1、油田外排污水處理技術及研究進展任永忠 1, 陳素寧 2, 劉智金 2, 鄧文海 2, 萬 鋼 2, 向 安 2(1. 中國海洋石油有限公司天津分公司 , 天津 300452; 2. 天津億利科石油技術發展有限公司 , 天津 300384摘 要 :隨著我國油田的不斷開發 , 油田相繼進入高含水 開采期 , 采出液的綜合含水率達到 90%以 上 , 大量多余 油 田污 水不斷產生 , 因此做好油田污水處理是當務之 急。本文針 對油田 污水的 產生及 特點 , 介紹了 油田外 排污水 的 主要 處理技術 , 綜述了目前油田外排污水處理技術的研究 和應用進展 , 以及亟待解 決的問題 , 并對今 后油

2、田外排 污 水處理技術的發展提出了展望 , 為油田外排污水 處理提供了新思路。 關鍵詞 :油田污水 ; 外排處理技術 ; 展望中圖分類號 :X703; X74 文獻標識 碼 :A 文章編號 :1671 1556(2011 02 0045 04收稿日期 :2010 08 11 修回日期 :2010 08 30:( , , 工程師 , mail:ren ooc. com. cnTreatment Technology of Oilfield DischargedWastewater and Development TendencyREN Yong zho ng 1, CH EN Su ning 2

3、, LIU Zhi jin 2, DENG Wen hai 2, WAN Gang 2, XIANG An 2(1. CN OOC L imited T ianj in Br anch, Tianj in 300452, China; 2. E T ECH Oilf ieldT echnology D evelop ment Co. , L td. , T ianj in 300384, ChinaAbstract:With the development of China s oilfields, oilfields have entered hig h w ater cut stag e,

4、 and com posite w ater cut is m ore than 90%, resulting in a large amount o f trivial w astew ater. Meanw hile, the de m and of environmental protection for oilfield w astewater is mo re and m ore cr itical, so the status of China s w ater resources has becom e increasing ly intense. T he urgent aff

5、air s are how to treat the o ilfield dis char ged w astew ater in a g ood w ay. According to the pr oduction and features of oilfield w astew ater, this pa per r eview s the technolog ies, hot study fields and the application prog ress o f the treatm ent of oilfield dis char ged w astew ater. The di

6、fficulties o f discharg ing treatment are summarizes by analy zing the discharg ing tr eatment technolog ies. At last, the paper pr opo ses a prospect of the development about the treatment tech nolo gy of oilfield discharg ed w astew ater.Key words:oilfield w astew ater; discharg ing treatment tech

7、no logy ; development pro spect0 引言隨著國內石油開采的不斷深入 , 我國大部分油 田相繼進入中后期開采階段 (高含水開采階段 , 通 過注水和改變注入水的特征提高油田采油率已成為 主要的開采方式。一些油田開采后期 , 采出液的綜合含水率達到 90%以上 1, 導致大量多余采油污水 的產生。因此 , 油田污水處理越來越受到關注 , 探討 新技術、 研究新工藝 , 有效地處理采油污水使之達到回注及外排的要求 , 已成為油田開發的重要任務。1 油田外排污水的產生及特點為了保持合適的油藏能量及石油采出率 , 油井注水及注水驅油、 化學驅油成為油田保持地層壓力、 提高采

8、油率的必需措施。因此 , 在石油開采過程中 , 各油層采出液具有較高的含水率。各油層采出液經 原油脫水工藝處理后的脫出水被稱為油田采出水或第 18卷 第 2期 2011年 3月 安 全 與 環 境 工 程 Safety and Enviro nm ental EngineeringVol. 18 No. 2M ar. 2011外排污水。油田外排的采油污水 , 主要來源于油田 生產過程中注采不平衡時產生的污水 , 以及油氣集 輸裝置大修和沖洗地面管線時排放的污水。這部分 污水除含有原油外 , 還含有許多原油從地層中攜帶 出來的各種鹽類、 有機物質和懸浮固體 , 以及在油氣 集輸過程中添加的許多化

9、學處理藥劑 , 同時污水中 還含有一些微生物。由此可見 , 油田外排采油污水 是一個非常復雜的體系 , 一般具有以下特征 2, 3: (1 含油量高 , 一般在 1000m g/L 以上 , 除部分 浮油外 , 主要是 90 m 以下的分散油和乳化油 ;(2 水溫高 , 一般水溫度在 4060! 以上 ;(3 礦化 度高 , 一般在 2000050000m g/L 之間 , 甚至每 升可達數十萬毫克 , 如 江漢、 勝利、 中 原、 大慶等油田采出水的礦化度都很高 ;(4 pH 值偏堿性 , 一般在 7. 58. 5之間 ;(5 污水 中 含有 大量 的細 菌 , 主要 是 腐生 菌 (TGB

10、, 1030 m 和硫 酸鹽還原 菌 (SRB, 510 m ;(6 溶解氧 DO 很低 ;(7 含有一定數量的破乳劑和一定濃度的硫化 物 ;(8 COD 指標高 , 從幾百到上萬 m g/L 不等 ;(9 污染物濃度變化大 , 由于采油過程以及管 理等方面的原因 , 油田采出水水質水量具有多變性。2 油田外排污水主要處理技術國內采油污水的處理技術主要是針對污水回注 設計的 4, 其工藝流程一般為 隔油 浮選 (或旋流 除油 過濾 #, 即通常稱為的 老三套 #, 主要是除去 廢水中的油和懸浮物。此工藝廣泛應用于各油田的 采出水處理中 , 而且效果良好 , 處理后的水質一般都 能達到回注的要求

11、。隨著油田綜合含水率的提高 , 采油污水的產生 量不斷增加 , 已不能全部用于回注或回灌 , 致使采出 水量與回注水量平衡被打破 , 部分采油污水要排放 到環境中。在對這些外排采油污水處理時要充分考 慮 COD 、 油等各項指標 , 因此提高采油污水處理率 及采用先進有效的處理工藝已成為解決采油污水外 排問題的關鍵。目前 , 油田外排污水主要采用的處 理技術如下。2. 1 物理處理法物理處理法的重點是去除廢水中的礦物質和大 部分固體懸浮物、 油類等。不同的物理處理法有各 術、 氣浮技術、 吸附技術等。我國江漢油田采油一廠和勝利油田辛一廢水處 理站一級除油均采用重力分離技術。水力旋流法是 國外

12、20世紀 80年代末開始開發和應用的高效除油 法 , 北海、 非洲、 西歐、 東南亞等地區陸上和海上油田 均有應用 5, 是油水離心分離技術的發展趨勢。過 濾法是使采油污水流過過濾器 , 除去水中的油和懸 浮物 , 但應 用時 易造 成濾料 堵塞 和損 害。張 逢玉 等 6對大慶現有核桃殼過濾器進行改造 , 開發出低 壓穩流核桃殼過濾器 , 通過現場測試 , 證明該低壓穩 流核桃殼過濾器 反沖洗壓 力由原來 的 0. 150. 4 M Pa 降低到 0. 030. 06MPa, 且能夠實現罐群水 反沖洗 , 反沖洗效果好 , 濾料再生效果好。膜分離技 術是利用特殊制造的多孔材料的攔截能力 ,

13、以物理 截留的方式去除水中一定顆粒大小的雜質 , 可以看 作是兩相之間一個具有透過選擇性的屏障 , 或看作 是兩相之間的一個界面。近年來 , 國內外均加大了 膜處理技術的研發力 度。 K. Karakulski 等 7用管 狀超濾 膜 處 理 含 油廢 水 , 出 水 的 油 濃度 小 于 10 m g/L, COD 去除率為 80%; 進一步用反滲透膜處理 后 , COD 去 除率 達 到 98. 5%, 懸浮 物 去除 率 達到 95. 7%, 出水可作為工業回用水。氣浮法又稱浮選 法 , 一般與絮凝法結合使用 , 應用廣泛。氣浮法還具 有充氧的功效 , 能提高微生物的生化降解性能 , 可

14、作 為生化法的預處理技術。目前國外對氣浮法的研究 多集中在氣浮裝置的革新、 改進以及氣浮工藝優化 組合方面。阿曼的 Sultan Qaboos 大學用聚合氯化 鋁 (PAC 和聚丙烯酰胺作混凝劑 , 結合氣浮法處理 M armul 油田 的 采 油廢 水 , 含 油 廢 水 的 油 濃度 由 100200m g/L 降至 20mg /L 以下 8。吸附法是 利用吸附劑的多孔性和較大的比表面積吸附廢水中 的污染物質 , 對其他方法難以去除的一些大分子的 有機污染物的處理效果尤為顯著 , 常用于含油污水 的深度處理 , 其最新研究進展體現在高效、 經濟吸附 劑的開發與應用。如在 T eapotDo

15、m e 油田 , 將胺聚 合物加入膨潤土中 , 制成改性的有機黏土顆粒吸附 劑對采油廢水進行吸附 , 出水中石油類碳氫化合物、 油脂、 苯 類物質 的含量 在經 過兩次 吸附 后均 小于 0. 5 g /L 9。2. 2 化學和物理化學處理法化學法和物理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 , 特別是含油廢水中的乳化油。常用的化學和 物理化學處理方法主要包括混凝沉淀法、 鹽析法、 化46 安 全 與 環 境 工 程 第 18卷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 , 在絮凝劑的 作用下發生絮凝沉淀 , 達到

16、去除污水中的懸浮物和 可溶性污染物的目的。目前采用的混凝劑主要有鋁 鹽類、 鐵鹽類、 聚丙烯酰胺類、 接枝淀粉類等。化學 混凝法操作簡單、 費用較低 , 去除溶解油和懸浮物的 效果也較好 ; 其缺點是產生的泥渣多 , 加入化學藥劑 有可能會造成水體二次污染 , 同時 COD 的去 除率 不高。因此 , 單獨使用混凝法處理采油廢水很難滿 足排放標準的要求 , 一般將其作為預處理技術。邵 青等 10用 TX 107系列有機高分子破乳絮凝劑對采 油污水進行試驗 , 使用藥劑處理后的出水平均含油 量低于 26. 7mg/L 。鹽析法主要通過壓縮油粒與水 界面處雙電層的厚度 , 使油粒脫穩。該方法由于操

17、 作簡單、 費用較低 , 所以使用較多 , 作為預處理應用 更為廣泛 ; 但單純鹽析法投藥量大 (1%5% , 聚析 速度慢 , 沉降分離時間一般在 24h 以上 , 設備占地 面積大 , 而且對由表面活性劑穩定的含油乳狀液的 處理效果不好。化學氧化法是轉化廢水中污染物的 有效方法 , 能將廢水中呈溶解狀態的無機物和有機 物轉化為微毒、 無毒物質或轉化成容易與水分離的 形態。化學氧化法一般是作為預處理技術或與其他 方法聯用。當前用于采油廢水處理的化學氧化法主 要有臭氧氧 化法、 U V/O 3氧化法、 UV/H 2O 2氧 化 法、 催化氧化等。綏中某油田采油廢水氣浮處理后 通過 吸 附 臭

18、氧 氧 化 處 理 , COD 由 原 來 的 628. 1 mg/L 降 至 280320mg/L, 平 均 去 除 率 為 31. 9%11。電化學法是以金屬鋁或鐵作為 陽極電 解處理含油廢水 , 主要適用于機加工工業中冷卻潤 滑液在化學絮凝后的二級處理。目前該方法已得到 廣泛應用 , 如在開采海洋油田時產生的廢水 , 由于其 含有苯系衍生物和多環芳烴化合物及氯離子 , 用生 化降解法難以使其 COD 值達到我國有關規定的一 級排放標準 , 而李海濤等 12用鈦基釕銥錳錫鈦多元 氧化物涂層電極作陽極 , 鈦作陰極對某海洋油田產 生的有機污水進行循環電解 , 將該污水降解至國家 污水一級排放

19、標準以下。但該方法能耗較大 , 日處 理能力較小 , 陽極鈍化現象嚴重 , 產生的 Cl 2具有刺 激性氣味 , 對人和環境有一定的毒害作用 , 因此該方 法難以在生產中大力推廣應用。2. 3 生物處理法含油廢水經隔油、 浮選等處理后 , 出水油含量一 般仍高達 2030mg/L, 且廢水中存在其他溶解性 有機物 , COD 仍很高 , 達不到國家規定的排放標準 , 的生化作用 , 將復雜的有機物分解為簡單的物質 , 將 有毒的物質轉化為無毒物質 , 從而使廢水得以凈化。 根據微生物在污水中的存在狀態 , 可分為活性污泥 法和生物膜法 ; 根據氧氣的供應與否 , 又可將其分成 好氧生物處理和厭

20、氧生物處理。2. 3. 1 好氧生物處理好氧生物處理方法主要有活性污泥法和生物膜 法 , 并由此發展出多種工藝。(1 活性污泥法。在采油廢水處理中活性污泥 法應用最多的工藝為 SBR (Sequencing Batch Reac tor 。 D. D. Fr eire 等 13應用 SBR 工藝對油田采油 廢水進行生物處理試驗 , 氨氮和苯酚類的平均去除 率分別達 93%和 65%, COD 的去除率在 50%以上。 (2 生物膜法。生物膜法應用于采油廢水處理 中的方法主要有生物濾池、 生物流化床和生物接觸 氧化等。因為采油廢水的懸浮物 (SS 一般較高 , 生 物膜法處理的廢水必須先進行預處

21、理。 J. C. Cam pus 等 14將微濾處理后的采油污水通入放有聚苯乙 烯顆粒的空氣提升反應器中 , 聚苯乙烯顆粒直徑 2 m m, 其上附有生物膜 , 在反應過程中向其中通入空 氣 , 在水力停 留時間達 12h 時 , COD 的去除 率達 65%, T OC 的去除率達 80%。2. 3. 2 厭氧 好氧聯合處理竺建榮等 15采用厭氧 好氧交替 (AAA 工藝處 理遼河油田廢水 , 結果表明 :采用 AAA 工藝處理氣 浮預處理后的廢水 , 當進水 COD 為 970mg /L 時 , 出水 COD 最終約在 350mg /L, COD 去除率保持在 64%左右 ; 經厭氧 UA

22、SB 反應器處理后的廢水 , 再 經過 AAA 工藝處理 , 其 COD 能夠從 350m g/L 降 至 160240mg/L 。聞岳等 16采用水解酸化 好氧 法對經物化預處理的油田廢水進行試驗研究 , 當進 水 COD 為 190220mg /L 、 水解酸化段和好氧段停 留時間均為 10h 時 , 出水 COD 為 6575m g/L, 達 到國家標準 GB3550 83第一級 類水 質排放標準 的要求。2. 3. 3 化學 好氧聯合處理勝利油田孤島采油廠的采油污水使用隔油、 氣 浮、 生物接觸氧化沉淀處理后 , 出水 COD 小于 150 m g/L, 含 油 量 小 于 10m g

23、/L, 達 到 國 家 標 準 GB8978 1996二類水質 排放標準 的要求 17。實踐 證明 , 在生物接觸氧化處理工藝中 , 要嚴格篩選菌種 并加以 培養 , 才 能實 現良好 的去 除效 果。劉 惠卿 等 18利用絮凝 生物接觸氧化 法處理含油廢 水 , 結 果表明 COD 去除率達 68%。47第 2期 任永忠等 :油田外 排污水處理技術及研究進展污水的自然生物處理主要是氧化塘法 , 該方法 處理采油廢水在國內外已得到了廣泛的應用。勝利 油田樁西聯外排污水利用當地特有的蘆葦塘資源作 氧化塘 , 污染物在氧化塘中經吸咐、 過濾、 沉降、 生物 降解作用得以去除 , 處理后達標排放 1

24、9。國外也有 報道 , 在經 A PI 隔油池和氣浮處理后采用氧化塘法 進一步處理 , 氣浮單元出水含油量為 40m g/L, 在氧 化塘停 留時 間超 過 20d 后 , 出 水 含油 量低 于 18 mg/L 20。總之 , 生物處理法具有處理量大、 不產生二次污 染、 出水水質穩定、 投資及運行成本低的特點。針對 采油污水的 BOD 和 COD 值嚴重偏高、 可生化性較 低、 微生物不易生長繁殖的特點 , 在生物處理前需要 對其進行預處理 , 使含油污水的可生化性提高。生 物處理法科技含量高 , 特別是優勢菌的篩選和馴化 難度大 , 因此如何形成成熟的技術、 工藝尚需進一步 研究。3 油

25、田 污水 處理 技 術亟 待解 決 的主 要問 題近年來石油開采不斷深入 , 聚合物采油及三元 復合驅采技術逐漸被一些主要油田應用 , 采出水水 質與以往相比發生了很大的變化 , 因此采油污水處 理技術亟待解決的問題也日漸突出。(1 采油污水的達標排放技術。雖然國內相關 單位開展了大量的采油污水達標排放研究工作 , 但 由于各油田采出水的性質差異較大 , 前期化學處理 劑添加量高 , 水質隨油區變化大等特點 , 迄今為止尚 未出現一種適合在國內廣泛推行的新技術。隨著油 田開采的深入發展 , 外排水量的增加 , 這一問題將成 為制約油田發展的一個因素。(2 稠油污水的回用、 達標排放技術。稠油污

26、 水處理在部分油田是一個長期 以來難以解決 的問 題。由于稠油污水前端油水分離效果不理想 , 使其 含油量、 含泥量高 , 并且污水中含有大量人工合成的 有機高分子化 合物和 地層 中的 膠質類 物質 , 同 時 B/C 比值極低 , 屬生化難降解水質。(3 低溫含油污水的處理技術。由于常溫集輸 工藝不斷推廣 , 目前的含油污水處理工藝將需進行 適當的調整 , 以適應較低溫度廢水的處理。由于采 出液溫度較低 , 油水分離效果不好 , 致使廢水含油濃 度增大。(4 聚合物驅油三元復合采油污水處理技術。 為了提高原油的采收率 , 向地層中注入一定濃度的 流度比 , 提高水在非均質地層中的波及系數

27、21。聚 合物采油和三元復合采油污水具有水量大、 成分復 雜和難以處理的特點 , 其中高黏度、 強乳化穩定性和 可生化性更差 是其區別于其他采油污 水的主要特 征。目前針對聚合物采 油污水和三元 復合采油污 水 , 國內外尚沒有成熟的處理技術可以借鑒 , 我國主 力油田都依賴聚合物采出技術和三元復合采油技術 實現增產、 穩產 , 如果外排水水質的達標排放問題不 能得到很好的解決 , 將會嚴重制約我國石油工業的 發展。4 結論與展望(1 針對采油污水的產生及特點 , 經過多年的 研究應用和發展 , 國內外對油田采出水的處理尤其 在除油、 降低 COD 方面已 取得了多項新 技術。但 是隨著國內石

28、油開采的不斷深入以及人們對環境污 染和經濟效益之間相互制約關系認識的加深 , 采油 污水處理技術亟待解決的問題日益突出。因此 , 應 針對污水處理的必要性、 技術方法的可行性以及工 藝設備的經濟性 , 廣泛開展大量新技術的研究工作。 (2 采油污水屬難處理污水之一 , 對于采油外 排污水的處理 , 其主要難點是 COD 的去除 , 要實現 達標排放 , 單一的方法難以達到要求 , 因此加大對多 種方法聯合處理技術的投資和科研力度是非常必要 的 , 同時不斷總結各項處理技術的優勢和不足 , 吸收 消化國外先進技術 , 以優勢互補為原則進行組合 , 改 進傳統的處理工藝 , 將有助于油田外排污水處

29、理技 術的發展和降低油田污水處理成本。(3 生 物處理法處 理采油污 水具有運 行能耗 低、 不產生二次污染、 降解有機物徹底、 出水水質穩 定、 處理水量大等特點 , 但采油污水含油量高、 礦化 度高、 可生化性差 , 若要提高污水的可生化性 , 可通 過氣浮、 化學氧化或厭氧等手段 , 用生化法作為采油 污水二級處理工藝在經濟上是合理、 技術上可行的。 而生化法處理采油外排污水的關鍵是強化難生物降 解污水的可生化性和培養馴化優勢菌群 , 利用生物 基因工程技術 , 再造微生物新物種 , 加快污染處理進 程 , 這將是今后研究的一個重要課題和方向。參考文獻 :1雷樂成 , 楊岳 平 , 汪

30、大 翚 . 污水 回用 新技術 及工 程設 計 M . 北 京 :化學工業出版社 , 2002.2池波 . 新型一體 化裝置 處理油 田采出 水的試 驗研究 D. 武 漢 :武漢理工大學 , 碩士學位論文 , 2006:9-19.(下轉第 64頁 應急救援裝備 , 目前很多城市因缺乏應急救援設備 而影響突發公共事件應急救援工作的進展 , 因此政 府要進一步提高城市突發公共事件應急救援工作的 效率 , 必須引進新技術、 運用高科技應急救援設備 , 同時加大對城市應急救援資金的投入。4. 4 加快城市應急指揮平臺的建設應急指揮平臺的建立 , 可以有效提高城市應對突 發事件的反應能力。美、 日、 澳

31、大利亞等發達國家有 功能強化、 高度統一的應急指揮平臺 , 應急救援能力 強、 效率極高 , 值得我們借鑒。然而我國應急指揮平 臺的建設還處于起步階段 , 初步完成應急聯動建設的 也僅有北京、 上海、 廣州等大城市 10, 中小城市的應 急指揮平臺建設幾乎為零。因此 , 要提升應急救援體 系的現代化水平 , 必須加快城市應急指揮平臺的建 設。5 結 論(1 城市突發公共事件應急救援體系的建立 , 有利于預防和控制城市突發公共事件的發生 , 減少 人員傷亡和財產損失 , 符合科學發展觀的要求。如 何建立科學系統的城市突發公 共事件應急救 援體 系 , 將是城市和諧發展的重點 , 也是減少災害事故

32、發 生的需要。(2 建設城市突發公共事件應急救援體系是一 項復雜的工作 , 涉及多方面的內容 , 目前我國針對城 市突發公共事件應急救援體系的研究還不夠深入 , 因此應在法律法規、 安全文化、 應急裝備及設施方面 加以完善。參考文獻 :1蔣琦 . 區域突發公共事件應急聯動體系研究 D. 武漢 :武漢理工 大學 , 博士學位論文 , 20062王泉潔 . 論我國城市突發公共事件的應急管理 D. 青島 :山東師 范大學 , 碩士學位論文 , 20093張維平 . 突發事件 預警管理 體系的構 建及運行 J. 中 國人民 公 安大學學報 (社會科學版 , 2009, (1 :61-674謝謙 . 城

33、市軌道交 通系統應 急救援體 系的建設 J. 現 代城市 軌 道交通 , 2005, (2 :41-435樊運曉 . 應 急救 援預案 編制 實務 理 論 %實踐 %實 例 M . 北 京 :化學工業出版社 , 20096湯大為 , 王紅衛 . 突發公共事件應急救援決策支持系統 研究 J . 中國公共安全 (綜合版 , 2006, (10 :132-135.7&應急救援系列 叢書 編 委會 . 應急 救援基礎 知識 M . 北京 :中 國石化出版社 , 20088楊宏達 , 康玉寶 . 加強內蒙古突發公共事件應急體系建設的思 考 J. 北方經濟 , 2009, (5 :15-16.9彭

34、冬芝 , 胡建勇 . 城市重大事故應急救援預案研究 J. 工業安 全 與環保 , 2004, 30(2 :38-40.10胡詩妍 . 我 國社會 公共 安全 應急 管理 面臨 的挑 戰與 趨 勢分 析 J. 中國安防 , 2009, (3 :13-16.通訊作者 :倪曉陽 (1970 , 女 , 副教授 , 主要從事安全工程及應急管 理方面的研究。 E m ail:xy_ni163. com(上接第 48頁 3潘紅磊 . 遼河油田采油污水處理技術研究 D. 武漢 :中國地質大 學 , 工程碩士學位論文 , 2002.4張興儒 , 吳振烈 . 油氣田開發建設與環境 影響 M . 北京 :石油工

35、業出版社 , 1998.5成明泉 . 現代污水處理 技術及其 應用 J . 管理 科學文 摘 , 2006, (6 :58-60.6張逢玉 , 姜安璽 , 張雷 , 等 . 低壓穩流核桃殼過濾器的開 發及在油 田廢水處理中的應用 J. 現代化工 , 2007, 27(1:53-56.7Karakuls ki, K. , A. Kozlow ski, A. W. M oraw sk i. Pu rification of oily w astew ater by u ltra filtrationJ. S epar ations T echn olog y , 1995, 5:197-205.8Petroleum Energy Center. T reatment and utilization of oil con taining pr odu ced w ater in Oman J . P etr oleu m Ener gy Center , 1999, Sur