油田污水處理發(fā)展的新趨勢探討
行業(yè)動態(tài)
1 引言
隨著油田開發(fā)進程的加快，油田廢水日益增多，嚴重地污染了生態(tài)環(huán)境。油田廢水水質(zhì)復雜，含有石油、破乳劑、鹽、酚、硫等污染環(huán)境物質(zhì)。油田廢水一般具有以下特征：含油量高（1000mg/L）；礦化度高（20000～50000mg/L）；pH值偏堿（7.5～8.5）；廢水中含有細菌（硫酸鹽還原菌SRB5～10μm）等。
油田污水主要包括原油脫出水（又名油田采出水）、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)、環(huán)境等因素可以有多種方式。當油田需要注水時，油田污水經(jīng)處理后回注地層，此時要對水中的懸浮物、油等多項指標進行嚴格控制，防止其對地層產(chǎn)生傷害。石油生產(chǎn)單位大部分集中在干旱地區(qū)，水資源嚴重缺乏，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。
采油注水開采的油田，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，采水液的含水率不斷上升，有的區(qū)塊已達到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田和表外儲層的連續(xù)開發(fā)，對油田注水水質(zhì)的要求更加嚴格。油田污水處理的目的是去除水中的油、懸浮物、添加劑以及其它有礙注水、易造成注水系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢的不利成分。所采用的技術(shù)包括重力分離、粗粒化、浮選法、過濾、膜分離以及生物法等十幾種方法。各油田或區(qū)塊的水質(zhì)成分復雜、差異較大，處理后回注水的水質(zhì)要求也不一樣，因此處理工藝應(yīng)有所選擇。研制新型設(shè)備和藥劑，開發(fā)新工藝，應(yīng)用新技術(shù)成為油田污水處理發(fā)展的新趨勢。
2 油田污水處理技術(shù)現(xiàn)狀
油田的水處理工藝，其流程一般為“隔油-過濾”和“隔油-浮選（或旋流除油）-過濾”，即通常稱為的“老三套”，其工藝主要是除去廢水中的油和懸浮物。在很長一段時間內(nèi)，此工藝流程被廣泛地應(yīng)用于各油田的采出水處理中，而且效果良好，處理后的水質(zhì)一般都能達到回注水的要求。
2.1 技術(shù)分類
根據(jù)對油田污水處理程度和水質(zhì)要求的不同，通常將污水處理技術(shù)分為一級處理、二級處理和三級處理。一般來說一級處理屬于預處理，二級處理能除去90%左右可降解有機物和90～95%的固體懸浮物。然而對于重金屬毒物和生物難以降解有機物高碳化合物以及在生化處理過程中出現(xiàn)氮、磷難以完全去除，尚需進行三級處理。各級處理技術(shù)主要包括重力分離、粗?；?、浮選法、過濾、膜分離以及生物法等十幾種方法。
一二級處理主要是利用過濾、沉降、浮選方法把污水中的懸浮物除去。去除廢水中的礦物質(zhì)和大部分固體懸浮物、油類等。主要方法包括重力分離、離心分離、過濾、粗?；?、中和、生物處理等方法。這些技術(shù)在國內(nèi)外都比較成熟。
液-液旋流分離技術(shù)作為20世紀80年代開發(fā)的一種新興的工業(yè)水處理，離心分離是使裝有廢水的容器高速旋轉(zhuǎn)，形成離心力場，因顆粒和污水的質(zhì)量不同，受到的離心力也不同。質(zhì)量大的受到較大離心力作用被甩向外側(cè)，質(zhì)量小的則停留在內(nèi)側(cè)，各自通過不同的出口排出，達到分離污染物的目的。首先在國外海上油田得到推廣應(yīng)用。相當于其他的除油設(shè)備如各種隔油池，水力旋流器除去油滴直徑小的乳化油效率高，且占地小、無易損件。且水力旋流器，具有體積小、重量輕、分離性能好、運行安全可靠等優(yōu)點而備受重視。
三級處理屬于 處理油田污水處理方法，其主要方法有：
一是化學法主要用于處理廢水中不能單獨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、化學轉(zhuǎn)化和中和法；吸附可分為表面吸附、離子交換吸附和專屬吸附三種類型。
二是物化處理法通常包括氣浮法和吸附法兩種。
生物法分成好氧生物處理和厭氧生物處理，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廢水中多種污染物。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三種類型。油田污水處理中采用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，故一般只用于含油廢水的深度處理。因此，近年來開展了尋求新的吸油劑方面的研究。
三是生物法是利用微生物的生化作用，將復雜的有機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)，從而使廢水得以凈化。
膜分離技術(shù)被認為是“21世紀的水處理技術(shù)”，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展，逐漸從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用階段。
2.2 油田污水處理的一般工藝
油田污水成分比較復雜，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，因各種力法都有其局限性，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)達到排放標準。另外，各油田的生產(chǎn)方式、環(huán)境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。主要除去浮油及油濕固體；二級處理有過濾、粗?；⒒瘜W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。
2.3 膜生物反應(yīng)器工藝
膜生物反應(yīng)器（MBR）是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)，以膜組件取代二沉池在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度減少污水處理設(shè)施占地，并通過保持低污泥負荷減少污泥量。與傳統(tǒng)的生化水處理技術(shù)相比，MBR具有以下主要特點：處理效率高、出水水質(zhì)好；設(shè)備緊湊、占地面積??；易實現(xiàn)自動控制、運行管理簡單。自上世紀80年代以來，該技術(shù)愈來愈受到重視，成為研究的熱點之一。目前膜生物反應(yīng)器已應(yīng)用于美國、德國、法國和埃及等十多個 ，規(guī)模從6m3/d至13000m3/d不等。
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。
3 油田污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢
隨著全球范圍水資源短缺的加劇，以及人們對環(huán)境污染認識的加深，油田污水處理后回用已經(jīng)越來越受到重視。近期的研究有如下趨勢：
（1）新型水處理藥劑的研制和開發(fā)。混凝劑是油田采出水、鉆井污水等處理中重要的藥劑，研制混凝能力強、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，無機高分子混凝劑的品種已經(jīng)逐步形成系列；而在有機方面，有機混凝劑復合配方的篩選和高聚物枝接是研究的重點。
（2）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，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)。
（3）開發(fā)工藝更為 的復合反應(yīng)器，提高處理效率，減少占地面積。MBR是膜分離技術(shù)與生物處理法的高效結(jié)合，其起源是用膜分離技術(shù)取代活性污泥法中的二沉池，進行固液分離。這種工藝不僅有效地達到了泥水分離的目的，而且具有污水三級處理傳統(tǒng)工藝不可比擬的優(yōu)點。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，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)。因此，從長遠的觀點來看，膜生物反應(yīng)器在水處理中應(yīng)用范圍必將越來越廣。在水環(huán)境標準日益嚴格的 ，MBR已顯示出其巨大的發(fā)展?jié)摿Γ瑢⑹切率兰o替代傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)的有力競爭者。
