國外油田含油污水處理技術現(xiàn)狀與發(fā)展
行業(yè)動態(tài)
實現(xiàn)能源、環(huán)境與社會責任之間的和諧，支持和推行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，我國石油石化企業(yè)含油污水處理工藝技術的應用與發(fā)展顯得越來越重要，承擔著關鍵的角色和任務。了解和分析國外的現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài)，借鑒其 的工藝、技術、方法與經(jīng)驗，對我國含油污水的處理和凈化、對工藝設備及技術的改造和研發(fā)具有重要的作用和意義。
1 國外含油污水處理典型工藝流程與現(xiàn)狀
目前，國外油田含油污水處理采用的設施主要有沉砂池、API隔油池、斜板隔油池（CPI）、自然除油罐、混凝除油罐、粗粒化罐、壓力沉降罐、浮選池（柱）、壓力濾罐、單閥濾罐、組合式處理裝置、水力旋流分離器和精濾器等。采用的附屬設施有各種緩沖制罐（池）、回收水罐（池）、反沖洗水罐（池）、污油罐、藥劑投配系統(tǒng)、各種水泵和油水計量設施等。
科威特北部油田采油污水的工藝流程主要由API（美國石油學會）和CPI油水分離器、誘導氣?。↖GF）等設施組成。IGF后可以獲得用于回注地層的凈化水，這種含油污水工藝簡單，是目前含油污水處理的典型工藝流程，但對乳化嚴重的采油污水和稠油污水處理效果不佳。這種處理工藝與國內(nèi)目前采油污水處理技術基本一致，屬于“老三套”含油污水回注處理工藝。
根據(jù)近期國外有關資料，新的油田采油污水處理工藝的特點和重要標志是將水力旋流器引入流程，替代傳統(tǒng)的隔油與浮選單元，可以將硬度2000mg/L、硫化物500mg/L、總?cè)芄蹋═DS）10000mg/L、含油量200mg/L的采油污水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝仩t用水。例如，美國得州西部Permian Basin油田采油污水的處理就是如此。北海UIa油田回注含油污水處理工藝流程中，采用了3個油水分離器和6個水力旋流器串聯(lián)，處理后的水質(zhì)可達到回注水的要求。其中油含量由200～500mg/L（主要以O/W型乳狀液形式存在）降至20～30mg/L以下。采用GAC-FBR（活性炭生物流化床反應器）處理近海油田采油污水的流程是一種新型工藝。該技術主要為滿足日益嚴格的污水排放標準，特別是零排放標準，由美國的BDM石油技術公司和氣體研究所共同完成。目前該技術已經(jīng)進行了中試放大試驗。美國墨西哥海灣油田采油污水排放標準規(guī)定油含量日不超過42mg/L，月平均不超過29mg/L，采用該技術甚至可達到更嚴格的排放指標，即日油含量不超過10mg/L。這種流程由油水分離器、絮凝、氣浮、GAC-FBR、電滲析等單元組成。
許多學者的研究表明，對于污水中難降解的有機物，UV/O3或UV/H2O2是較有效的方法（即生化氧化法），但如何方便應用于實際生產(chǎn)中還是一個值得研究的課題。由于稠油污水通常含一些難降解的有機物，生物膜水解酸化的目的在于提高廢水的可生化性，降低后續(xù)好氧處理的負荷，保證好氧生物接觸氧化池的處理效果。一、二級生物膜接觸氧化池主要是降解由水解酸化分解的一些中間有機物，進一步降低污水的COD。由于污水中的底物（基質(zhì)）濃度逐級降低，一、二級生物膜氧化池的生物相特性將不同，并通過微生物的馴化后，形成適宜降解有機物的菌群。二沉池主要是實現(xiàn)部分好氧污泥水分離作用。由于生物膜污在游離污泥量方面顯著區(qū)別于傳統(tǒng)活性污泥法，因此二沉池的設置也對污水處理的效果具有保障作用。
生物膜法與傳統(tǒng)的活性污泥法相比，具有明顯的優(yōu)勢，這也是選擇生物膜法處理稠聯(lián)廢水的原因之一。生物膜法的微生物濃度比傳統(tǒng)活性污泥法高。高濃度的微生物是保證污水處理效果的基礎，特別是對稠油污水，加強菌與有機物間的傳質(zhì)作用，增加菌與有機物的接觸幾率，對實現(xiàn)稠油污水的降解更具可靠性。
生物膜法耐沖擊的能力更強。傳統(tǒng)活性污泥法在城市廢水、煉油化工廢水的處理中已廣泛應用，但存在的主要問題是該法抗沖擊性差，污泥易于膨脹、污泥的維護難度大，且處理后出水的懸浮物濃度易偏高（污泥的膨脹作用使二沉池的泥水難以分離）。
此外，主要由油水分離器、空氣氣浮、化學氧化（UV/O3或UV/H2O2等）、金屬離子去除系統(tǒng)（氫氧化物或硫化物沉淀）、過濾、離子交換、蒸發(fā)等單元組成的工藝流程可供選擇。
2 國外含油污水治理新設備與新技術
近年來，國外對含油污水（主要是采油污水）的處理已開發(fā)了一些新的設備，如新型密閉式浮選箱、水力旋流器、各種組合式油水分離器等。這些裝置的成功開發(fā)，對提高含油污水的處理效果、改進設備的處理效能，實現(xiàn)處理設備功能的一體化以及降低設備體積和工程造價等都大有裨益。
新型的旋流分離器能實現(xiàn)油-水-固三相分離。與除油和除砂旋流器相比，該三相旋流器具有體積小、效率高、投資和操作費用較低等特點，是一種集除油和除砂為一體的新型分離設備，適于海上和陸上油田采油污水的處理。此外W094/13930還介紹了一種在油田生產(chǎn)井內(nèi)的油水分離旋流器，據(jù)稱它能在井下實現(xiàn)油水的高效分離并將水回注到地層，當采油污水含水量70%以下時，這種井下安裝的同步油水分離設備是非常有效的。凈化采油污水的裝置，如密閉式的浮選設備，該設備被分為4個浮選室，每個浮選室都裝有一個能使氣體分布為100～1000μm的氣體分布管，經(jīng)過密閉浮選設備處理的采油污水，下層為清水，上層的浮油收集于儲油箱浮選氣體采用油田伴生的天然氣。據(jù)稱，使用該氣浮裝置處理采油污水可使其操作、維護以及相應的化學藥劑費用降低。國外發(fā)明的一種新型浮選柱采用側(cè)部布氣技術，可用于分離含油污水中的細小懸浮物和油滴。當采用并流涌動時，污水和氣體在浮選柱內(nèi)分別以0.127～2.54cm/s、0.0254～2.54cm/s的流速流動，且水流量為氣流量的10～30倍時可獲得理想的采油污水處理效果。此外，國外還報道了一種分離油水混合物的簡易裝置，它是由油水混合物進口、折流擋板、油流出口和凈化水出口幾部分組成的，具有結構簡單，油水分離速度快等優(yōu)點，但對油水密度差異小的含油污水，其處理效果不甚理想。專利W097/17294介紹了一種從乳化的含油污水中分離油水的新技術。該技術通過在采油污水中加入電解質(zhì)以增加其導電性，在磁電裝置的作用下使采油污水產(chǎn)生磁性，成為磁流體，并藉此破壞乳化油滴的穩(wěn)定性，增大其聚結能力。磁化法處理乳化含油污水是近年來研究的新技術之一。此外，薄膜電解技術也是國外一種處理乳化含油污水的新方法。利用油和水，特別是水中溶解的烴類物質(zhì)與水的沸點差異，國外有人還發(fā)明了一種蒸餾技術來處理油田采油污水。這種技術的關鍵是填料蒸餾塔。由于許多有機物可與水形成共沸物，因此在填料塔內(nèi)，沸點比水低和比水高的有機物均能進入蒸汽相，控制蒸發(fā)水量為進水量的5%～20%，即可實現(xiàn)油水的高效分離。
據(jù)資料介紹，斯倫貝謝公司的輕型水處理裝置（LWTU）不僅滿足了陸上水處理的要求，還能滿足海上水排放的要求。該技術獲“2004年 16大工程技術創(chuàng)新特別貢獻獎”，它包含一個獲得專利的工藝過程，在達到同樣純度的情況下，油-水分離的成本降低了一半。新處理技術對化學添加劑的依賴程度有限，能夠從分離的流體中回收油，分離劑可以再利用。該裝置無活動部件，維護量小，化學劑成本低。該裝置已經(jīng)在巴西海上使用，被處理水中含油500ppm～2500ppm，處理后含油量低于3ppm。另據(jù)報導，新一代油水分離技術TORRTM已經(jīng)問世。TORRTM（Total Oil Remediation and Recovery）完全補救回收油技術不需加熱，也不需加入化學藥品就能除去水中的自由浮油和乳化油，且不產(chǎn)生廢液，是一種新型的從水中除去乳狀液的方法，可以聚結、分離以及回收2μm及更大的乳狀液。
TORRTM系統(tǒng)基于過濾、聚結和重力分離過程，其創(chuàng)新之處是將這三個過程合并成一個，從而形成一種自潔式污水過濾體系。據(jù)介紹，它的自潔式系統(tǒng)分離和維修成本都很低，并能不斷分離油及回收油。與使用油水分離器、聚結劑、DGF、水力除砂器和離心機等常規(guī)方法相比，它的性能更好。
TORRTM系統(tǒng)的水力流速（Hydraulic rate）為20m3/m2·hr，它完全實現(xiàn)自動化操作，并且不需要加入化學添加劑來破乳。系統(tǒng)使用了由加拿大的EARTH公司開發(fā)并獲專利的可重復使用的石油吸收劑作為過濾劑和聚結劑，它的親油憎水性強，能夠吸收小到2μm的乳狀液。它的另一個特性是可以在完全飽和油時繼續(xù)吸收微小乳狀液，可像吸收自由乳油一樣吸收聚結油。該技術的引入對蒸汽輔助重力驅(qū)（SAGD），常規(guī)油氣產(chǎn)水，環(huán)境改造和其他任何考慮處理含油污水的情況是一個重大突破。
3 結論及建議
（1）隨著科學技術的發(fā)展與進步，近年來國外油田采油污水的治理工藝在不斷探索的同時已得到強化和改進。從含油污水的處理流程上看與國內(nèi)基本一致，有3個基本特征：也主要采用“老三套”含油污水回注處理工藝；高效的油水分離器、過濾器及新型的水力旋流器等的應用，強調(diào)設備與工藝的整體性、匹配性與實效性；根據(jù)生產(chǎn)中的實際需要，高效、簡便、快捷、實用。
（2）從國外近幾年文獻報道來看，高效多功能一體化的油田采油污水治理設備已成為研究熱點，新的含油污水處理技術亦有不少文獻報道。實現(xiàn)油-水、可溶性有機物-水、懸浮物-水之間的強化傳質(zhì)技術和有機物強化化學技術依然是今后采油污水治理研究的重要方向。從治理新設備與新技術方面看，國外更注重強化傳統(tǒng)含油污水治理設備的效能研究，開發(fā)了一些多功能一體化的高效污水處理設備，如水力旋流器、各種組合式高效油水分離器等一體化污水處理設備等。在設備結構上有較大改進，在提高各構筑物的處理效能方面有較大的發(fā)展。
（3）我國油田目前大多在主力邊緣區(qū)進行滾動開發(fā)，開發(fā)周期短，原有污水處理設施移步相適應。需要研發(fā)靈活移動的含油污水處理設備，實現(xiàn)污水處理就地達標、回注。保護環(huán)境，提高設備利用率，減少重復基建投資，降低油田生產(chǎn)和運行成本。河南油田設計院結合多年的液-液旋流、油水分離及移動設備組合等方面的成功經(jīng)驗，已開發(fā)出撬裝式含油污水處理裝置，并成功地在許多油田得到應用，取得了較好的社會和經(jīng)濟效益就是例證。
（4）我國的治污技術已較成熟，但在治污工程建設中，缺乏整體考慮，缺乏有效的管理模式，并缺乏相關的專業(yè)人才來實施管理。因此，加強與國外的技術合作，學習和借鑒國外的 經(jīng)驗與方法，是重要和必要的。
