓷膜对稠油采出水进行了处理，将油含量从125 mg/L降到20 mg/L。

1.5 机械过滤

混凝法主要是通过混凝剂的作用，使油田污水中的悬浮物凝聚成絮凝体，然后通过沉淀或者过滤去除污染物，是国内外应用较普遍的一种经济又方便的污水处理方法。混凝剂对污水中悬浮物的作用机理有静电中和，吸附架桥以及卷扫。絮凝剂的种类主要分为有机絮凝剂和无机絮凝剂两种。无机絮凝剂包括精致硫酸铝、粗制硫酸铝、聚合氯化铝和硫酸亚铁等；有机絮凝剂大多为高分子物质，包括聚丙烯酰胺（PAM）、部分水解丙烯酰胺（HPAM）、阳离子化聚丙烯酰胺等[18]。王生香[19]等采用高效混凝技术，根据油田污水的ph值和来水量自动调节加药量，在多功能处理器中按一定顺序和时间间隔连续加入三种药剂，通过调整污水中某些化学成份以达到处理污水的目的。赵明奎等研究设计了逆流混凝沉降技术，按照液流方向与沉降颗粒运移方向相反设计了逆流沉降装置，结合化学混凝技术，全面解决了临南油田固体悬浮物含量较高的污水沉降净化问题。

1.6 气浮法

气浮法是利用水中的小气泡与相对密度小于1的油滴和杂质粘附，形成小粒团，由于粒团的密度要小于水，油滴和杂质就随着粒团上浮至水面，从而实现对油田污水的净化，净化对象主要为污水中的乳化油和胶态油。气浮法主要分为叶轮气浮法、真空溶气气浮法和电解气浮法，其中现阶段在国内应用较为广泛的是叶轮气浮法，真空溶气气浮和电解气浮由于硬件消耗大、检修维护困难等原因，目前仅用于小型工程。长庆油田的黄致平[20]等在安塞油田候市集输站应用溶气气浮装置，该装置在侯市技术站使用后，出水含油量在19×10-6左右，悬浮物含量在8×10-6左右，与处理前相比，含油量与悬浮物含量均大大降低，出水水质明显好转，达到了回注水质标准。投加絮凝剂可以提高气浮法处理污水的效果，因此在用气浮法处理油田污水时，往往与絮凝技术结合使用[21]。国内外近几年也有很多关于气浮法的创新技术，将气浮法与其他污水处理技术相结合，以达到更好的污水处理效果。虞荣松等设计的油水分离器把气浮方法和旋流方法相结合，污水先进入旋流分离器，经旋流分离的作用去除较大油滴，接着接受药剂的絮凝作用，然后与气泡发生气浮作用，这样油滴就汇集成大油滴向上浮生，从而去除残油[22]。Jordan J M等[23]改造了气浮装置，在装置中安装亲油性矩阵板，如聚丙烯塑料或者PVC材质的波纹板。采出水在气浮的同时经过矩阵板，部分油滴由于矩阵板的作用，聚结成大油滴，大油滴与气泡结合更容易浮选到液面。Hirayama A用气浮法处理Marmul油田的采油污水，并在其中加入混凝剂，混凝剂为聚合氯化铝（ PAC） 和聚丙烯酰胺，使油田污水的含油量从100～200 mg/L降到了20 mg/L以下[24]。

2 创新技术

随着近些年社会对生态环境的保护意识越来越强，在油田污水处理领域也诞生了很多致力于提高污水深度处理效果的新技术、新方法，主要集中在使用生物方法以及生物法与其他方法的结合并用。

2.1 生物膜法

微生物细胞和他们所产生的胞外多聚物构成生物膜，生物膜法就是利用此生物膜来对油田污水中的有机物进行吸附和降解，最终把有机物转化为无机物，达到消除有机物的目的[25]。生物膜法可以解决传统污水技术无法解决的codcr严重偏高的问题，此问题在稠油污水、聚合物采出水、高含盐采出水的污水处理工程中尤为严重[26]。生物膜法应用于油田污水处理领域，主要有生物滤池、生物流化床和生物接触氧化等[27]。J.C.Campos等[28]将经过过滤的高盐度油田采出水通入填充材料为聚苯乙烯颗粒的生物反应器内进行处理，处理之前将此油田污水通过纤维酯膜（MCE）进行微滤，经过此两级处理后的油田污水，codcr的去除率为65%，DOC的去除率为80%，苯酚的去除率为65%。BOZO 等以颗粒活性炭为生物载体， 对高含盐的油田污水作三级处理， 并发挥生物的吸附作来去除污水中的有机物，取得了较好的处理效果[29]。今年来，国外也研发出了生物膜法与絮凝除油相结合的新工艺，并取得了良好的应用效果[30]。2003 年，Nakhla G等用絮凝除油-SBBR联合工艺处理某油田采油废水， 处理后采出水COD 低于100 mg/L[31]。

2.2 一体化油田污水处理装置

一体化油田污水处理装置解决了常规污水处理中设备多、流程长的问题，取代了污水沉降罐和隔油罐等占地面积大的设备，与传统污水处理设备相比，去除油和悬浮物的能力更强，并且具有流程精简、设备紧凑、占地面积小等特点。华北油田基建部的刘义敏等设计的一体化油水分离器，将离心分离、横向流沉降、粗粒化除油三种污水处理技术集成，并配套外搓洗核桃壳过滤器和多向反洗海绿石过滤器。经该套一体化油田污水处理装置处理后的采出水，含油量﹤5 mg/L，悬浮物含量﹤2 mg/L，具有较的污油和悬浮物去除率。

由中国石油大学（北京）研究设计的微滤膜污水处理一体化装置，应用于某油田某采油厂某处理站。进行污水处理实验，可以发现，经微装置处理后的油田采出水水质较好。经测试，其悬浮物颗粒的粒径分布均在91.28～955.4 nm，测试结果如图1：

图1 粒径分布趋势图

Fig.1 The particle size distribution histogram

2.3 微生物+膜分离技术

微生物+膜分离技术将微生物法与膜分离技术有机的结合了起来，发挥了两种方法的优势，也弥补了各自的不足。利用微生物法，将上一级来水通入含有高效转性联合菌群的微生物反应器，不仅可以去除污水中的硫化物和铁离子等物质，还可以对污水中的有机物及油类进行降解，改变污水的性质，降低污水对下一级膜的污染，延长了膜的使用寿命。经过微生物处理的油田污水再经过膜分离，去除水中的悬浮物和细菌，达到净化目的。薛华[30]在苏北台兴油田应用了一套微生物膜的油田污水处理设备，处理前后水质发生了显著的变化，处理效果良好。

3 结束语

总之，随着科技的发展，诞生了越来越多的油田污水处理方法。但是，针对油田污水性质的多样性，如何规避各技术的不足和缺陷，科学合理的组合各技术，找到一种经济、高效的含油废水处理流程，以期达到最好的处理效果，这将是未来油田污水处理领域力求攻克的难题。

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