油田污水處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望
行業(yè)動(dòng)態(tài)
以注水為主要開發(fā)方式的油田，從注水井注人油層的水，其中大部分通過(guò)采油井隨原油一起回到地面，這部分水在原油外運(yùn)和外輸前必須加以脫除，脫出的污水中含有原油，因此被稱為油田采出水。隨著油田開采年代增長(zhǎng)，采水液的含水率不斷上升，有的區(qū)塊已達(dá)到90%以上，這些含油污水成為油田的主要注水水源。隨著油田外圍低滲透油田和表外儲(chǔ)層的連續(xù)開發(fā)，對(duì)油田注水水質(zhì)要求更加嚴(yán)格。
1 油田污水處理技術(shù)原理
油田污水主要包括油田采出水、鉆井污水及站內(nèi)其它類型的含油污水。油田污水的處理依據(jù)油田生產(chǎn)的不同用途可以有多種方式。用于油田注水時(shí)，采出污水需要經(jīng)處理后回注地層，此時(shí)對(duì)回注水質(zhì)有著嚴(yán)格的要求，一般執(zhí)行SY/T5329-94標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)污水中的懸浮固體、含油、粒經(jīng)中值等多項(xiàng)指標(biāo)要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，防止其對(duì)地層產(chǎn)生傷害。用于蒸汽發(fā)生器或鍋爐的給水，則要嚴(yán)格控制污水中的鈣、鎂等易結(jié)垢離子的含量、總礦化度以及含油量等指標(biāo)。另外，還有部分油田無(wú)法消化采出污水，需要經(jīng)過(guò)深度處理后達(dá)標(biāo)外排，此時(shí)則根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保要求，需要嚴(yán)格控制污水中的COD等指標(biāo)。
鉆井污水成分十分復(fù)雜，主要包括鉆井液、洗井液等。鉆井污水的污染物主要包括鉆屑、石油、粘度控制劑如（粘土）、加重劑、粘土穩(wěn)定劑、腐蝕劑、防腐劑、殺菌劑、潤(rùn)滑劑、地層親和劑、消泡劑等，鉆井污水中還含有重金屬。
其它類型污水主要包括油污泥堆放場(chǎng)所的滲濾水、洗滌設(shè)備的污水、油田地表徑流雨水、生活污水以及事故性泄露和排放引起的污染水體等。由于油田污水種類多，地層差異及鉆井工藝不同等原因，各油田污水處理站不僅水質(zhì)差異大，而且油田污水的水質(zhì)變化大，這為油田污水的處理帶來(lái)困難。
2 勝利油田污水處理技術(shù)進(jìn)展
2.1 總體進(jìn)展
隨著油田開發(fā)的逐步深入，各項(xiàng)先進(jìn)、成熟的污水處理技術(shù)逐漸引進(jìn)、應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，初步形成了比較成熟的油田采出水回注處理、稠油油田采出水回用注汽鍋爐處理、外排水達(dá)標(biāo)處理、低滲透油田精細(xì)水處理、海上油田水處理等配套的處理技術(shù)，基本滿足了高含水期油田的需求。污水處理的領(lǐng)域有了擴(kuò)展。從陸上油田采出水處理到海洋油田的采出水處理;從單純的為回注目的的處理，發(fā)展到用于注汽鍋爐給水的處理、達(dá)標(biāo)排放的處理;從采出水處理發(fā)展到含油污泥的處置和無(wú)害化處理。污水處理裝備水平有了較大提高。主要污水處理設(shè)備及配套設(shè)備基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，并逐步形成了系列化、規(guī)?；?/span>，如用于不同條件下的過(guò)濾設(shè)備、氣浮選、壓力除油、液-液旋流除油等除油處理設(shè)備、藥劑投加設(shè)備等。海上油田注水及水處理設(shè)備、注聚設(shè)備。水處理的自動(dòng)化程度有了提高。過(guò)濾處理、污泥脫水、氣浮裝置、加藥裝置等實(shí)現(xiàn)了PLC集成面板自動(dòng)控制;流量、液位、以及懸浮固體含量等水質(zhì)指標(biāo)也實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。油田水化學(xué)的研究和應(yīng)用水平有了提高。水處理更加重視工藝和化學(xué)的有機(jī)結(jié)合，油田水化學(xué)在油田采出水處理中的作用越來(lái)越重要。水處理劑的品種增多、效能提高，油田水化學(xué)的研究手段增強(qiáng)、水平提高。特別是針對(duì)污水達(dá)標(biāo)外排處理的要求，開展了水微生物學(xué)的研究，發(fā)展應(yīng)用了生化處理技術(shù)，建立了用于污水、污泥處理的菌種庫(kù)，使污水深度處理技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。
2.2 污水處理方法及其特點(diǎn)
勝利油田污水處理方法主要分物理法、化學(xué)法、生物法等三大類，其中物理法主要應(yīng)用于油田各污水處理站、低滲透區(qū)塊注水站的污水處理，常用的處理工藝為“上游三段法（緩沖+沉積分離除油+過(guò)濾）+下游二段法（緩沖-精細(xì)過(guò)濾）”;化學(xué)法主要應(yīng)用于油田各污水處理站，通過(guò)添加一定的濃度的化學(xué)藥劑從而輔助物理法達(dá)到提高水處理效果的目的;生物法主要應(yīng)用于注汽鍋爐給水的處理、污水達(dá)標(biāo)排放處理等領(lǐng)域。
（1）物理法。物理處理法的重點(diǎn)是去除廢水中的礦物質(zhì)和大部分固體懸浮物、油類等。物理法主要包括重力分離、離心分離、過(guò)濾、粗?；?、膜分離和蒸發(fā)等方法。
重力分離技術(shù)，依靠油水比重差進(jìn)行重力分離是油田廢水治理的關(guān)鍵。從油水分離的試驗(yàn)結(jié)果看，沉淀時(shí)間越長(zhǎng)，從水中分離浮油的效果越好。自然沉降除油罐、重力沉降罐、隔油池作為含油廢水治理的基本手段，已被各油田廣泛使用。
離心分離是使裝有廢水的容器高速旋轉(zhuǎn)，形成離心力場(chǎng)，因顆粒和污水的質(zhì)量不同，受到的離心力也不同。目前在世界各油田，如中東、非洲、西歐、美洲等地區(qū)的海上和陸地油田都有應(yīng)用。我國(guó)引進(jìn)的數(shù)套Vortoil水力旋流器，在油田污水處理上取得了良好的效果。
過(guò)濾器有壓力式和重力式兩種，目前勝利油田普遍采用的是壓力式，有石英砂過(guò)濾器、核桃殼過(guò)濾器、雙層濾料過(guò)濾器、多層濾料過(guò)濾器等。
粗粒化，是指含油廢水通過(guò)一個(gè)裝有粗粒化材料的設(shè)備時(shí)，油珠粒徑由小變大的過(guò)程。目前常用的粗?；牧嫌惺⑸啊o(wú)煙煤、蛇紋石、陶粒、樹脂等材料。粗?；凸抻靡匀コ?jīng)前期治理后的含油污水中的細(xì)小油珠和乳化油。
膜分離技術(shù)主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透等幾類，均是利用特殊制造的多孔材料的攔截能力，以物理截留的方式去除水中一定顆粒大小的雜質(zhì)。目前，勝利油田主要采用的過(guò)濾介質(zhì)為鈦金屬纖維濾膜，這種濾膜經(jīng)過(guò)等離子體的處理，表面具有一定的親水斥油能力。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在純梁、現(xiàn)河、樁西等采油廠得到了廣泛的推廣應(yīng)用，在水質(zhì)精細(xì)處理方面取得了一定效果。
隨著油田注水開發(fā)的不斷深入，污水處理工藝也由早期的單級(jí)過(guò)濾發(fā)展到目前的多級(jí)過(guò)濾預(yù)處理技術(shù)。目前，油田常用的污水預(yù)處理技術(shù)主要有兩種：濾料（石英砂或者復(fù)合濾料等）過(guò)濾、懸浮污泥預(yù)處理。其中，濾料過(guò)濾技術(shù)應(yīng)用時(shí)間較早，主要應(yīng)用于上游污水處理站的二級(jí)過(guò)濾環(huán)節(jié)，對(duì)含油、懸浮物具有一定的祛除功能，但是由于容易出現(xiàn)濾料板結(jié)、損耗的現(xiàn)象，需要定期更換濾料，而且缺少自動(dòng)反沖洗功能，日常維護(hù)工作量較大;懸浮污泥預(yù)處理技術(shù)是近年來(lái)在油田推廣應(yīng)用的一項(xiàng)新技術(shù)，目前在東辛、純梁、現(xiàn)河等采油廠都有應(yīng)用，主要是依靠上游來(lái)水中的懸浮物形成濾床，從而達(dá)到懸浮處理的功能，其處理效果主要受來(lái)水水質(zhì)穩(wěn)定性的影響。
（2）化學(xué)法。化學(xué)法主要用于處理廢水中不能單獨(dú)用物理法或生物法去除的一部分膠體和溶解性物質(zhì)，特別是含油廢水中的乳化油。包括混凝沉淀、化學(xué)轉(zhuǎn)化和中和法。
混凝沉淀法是借助混凝劑對(duì)膠體粒子的靜電中和、吸附、架橋等作用使膠體粒子脫穩(wěn)，在絮凝劑的作用下，發(fā)生絮凝沉淀以去除污水中的懸浮物和可溶性污染物。目前采用的混凝劑主要有鋁鹽類、鐵鹽類、聚丙烯酰胺（PAM）類、接枝淀粉類等。
化學(xué)氧化是轉(zhuǎn)化廢水中污染物的有效方法，能將廢水中呈溶解狀態(tài)的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物轉(zhuǎn)化為微毒、無(wú)毒物質(zhì)或轉(zhuǎn)化成容易與水分離的形態(tài)。該法分為化學(xué)氧化法，電解氧化法和光化學(xué)催化氧化法3類。目前常用的處理含油廢水的方法包括超臨界水氧化、濕式空氣氧化、臭氧氧化、TiO2電極氧化、Fenton試劑氧化等。近年來(lái)，勝利油田在史南油田采用了電化學(xué)預(yù)氧化技術(shù)，通過(guò)加入次氯酸鈉、雙氧水等預(yù)氧化劑將水中的Fe2+轉(zhuǎn)變成Fe3+，在pH值7.0~7.5條件下實(shí)現(xiàn)鐵離子的全部轉(zhuǎn)化與去除，并使污泥產(chǎn)出量顯著降低。應(yīng)用結(jié)果表明：采用電化學(xué)預(yù)氧化油田污水處理技術(shù)不僅能夠保證處理后的水質(zhì)全面穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，與地層水保持良好的配伍性，而且在污水處理過(guò)程中不額外產(chǎn)生污泥，使污泥產(chǎn)出量大幅降低，同時(shí)也使細(xì)菌抗藥性問(wèn)題得到根本解決，污水處理綜合成本有所下降，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
（3）生物法。生物法是利用微生物的生化作用，將復(fù)雜的有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單的物質(zhì)，將有毒的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)，從而使廢水得以凈化。生物法較物理或化學(xué)方法成本低，投資少，效率高，無(wú)二次污染，廣泛為各國(guó)所采用。油田廢水可生化性較差，且含有難降解的有機(jī)物，因此，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用A/O法、接觸氧化、曝氣生物濾池（BAF）、SBR、UASB等處理油田污水。
3 當(dāng)前存在的主要問(wèn)題
隨著油田進(jìn)入特高含水期，新的矛盾不斷出現(xiàn)，新的難題需要解決，油田污水處理技術(shù)仍然存在著一些不容忽視的矛盾和問(wèn)題。
（1）腐蝕和結(jié)垢問(wèn)題仍然是制約油田污水系統(tǒng)正常生產(chǎn)的突出問(wèn)題。雖然勝利油田對(duì)此采取了積極的應(yīng)對(duì)措施，例如電化學(xué)預(yù)氧化技術(shù)、電磁防垢技術(shù)等，但是由于投資限制、后期配套管理、運(yùn)行成本等諸多因素的影響，腐蝕和結(jié)垢問(wèn)題依然嚴(yán)峻。
（2）沿程水質(zhì)二次污染問(wèn)題表現(xiàn)突出。油田污水雖然經(jīng)過(guò)了污水處理站、注水站的層層過(guò)濾處理，但是由于污水中含有Fe，其會(huì)逐漸被氧化形成膠體沉淀，使水質(zhì)惡化。同時(shí)，由于注水管線缺少內(nèi)防腐措施，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，污水中含有的硫酸還原菌（SRB）在厭氧環(huán)境中會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成沉淀，對(duì)水質(zhì)造成了二次污染。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析，從注水站出口到注水井井口，懸浮固體含量和含油量?jī)身?xiàng)重要水質(zhì)指標(biāo)均有明顯的上升趨勢(shì)。
（3）運(yùn)行成本高，特別是藥劑用量大，藥劑費(fèi)用居高不下，與油田降本增效矛盾較大，影響到處理水質(zhì)和系統(tǒng)保護(hù)。急需開發(fā)高效、多效、低成本的水處理劑。
4 技術(shù)展望
解決油田水系統(tǒng)存在的問(wèn)題除大力推廣新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，加大對(duì)油田污水系統(tǒng)改造的投入外，關(guān)鍵的是依靠科技進(jìn)步，加強(qiáng)科技攻關(guān)，針對(duì)油田急需解決的難題開展研究，開發(fā)一批實(shí)用新技術(shù)，滿足油田開發(fā)的需求。
4.1 新型水處理藥劑的研制和開發(fā)
近年來(lái)，研制和應(yīng)用原料來(lái)源廣的聚合鋁、鐵、硅等混凝劑成為熱點(diǎn)，無(wú)機(jī)高分子混凝劑的品種已經(jīng)逐步形成系列;而在有機(jī)方面，有機(jī)混凝劑復(fù)合配方的篩選和高聚物枝接是研究的重點(diǎn)。
4.2 先進(jìn)設(shè)備的研制和新技術(shù)的應(yīng)用
陳忠喜等開發(fā)出的橫向流含油污水除油器，E.Bessa等采用光催化氧化技術(shù)，S.Rubach等采用電絮凝技術(shù)等都取得了較好的效果。另外，微波能技術(shù)和超聲波技術(shù)也都是今后研究的重點(diǎn)。
4.3 膜分離技術(shù)的研究及推廣
膜分離技術(shù)用于油田污水處理，雖然已經(jīng)在油田污水處理方面得到了廣泛的應(yīng)用，但是存在著膜成本高、膜污染等突出問(wèn)題。因此，今后的研究重點(diǎn)是：開發(fā)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的新材料膜;減少膜污染的方法;清洗方法的優(yōu)化以及清洗劑的開發(fā)。
4.4 生物處理技術(shù)
生物處理技術(shù)被認(rèn)為是未來(lái)最有前景的污水處理技術(shù)，一直是水處理工作者研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
4.5 油田采出水達(dá)標(biāo)排放技術(shù)
根據(jù)國(guó)家環(huán)保目標(biāo)的要求，對(duì)油田外排污水的主要污染物指標(biāo)都做出了硬性的規(guī)定，尤其是COD、氨氮兩項(xiàng)指標(biāo)，應(yīng)用目前的處理設(shè)備和工藝技術(shù)控制難度較大，急需進(jìn)行研究攻關(guān)。如何將采油過(guò)程中產(chǎn)生的大量富余污水變廢為寶，經(jīng)過(guò)深度處理后達(dá)到飲用或灌溉的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，從而緩解我國(guó)一些干旱地區(qū)水資源嚴(yán)重缺乏的問(wèn)題，將具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
