油田含油污水處理技術(shù)及發(fā)展趨勢
行業(yè)動態(tài)
水是人類生活和生產(chǎn)活動中不可缺少的物質(zhì)資源，水又是石油的天然伴生物，隨著油田開發(fā)的進程，油田廢水日益增多，石油的溢出和排放所造成的石油烴污染已成為環(huán)境污染的主要原因之一。
我國大部分油田已進入中后期開采階段，采出液含水量逐年遞增，許多油田達90%以上，導(dǎo)致采油污水處理量增加較快，并且處理難度越來越大。隨著環(huán)保要求的提高，水資源日趨緊張，搞好油田污水處理是當(dāng)務(wù)之急。傳統(tǒng)的工藝、設(shè)備和技術(shù)因處理效率較低、工程投資大、處理成本高，不能滿足油田污水處理的需要。對油田廢水處理及回注，是目前開發(fā)和利用水資源的正確途徑。
1 油田采油污水的特點
采油污水中含有原油、各種鹽類、有機物、無機物及微生物等。采油污水具有如下特點:①水溫較高；②礦化度較高；③含有大量的細菌，特別是SRB、TGB；④表面張力大，殘存有化學(xué)藥劑及其他的雜質(zhì)。主要污染物由浮油、分散油、乳化油污及微量的溶解油所組成，以乳化油的處理難度較大。采油污水經(jīng)處理后大部分作為回注水注人地層用于二次采油，部分排放或者作為蒸汽采油的鍋爐用水，不同用途的水，處理要求不同，采用的方法也有區(qū)別。
2 煉油污水治理現(xiàn)狀
2.1 煉油廠污水治理典型工藝流程
煉油污水→隔油處理→溶氣氣浮→生化處理→排放
2.2 治理現(xiàn)狀
國內(nèi)外油田多余含油污水處理技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從排放-自然蒸發(fā)-回灌-生化處理-綜合利用的發(fā)展歷程，開發(fā)出了多種污水處理技術(shù)。
煉油廠污水處理技術(shù)按治理程度分為3級。1級處理所用的方法包括格柵、沉砂、調(diào)整酸堿度、破乳、隔油、氣浮、粗粒化等；2級處理方法主要是生物治理，如活性污泥、生化曝氣池、生物膜法、生物濾池、接觸氧化、氧化塘法等；3級處理方法有吸附法、化學(xué)耗氧法、膜法等。
常規(guī)工藝油田廢水經(jīng)隔油、浮選等處理后，出水油含量一般仍高達20-30mg/L，由于廢水中還有破乳劑等溶解性有機物，COD和BOD也很高，都達不到 規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，尚需進行2級處理，煉廠污水一般經(jīng)2級處理可達標(biāo)排放。國內(nèi)采用3級處理的企業(yè)極少，而國外煉油廠污水一般都有3級或深度處理工藝。
從20世紀(jì)90年代起，我國部分油田開始進行生物污水處理技術(shù)工程化應(yīng)用和試驗研究。勝利、大港油田進行了生物接觸氧化加污泥回流處理技術(shù)，粉煤灰吸附加生物氧化塘技術(shù)的工程應(yīng)用，取得了成效。河南油田、冀東油田開展了厭氧、好氧的A/O新型處理工.藝技術(shù)的現(xiàn)場小試，取得了初步成效。目前礦化度小于10000mg/L的含油污水生物處理技術(shù)已基本成熟，處理后的污水達到 污水外排標(biāo)準(zhǔn)，但不能達到生活用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
生物法處理含油污水的優(yōu)點是:處理成本低，工藝設(shè)施簡單，日常維修費用低。缺點是:一次投資較高，約1000元/m3；油田企業(yè)對生物處理技術(shù)的運行管理經(jīng)驗不足；對含油污水鹽含量和氯離子含量要求較高，排放地點受當(dāng)?shù)厮w影響大。
目前，國外油田含油廢水處理采用的構(gòu)筑物主要有:沉沙池、API隔油池、CPI隔油池、自然除油罐、混凝除油罐、粗?；?、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多種。采用的附屬設(shè)施有:各種緩沖罐（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(shè)施等。一般根據(jù)采油廢水及凈化水的水質(zhì)要求由上述各種構(gòu)筑物與附屬設(shè)施可以組成若干種采油廢水處理工藝流程。
隨著 各國對環(huán)境保護要求的不斷提高和水資源的日趨緊張，各國都在努力開發(fā)高效、低耗的廢水治理技術(shù)和設(shè)備。油田廢水處理后回注是廢水處理的一種方法，油田注水開發(fā)方式是提高驅(qū)油效率，保護油層能量，穩(wěn)定油井生產(chǎn)能力的重要措施，對于不同性質(zhì)的油田采出的含油廢水和不同特征的油層進行回注，采用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、治理工藝又不盡相同。它也受到地質(zhì)條件、水質(zhì)要求、開發(fā)注水指標(biāo)、回注成本等因素制約，還有相當(dāng)一部分油田廢水需要排人水體。目前，處理這種含油廢水各種方法都有其局限性，在實際應(yīng)用中通常是兩三種方法聯(lián)合分級使用，使出水水質(zhì)達到排放標(biāo)準(zhǔn)。
3 生物處理法
生物法處理石油烴污染的研究始于20世紀(jì)90年代初期，因其費用低、效果好、無二次污染的特點，已成為研究的熱點。
通過向污染物中投加微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)或優(yōu)化某些環(huán)境條件，可以大大提高石油烴類的生物降解速度，這些影響因素包括:營養(yǎng)物種類、濃度及比例值溫度等。
生物處理法生物氧化過程是污水處理系統(tǒng)的核心，是設(shè)計的關(guān)鍵。生物處理法是利用微生物的生物化學(xué)作用，將復(fù)雜的有機物分解為簡單物質(zhì)，將有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，使廢水得到凈化。根據(jù)氧氣的供應(yīng)與否，生物處理法可分為好氧生物處理和厭氧生物處理。根據(jù)微生物在污水中的存在狀態(tài)，又可分為活性污泥法和生物膜法。
好氧生物處理是在水中有充分溶解氧的情況下，利用好氧微生物的活動，將廢水中的有機物分解為CO2、H2O、NH3和NO3-等。一般好氧反應(yīng)器分為活性污泥法、生物膜法（生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物氧化塔）、接觸氧化池、好氧塘等。厭氧生物處理的主要特點是可以在厭氧反應(yīng)器中穩(wěn)定地保持足夠的厭氧生物菌體，使廢水中的有機物降解為CH4、H2O和CO2等。厭氧反應(yīng)器主要有厭氧活性污泥法、厭氧濾池、升流式厭氧污泥床（UASB）、內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器（IC）和膨脹顆粒污泥床（EGSB）等。雖然油田廢水COD大多在300-500mg/L，但由于其可生化性差，且含有難降解的有機物，因此，目前國內(nèi)普遍采用A/O法，即先厭氧后好氧的方法進行處理。序批間歇式活性污泥法（SBR）是融厭氧、好氧為一體的處理方法，因此在研究中用得較普遍。這些方法都不同程度地提高了對含油廢水的處理效率。
3.1 活性污泥法
活性污泥法是借助曝氣或水力攪拌（厭氧情況下），使活性污泥均勻分布于曝氣池內(nèi)，微生物壁外的粘液將污水中的有機污染物吸附，并在生物酶的作用下對有機物進行代謝轉(zhuǎn)化，微生物得到良好生長繁殖，同時污水亦得到無害化處理。
SBR工藝是一種新型高效廢水處理技術(shù)。它集進水、反應(yīng)、沉淀于一池，是傳統(tǒng)活性污泥法的改進。該方法具有固液分離效果好，工藝簡單，占地少、建設(shè)費用低，耐沖擊負荷強，溫度影響小（5～65℃），活性污泥好及處理能力強等優(yōu)點。充分考慮含油廢水的特點，認為其開發(fā)在含油污水領(lǐng)域的應(yīng)用前景看好。
3.2 膜處理法
膜處理法是一種新的高效油田污水處理工藝。它具有耗能低，不產(chǎn)生二次污染，簡單易行的優(yōu)點。膜處理法有微濾和超濾。兩種技術(shù)各有其優(yōu)缺點。膜法處理采油污水關(guān)鍵在于解決膜污染導(dǎo)致的膜通量降低、堵塞、使用壽命縮短等問題，同時還關(guān)系到膜的選擇與污水水質(zhì)相匹配的問題。國內(nèi)外已經(jīng)對膜法處理油田污水做了研究，效果較好。其構(gòu)筑物主要有生物濾池、生物流化床和生物接觸氧化等。
（1）生物濾池法
生物濾池法與活性污泥法不同之處在于微生物附著于濾料的表面。形成一層生物膜。當(dāng)廢水與濾料接觸時，在充分供氧的條件下，微生物就可攝取廢水中的有機物作為營養(yǎng)，從而使廢水得以凈化。與此同時，微生物在濾料表面生長繁殖。
（2）生物流化床處理技術(shù)
生物流化床處理技術(shù)是借助流體使表面生長著微生物的固體顆粒呈流態(tài)化，同時進行去除和降解有機污染物的生物膜法處理技術(shù)。生物流化床的載體一般為小顆粒的聚苯乙烯球、活性炭、砂和無煙煤等，載體的表面附著一層生物膜。當(dāng)流化床流化時，載體與廢水充分接觸，吸附廢水中的有機物，使有機物氧化分解，廢水得以凈化。影響其處理效果的因素有:載體的選擇，菌種的篩選等。
（3）生物接觸氧化法
生物接觸氧化法是一種介于活性污泥法與生物濾池之間的生物膜法工藝，其特點是在池內(nèi)設(shè)置填料，池底曝氣對污水進行充氧，并使池體內(nèi)污水處于流動狀態(tài)，以保證污水與污水中的填料充分接觸，避免生物接觸氧化池中存在污水與填料接觸不均的缺陷。
接觸氧化法克服了活性污泥法易出現(xiàn)的污泥膨脹和超標(biāo)排污事故，具有有機負荷高、抗沖擊能力強、對廢水中毒物忍耐力較大等優(yōu)點，而且對氨氮也有較好的去除效果。接觸氧化法用于含油廢水深度處理，其技術(shù)關(guān)鍵在于對進水可生化性的控制，這就要求在綜合工藝中有完善、有效的接觸氧化前處理工序。
2種生物處理法在石油化工企業(yè)中已有較成熟的工藝。對稠油廢水生物處理進行研究結(jié)果表明生物處理法關(guān)鍵是對優(yōu)勢復(fù)合菌種的培養(yǎng)和選擇，活性污泥和生物膜法結(jié)合進行處理比單一使用效果更佳。生物處理法具有不產(chǎn)生二次污染、自然凈化、水質(zhì)穩(wěn)定、處理成本低等優(yōu)點。針對采油污水的BOD、COD值嚴重偏高，可生化性較低，微生物不易生長繁殖的特點，在生物處理前需對其進行預(yù)處理，投加絮凝劑、誘導(dǎo)劑、營養(yǎng)物質(zhì)，使含油污水的可生化性提高。
4 污水回用技術(shù)
污水軟化回用技術(shù)是將污水通過一系列的氣浮過濾凈化后，投加NaOH及陽離子聚合物進行化學(xué)反應(yīng)，沉淀、過濾后再進入1級、2級弱酸離子交換器，使污水硬度由50mg/L降到0.1mg/L，懸浮物及含油均達到鍋爐用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
盡管污水回注是目前油田消納含油污水的主要手段，但回注水量越多，原油含水率越高。同時，為保持石油產(chǎn)量穩(wěn)中有升，我國各油田逐步擴大了稠油蒸氣驅(qū)采的規(guī)模。稠油開采大都采用熱采方式，即蒸汽吞吐驅(qū)油，這意味著原油開采過程中需要消耗大量的淡水資源。由于油田油井相對分散，又處于人煙稀少之地，難以提供優(yōu)質(zhì)的淡水作為熱采鍋爐用水，只能大量使用地下水作為補給水，而過度的開采，導(dǎo)致地下水位急劇下降，已接近甚至超過臨界水位線。因此，若采用合適的處理工藝手段將稠油污水進行深度處理后回用熱采鍋爐，將可獲得顯著的經(jīng)濟效益。具體表現(xiàn)在:污水回用替代清水，可節(jié)約大量的清水費用；污水回用后，外排水量隨之減少，使排污費用明顯降低；回用污水溫度較高，一般為45℃左右，稠油污水可達60℃以上（清水平均20℃左右），可節(jié)約大量能量，減少熱采鍋爐燃料油的使用。缺點是處理工藝比較復(fù)雜，處理成本較高。
5 油田廢水處理面臨的問題及發(fā)展趨勢
5.1 面臨的問題
目前，國內(nèi)大部分油田已進入3次采油階段，用水驅(qū)來實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。隨著油田的發(fā)展，聚合物驅(qū)油和三元驅(qū)油（聚合物、堿和表面活性劑）已在大慶、大港、勝利、玉門等油田廣泛應(yīng)用。這使油田采出水中的聚合物含量不斷增加，粘度也隨之增加，乳化油更加穩(wěn)定。原來的廢水處理設(shè)施難以使污水處理達到回注水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。針對目前的現(xiàn)狀，開發(fā)與之配套的采出水處理工藝已迫在眉睫。國內(nèi)研究人員主要從兩方面人手:①開發(fā)小型高效水處理設(shè)備（如聚結(jié)器、旋流器等），加速油水分離速度；②開發(fā)高效水處理藥劑，降低采出水的粘度，破壞油水體系，達到油珠凝聚，加速分離的目的。
另外，隨著油田綜合含水率的提高，采油污水的產(chǎn)出量不斷增加，已超過注水量的需求，不能全部用于注水；再加上有些區(qū)塊地層滲透率低，對注水水質(zhì)要求很嚴，處理后的采油廢水達不到要求，只能注新鮮水；還有的地區(qū)注蒸汽采油，采油污水處理后達到鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也很難，所以，相當(dāng)一部分采油廢水必須要排放到環(huán)境中，而且必須達到 排放標(biāo)準(zhǔn)，這樣對處理后污水的COD等指標(biāo)提出了更高的要求，過去的處理工藝很難滿足需要，這就給很多油田的采油廢水處理提出了新的課題。
5.2 發(fā)展趨勢
油田廢水無論是處理回注還是達標(biāo)排放，許多方面還需要進一步完善。要不斷開發(fā)新型的水處理藥劑，降低藥劑成本，尤其是殺菌劑?，F(xiàn)場觀察，鐵細菌和硫酸鹽還原菌堵塞是造成PE管精細過濾器爆裂的主要原因之一。選擇合適的過濾濾料，使過濾器過濾速度快，除污效率高；研究采用高效的粗?；牧虾蜆?gòu)筑物，降低廢水處理工程投資；優(yōu)化設(shè)計小型、高效、低耗的油田廢水治理設(shè)備，進一步提高田，廢水處理水平，這些都有待我們今后的努力。
油田采油污水的處理方法還需進一步創(chuàng)新、完善和組合。
（1）化學(xué)處理法是目前不可避免的處理程序。在污水量不斷增長的情況下，藥劑投放量也在增加，導(dǎo)致處理成本過高，易造成二次污染。因此開發(fā)具有高效處理能力、無污染的化學(xué)藥劑是今后的研究方向之一；
（2）生物處理法應(yīng)用于地廣人稀、水資源相對缺少的油田地區(qū)，具有操作方便、易于管理、水質(zhì)穩(wěn)定、成本低、自然凈化的優(yōu)點，可使采油污水達標(biāo)排放。研究培養(yǎng)在含油污水中具有生存能力強、適應(yīng)性強、能高效降解多種有機物質(zhì)的菌種是其處理的關(guān)鍵；
（3）聚結(jié)法的發(fā)展趨勢是研究開發(fā)高效破乳能力的材料，改變材料的空間設(shè)置結(jié)構(gòu)和使用多種聚結(jié)材料一起處理污水，從而使聚結(jié)性能進一步提高；
（4）水力旋流器具有設(shè)備體積小、占地面積小、處理效率高的特點，將旋流技術(shù)和浮選技術(shù)結(jié)合起來的處理技術(shù)值得研究；
（5）膜法處理采油污水能達到嚴格的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，是今后極具發(fā)展?jié)摿Φ奶幚矸椒?/span>，開發(fā)膜通量大、膜性能好、抗污染的材料是當(dāng)前急需解決的課題；將膜技術(shù)和聚結(jié)技術(shù)結(jié)合起來，開出具有物理性破乳功能的材料，既解決了膜污染所造成的諸多問題，還減少了目前的多單元處理模式。新的處理方法和流程將是傳統(tǒng)方法、生物處理法、膜處理法結(jié)合起來的方法。
油田采油污水處理將朝著低污染、低成本、易操作、高效處理方向發(fā)展。采油廢水處理發(fā)展方向主要是將污染消滅在生產(chǎn)工藝中，大力開發(fā)和推廣清潔工藝，并積極實施采油廢水深度處理技術(shù)，充分發(fā)揮各種處理技術(shù)的優(yōu)點和特色，進行綜合處理，以期達到較佳處理效果。將來的采油廢水處理技術(shù)的發(fā)展方向集中在多學(xué)科的交叉應(yīng)用與技術(shù)互滲上，廣泛借鑒各學(xué)科綜合技術(shù)。
