油田采出水處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
行業(yè)動態(tài)
油田采出水主要是原油在生產(chǎn)處理過程中脫出的污水。油田采出水的處理根據(jù)排放或回用不同要求有多種方式。當(dāng)油田需要注水時，油田采出水經(jīng)處理后回注地層，此時要對水中的懸浮物、油等多項指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制，防止其對地層產(chǎn)生傷害。如果是作為蒸汽發(fā)生器或鍋爐的給水，則要嚴(yán)格控制水中的鈣、鎂等易結(jié)垢的離子含量、總礦化度以及水中的油含量等。如果處理后排放，則根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求，將采出水處理到排放標(biāo)準(zhǔn)。我國一些干旱地區(qū)，水資源嚴(yán)重缺乏，如何將采油過程中產(chǎn)生的污水變廢為寶，具有十分重要的現(xiàn)實意義。
采用注水開采的油田，從注水井注入油層的水，其中大部分通過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。隨著油田開采年代的增長，采出液的含水率不斷上升，有的油田已達(dá)到90%以上，這些含油污水已成為油田的主要注水水源。隨著油田外圍低滲透油區(qū)的連續(xù)開發(fā)，對油田注水水質(zhì)的要求更加嚴(yán)格。
由于油田地層差異等原因，各油田污水不僅水質(zhì)差異大，而且水質(zhì)變化大，這為油田污水的處理帶來困難。
1 國內(nèi)外油田污水處理技術(shù)現(xiàn)狀
1.1 處理方法
1.1.1 物理法
物理處理法的重點(diǎn)是去除采出水中的大部分油類和固體懸浮物等。物理法主要包括重力分離、離心分離、粗粒化、過濾分離、膜分離等方法。
①重力分離技術(shù)，依靠油水密度差進(jìn)行重力分離是油田廢水治理的關(guān)鍵。從油水分離的試驗結(jié)果看，沉淀時間越長，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。
②離心分離是使裝有污水的容器或容器內(nèi)的污水高速旋轉(zhuǎn)，形成離心力場，利用不同液體之間的密度差產(chǎn)生不同的離心力作用，密度大的受到較大離心力作用被甩向外側(cè)，密度小的則停留在內(nèi)側(cè)，各自通過不同的出口排出，達(dá)到分離污染物的目的。含油污水經(jīng)離心分離后，油集中在中心部位，而水則集中在靠外側(cè)的器壁上。按照離心力產(chǎn)生的方式，離心分離可分為水力旋流分離器和離心機(jī)。其中水力旋流器，由于具有體積小、質(zhì)量輕、分離性能好、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，而備受重視。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。我國引進(jìn)和自行研制的水力旋流器，在油田污水處理上也取得了良好的效果。
③粗?；?/span>，是指含油污水通過一個裝有填充物的裝置時，油珠粒徑由小變大的過程。所用的填充材料稱為粗?；牧?。目前常用的粗?；牧嫌惺⑸啊o煙煤、蛇紋石、陶粒、樹脂等材料。經(jīng)粗粒化的污水，其含油量與污油性質(zhì)并沒有發(fā)生變化，只是油珠粒徑變大，更容易用重力分離法將油去除。
④過濾器分離技術(shù)是含油污水通過粒狀濾料床層時，利用阻力截留、重力沉降、接觸絮凝三方面的作用，將懸浮物和油分截留在濾料的表面和內(nèi)部空隙中。過濾器是常見的過濾設(shè)備，有壓力式和重力式兩種，目前我國油田普遍采用的是壓力式，有石英砂過濾器、核桃殼過濾器、雙層濾料過濾器、多層濾料過濾器等。近年來，隨著纖維材料的發(fā)展，以纖維材料為濾料發(fā)展起來的深床高精度纖維球過濾器，因其具有纖維細(xì)密、過濾時可形成上大下小的理想濾料空隙分布、納污能力大、反洗濾料不流失等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展迅速。
⑤膜分離技術(shù)被認(rèn)為是“21世紀(jì)的水處理技術(shù)”，是一大類技術(shù)的總稱。主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透等幾類。這些膜分離產(chǎn)品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)。特別是超濾，已經(jīng)在除油的相關(guān)研究中取得了一定的進(jìn)展，逐漸從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用階段。
1.1.2 化學(xué)法
化學(xué)法主要用于處理采出水中不能單獨(dú)用物理法或生物法去除的一部分膠體和溶解性物質(zhì)，特別是含油污水中的乳化油。包括混凝沉淀、化學(xué)轉(zhuǎn)化和中和法。
①混凝沉淀法是借助混凝劑對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不溶性污染物。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。
②化學(xué)氧化是轉(zhuǎn)化污水中污染物的有效方法，能將污水中呈溶解狀態(tài)的無機(jī)物和有機(jī)物轉(zhuǎn)化為微毒、無毒物質(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?；瘜W(xué)氧化是指利用強(qiáng)氧化劑（如O2、O3、Cl2、H2O2、KMnO4、K2FeO4等）氧化分解廢水中油和COD等污染物質(zhì)以達(dá)到凈化廢水的一種方法。電解氧化法是指在污水中插上電極，通以一定的直流電，廢水中的油和COD等污染物在陽極發(fā)生電氧化作用或與電解產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)（如C12、C1O-、Fe3+等）發(fā)生化學(xué)氧化還原作用，以達(dá)到凈化污水的一種方法。光化學(xué)催化氧化法是指以半導(dǎo)體材料（如TiO2、Fe2O3、WO3等）利用太陽光能或人造光能（如紫外燈、日光燈等）使廢水中的油和COD等污染物質(zhì)降解以達(dá)到凈化廢水的一種方法。目前常用的處理含油污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。
1.1.3 物理化學(xué)法
油田污水物化處理法通常包括氣浮法和吸附法兩種。
氣浮法是將空氣以微小氣泡形式注入水中，使微小氣泡與在水中懸浮的油粒粘附，因其密度小于水而上浮，形成浮渣層從水中分離。常投加浮選劑提高浮選效果，浮選劑一方面具有破乳作用和起泡作用，另一方面還有吸附架橋作用，可以使膠體粒子聚集隨氣泡一起上浮。
吸附法主要是利用固體吸附劑去除污水中多種污染物。根據(jù)固體表面吸附力的不同，吸附可分為表面吸附、離子交換吸附和專屬吸附3種類型。
油田采出水處理中的吸附主要是利用親油材料來吸附水中的油。常用的吸附材料是活性炭，由于其吸附容量有限，且成本高，再生困難，使用受到一定的限制，故一般只用于含油污水的深度處理。因此，近年來開展了尋求新的吸油劑方面的研究，研究主要集中在兩點(diǎn):一是把具有吸油性的無機(jī)填充劑與交聯(lián)聚合物相結(jié)合，提高吸附容量:二是提高吸油材料的親水性，改善其對油的吸附性能。
1.1.4 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)物分解為簡單的物質(zhì)，將有毒的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，從而使污水得以凈化。根據(jù)氧氣的供應(yīng)與否，將生物法分成好氧生物處理和厭氧生物處理，好氧生物處理是在水中有充分的溶解氧的情況下，利用好氧微生物的活動，將污水中的有機(jī)物分解為CO2、H2O、NH3、NO3等；厭氧生物處理是在反應(yīng)器中穩(wěn)定的保持足夠的厭氧生物，使污水中的有機(jī)物降解為CH4、CO2、H2O等。
生物法較物理或化學(xué)方法成本低，投資少，效率高，無二次污染，廣泛為各國所采用。油田污水可生化性較差，且含有難降解的有機(jī)物，因此，目前國內(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。
綜上所述，油田采出水處理方法較多，各有優(yōu)缺點(diǎn)。
1.2 油田采出水處理的一般工藝
油田采出水成分比較復(fù)雜，油分含量及油在水中存在形式也不相同，且多數(shù)情況下常與其他廢水相混合，因此單一方法處理往往效果不佳。同時，因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)合使用，使出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。另外，各油田的生產(chǎn)方式、環(huán)保要求以及處理水的用途的不同，使油田污水處理工藝差別較大。
在這些工藝流程中，常見的一級處理有重力分離、浮選及離心分離。主要除去浮油及懸浮固體；二級處理有過濾、粗?；?、化學(xué)處理等，主要是破乳和去除分散油；深度處理有超濾、活性炭吸附、生化處理等，主要是去除溶解油。
1.3 膜生物反應(yīng)器工藝
膜生物反應(yīng)器（MBR），是將膜分離技術(shù)與污水生物處理技術(shù)組合而成的新工藝，該工藝是以膜分離技術(shù)替代傳統(tǒng)二級生物處理工藝中的二沉池，具有處理效率高、出水水質(zhì)穩(wěn)定；占地面積小；剩余污泥量少，處置費(fèi)用低；結(jié)構(gòu)緊湊，易于自動控制和運(yùn)行管理；出水可直接回用等特點(diǎn)。
在我國，膜生物反應(yīng)器作為污水再生回用的一項高新技術(shù)，其開發(fā)與研究也正越來越深入。雖然目前膜生物反應(yīng)器在我國的實際應(yīng)用還較少，然而，在水資源日益緊缺的情況下，隨著膜技術(shù)的發(fā)展、新型膜材料的開發(fā)以及膜材料成本的逐漸下降，膜生物反應(yīng)器將會有較好的應(yīng)用前景。
目前膜生物反應(yīng)器已經(jīng)開始在歐洲、北美、南非、日本等地區(qū)工業(yè)化應(yīng)用，用于處理城市污水、樓宇生活污水、糞便污水、微污染水源水等。另外，對于膜生物反應(yīng)器處理垃圾滲濾液等高濃度有機(jī)廢水、造紙廢水、制革廢水、印染廢水、焦化廢水以及其它有毒工業(yè)廢水已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，并且都取得了良好的效果。
對MBR處理含乳油和表面活性劑廢水的研究結(jié)果表明，在進(jìn)水p（COD）保持在1464～7877mg/L，p（TOC）為450～2670mg/L，p（烴類）為500～3000mg/L，p（表面活性劑）為35～210mg/L，停留時間13.3h的8種工況條件下，得出油的去除率在99.2%～99.9%，膜透過液的p（油）不超過0.3mg/L；反應(yīng)器中p（油）不超過10g/L，透過液p（油）在0.036～0.048mg/L；對表面活性劑的去除率達(dá)到了92.9%～99.3%；另外，研究還對超濾工藝和MBR工藝對烴類化合物的截留效率進(jìn)行了比較，表明在MBR中油類污染物最終得到了降解，而不僅僅是濃縮。
2 展望
隨著全球范圍水資源短缺的加劇，以及人們對環(huán)境污染認(rèn)識的加深，油田采出水處理后回用已經(jīng)越來越受到重視。近期的研究有如下趨勢:
2.1 新型水處理藥劑的研制和開發(fā)
混凝劑是油田采出水處理中重要的藥劑，研制混凝能力強(qiáng)、能夠快速破乳、沉降速度快、絮凝體體積小、在堿性和中性條件下同樣有效的新型混凝劑，是水處理藥劑開發(fā)者致力的方向。近年來，研制和應(yīng)用原料來源廣的聚合鋁、鐵、硅等混凝劑成為熱點(diǎn)，無機(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)。
2.2先進(jìn)設(shè)備的研制和新技術(shù)的應(yīng)用
橫向流含油污水除油器，光催化氧化技術(shù)，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)。
2.3生物處理技術(shù)
生物處理技術(shù)被認(rèn)為是未來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)。特別是近年來，基因工程技術(shù)的長足發(fā)展，以質(zhì)粒育種菌和基因工程菌為代表的高效降解菌種的研究和工程應(yīng)用是今后污水生物處理技術(shù)的發(fā)展方向。
2.4膜分離技術(shù)的研究及推廣
膜分離技術(shù)用于油田采出水處理，目前尚處于工業(yè)性試驗階段，難以大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的原因主要是膜的成本和膜污染問題。因此，今后的研究重點(diǎn)是:開發(fā)質(zhì)優(yōu)價廉的新材料膜；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)。
2.5開發(fā)工藝更為先進(jìn)的復(fù)合反應(yīng)器，提高處理效率，減少占地面積
膜生物反應(yīng)器工藝，作為膜分離技術(shù)和生物處理技術(shù)的結(jié)合體，集中了兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在一些工業(yè)廢水處理中應(yīng)用，但目前未見其應(yīng)用于油田污水處理的報道。但就其自身特點(diǎn)而言，膜生物反應(yīng)器應(yīng)用于油田污水處理的趨勢已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)。
