油田污水處理方法研究

李雅楠

（長江大學 石油工程學院，湖北 荊州 434023）

水，是生命的源泉，是人類賴以生存和生產不可缺少的基本物質，是地球上唯一不可替代的自然資源，同時也是戰略性的經濟資源。水資源是一個國家綜合國力的有機組成部分。我國是個缺水國家，人均水資源占有量僅為世界平均水平的四分之一，而日趨嚴重的水污染進一步加劇了水資源短缺的矛盾，成為我國經濟發展的制約因素。因此，保護水資源、防治水污染、改善水環境是保護環境和實施可持續發展的重要內容。

我國正處在經濟發展而水污染問題未得到根本解決的時期，污水治理工作迫在眉睫。石油工業作為用水和排放污水的生產大戶，在這方面的工作顯得更為迫切。眾所周知，1996年8～11月渤海灣發生赤潮其時間之長、受害面積之大、損失之重都是罕見的。此次赤潮是由于渤海灣水污染所造成的，其中重要的一部分污染物便是油田污水。作為重要工業污染源之一的含油污水含有大量油類、懸浮物、重金屬等物質，如不加以處理就任意排放，對環境危害極大。大量含油污水的處理及出路問題，成為困擾油田生產的重大難題，也是近年來國內環保科研工作者研究的熱點問題之一。

本文以油田含油污水為研究對象，從油田含油污水處理后回注、回用及外排等三個出路方面，對油田含油污水處理方法進行系統探討研究。

1 油田污水的處理意義與出路

1.1 我國油田污水概況

我國油田分布廣闊，遍及東北、華北、中南、西南、華中及東南沿海各地。目前，大部分油田已進入石油開采的中期和后期，采出原油的含水率已達70%～80%，有的油田甚至高達90%，油水分離后產生大量的含油污水。含油污水如果不經處理而直接排放，不僅會造成土壤、水源的污染，有時甚至會引起污油著火事故，威脅人民的生命安全，造成國家的經濟損失，同時也會危害油田自身的利益。

因此，如何開發出適合我國油田實際情況、高效經濟的油田含油污水處理及回用技術，達到節能、降耗、保護環境、重復利用水資源的目的，成為油田水處理站改造和建立的重要問題。

1.2 油田污水的處理意義

油田采油污水是一種量大而面廣的污染源。據統計大慶油田每天采出的含油污水達到142.5×104m3，全國每年大約有十幾億t油田采油污水需要處理，這些污水在處理達標以后，大部分要作為開采注入水回注地層，一小部分向自然環境中排放。

在石油的二次開采中，注水開發是主要的開發方式。目前我國各油田絕大部分開發井都采用注水開發。伴隨著油田注水開發生產的進行，出現了兩大問題，一是注入水的水源問題；二是注入水和油田采出水的處理及排放問題。注水開發初期的注水水源是通過開采淺層地下水或地表水來解決的，但大量開采淺層地下水會引起局部地層水位下降，而地表水資源又很有限。因此，采油污水處理后用于油田回注水為各大油田所采用。但是如果污水未達到回注水的要求（主要是含油量、懸浮物超標），仍然回注到地下，這將導致堵塞地層出油通道，降低注水效率和石油開采量；因此污水處理是否達標將直接影響注水采油的效率。

另外，隨著原油含水量的逐漸上升，油田采出水水量越來越大，由于注水井的布局及注入量的不均衡、現有技術設備的處理局限等因素，一部分油田污水不能夠做為回注水使用，而需排到環境中去。因此，必須考慮污水的達標排放問題。如果這些污水不經處理或處理后未達標而排放，將會造成環境污染、破壞水體、土壤、影響生態平衡，造成重大的經濟損失。因此，油田污水的處理回用對于保護、節約水資源，保護生態平衡促進可持續發展，具有重大的意義。

表1 我國主要油田含油污水水質

1.3 油田含油污水處理后的出路

從國內外油田生產情況來看，油田含油污水經處理后的出路一般有三種：

（1）回注：代替清水資源直接回注地層或配制聚合物后回注地層。

（2）回用：處理后作為熱采鍋爐的給水。

（3）外排：處理后達到國家污水排放標準，直接排放。

2 油田含油污水的來源與水質

2.1 污水來源

在油田生產過程中，廣義上油田含油污水主要有四個來源：油田采出水、含鹽量較高的原油用清水洗鹽后污水、洗井污水以及三采污水。我國各油田基本都采用注水開發方式，即注入高壓水保持油層壓力，驅動原油從油井開采出來。經過一段時間注水后，注入水將伴隨原油被開采出來，即采出水。稠油油田開發是從油井向地層注入高壓水蒸汽，注入一段時間后水蒸氣將稠油減粘，原油與水蒸汽冷凝水混合在一起從油井采出，這種水也稱為采出水。隨著油田原油含水率的不斷上升，油田采出水成為油田含油污水的主要來源。因此，狹義的油田含油污水主要指油田采出水。

2.2 污水水質

油田污水成分復雜，是一種含有固體雜質、液體雜質、溶解氣體和溶解鹽類等較為復雜的多相體系。污水中雜質種類及性質和原油地質條件、注入水性質和原油集輸條件等因素有關。一般來說油田污水中含有原油、各種鹽類、有機物、無機物及微生物等。污水含油約1000～2000 mg/L，高的可達5000 mg/L以上，存在的形式依油的顆粒大小而分為浮油、分散油、乳化油和溶解油；污水中含鹽約幾千到幾萬甚至十幾萬mg/L，其無機鹽離子主要有 Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Fe2+、C1-、HCO3-、CO3+等；污水中含有的有機物，主要有脂肪烴、芳香烴、酚類、有機硫化物、脂肪酸、表面活性劑、聚合物等；無機物主要有溶解H2S、FeS顆粒、粘土顆粒、粉砂和細砂等，主要以懸浮物形式存在于污水中；油田污水中的微生物主要有硫酸鹽還原菌、腐生菌和鐵細菌等。油田污水除了含有天然的雜質以外還含有一些用來改變污水性質的化學添加劑，以及注入地層的酸類、除氧劑、潤滑劑、殺菌劑、防垢劑和驅替劑等。

由于原油產地地質條件、原油性質、注水性質以及原油集輸和初加工的整個工藝不盡相同，各油田含油污水水質有較大的差異，詳見表1。

從總體上看，油田含油污水都具有以下共同特點：

（1）含多種有機物。含有多種原油有機成分和多種化學藥劑，化學需氧量高，有利于微生物的繁殖，容易造成腐蝕和堵塞。

（2）礦化度高。礦化度在1000～14×104mg/L之間。高礦化度會加速腐蝕，并給污水生化處理帶來困難。

（3）含油量高。含油量一般在1000 mg/L以上，回注容易堵塞地層，外排會造成油污染。

（4）水中含有微生物。常見微生物有硫酸鹽還原菌、鐵細菌、腐生菌，均為絲狀菌，多數污水中細菌含量為102～104個/mL，有的高達108個/mL，細菌大量繁殖不僅腐蝕管線，而且還會造成地層嚴重堵塞。

（5）含有大量成垢離子。含有大量的 HCO3-、Ca2+、Mg2+、Ba2+等成垢離子，容易在管道及容器內結垢。

（6）懸浮物含量高。懸浮物含量高，顆粒微小，容易造成地層堵塞。

2.3 油田含油污水處理工藝的水質要求

我國采油污水的處理凈化水90%以上用于回注（包括稠油的熱采鍋爐給水），外排較少。污水處理主要控制指標是油類和懸浮固體含量。另外，水中含氧量高也會加速對管線及設備的腐蝕，同時還為腐生菌的繁殖提供了條件，腐生菌和腐蝕反應物都會造成油層堵塞，從而增大管線、設備的維護及水質處理的成本和工作量。為更好地進行注水油田開發，必須對水質進行處理。

（1）回注水要具有化學穩定性，以免在儲存運輸過程中發生化學反應形成懸浮固體物質，導致注入井的滲透率降低。

（2）具有一定的洗油能力，以確保注水時采收率不低于儲量的60%。主要是水中的表面活性劑含量不宜過多。

（3）必須嚴格控制注入水中的機械雜質、油含量，以使注水井保持一定的吸收能力。

（4）回注水不應具有腐蝕性。

一般而言，鍋爐給水水質除要求去油、懸浮物和細菌外，還要去除二氧化硅，對總硬度、總堿度也有要求。

如采出水外排，則要求去除石油類、懸浮物、有機物及硫化物等。國內油田外排水各項指標均嚴格遵循GB8978-1996《污水綜合排放標準》中相關規定。其中對油含量要求低于10 mg/L，COD值低于150mg/L。針對不同國家，油田污水的排放標準不盡相同。例如印度尼西亞制定的標準如表2。

表2 印度尼西亞油田污水排放標準

3 油田污水處理技術及其工藝

根據對油田污水處理程度和水質要求的不同，通常將污水處理技術分為一級處理、二級處理和三級處理。各級處理所除去或處理對象見表3。一般來說一級處理屬于預處理，二級處理能除去90%左右可降解有機物荷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氮、磷難以完全除去，尚需進行三級處理。各級處理技術主要包括重力分離、粗粒化、浮選法、過濾、膜分離以及生物法等十幾種方法。

表3 污水處理技術分級

3.1 常用油田污水處理技術

（1）物理水處理技術：物理技術的處理對象為污水中的礦物質、大部分固體懸浮物及油類。主要方法包括過濾、浮選、重力分離、離心分離、蒸發及活性碳吸附等。

（2）化學水處理技術：化學技術雖然有一些弊端，但仍是目前不可避免的水處理程序。化學法主要是通過添加水處理藥劑來去除油田污水中的乳化油等部分膠體和溶解性物質。具體手段有混凝沉淀、化學氧化、離子交換。常用的水處理劑包括絮凝劑、氧化劑、殺菌劑等。

（3）物化水處理技術：綜合物理技術與化學技術的長處。可以更有效地治理污水，包括浮選法、離子交換法、電滲析等。

（4）生物水處理技術：生物法是利用生態系統中的微生物來消除污染物質，通過微生物在一定時間內快速分解污染物，以降低污水中的COD。

3.2 傳統油田水處理工藝

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，此工藝流程被廣泛地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水的要求。

三段式污水處理流程的主要構筑物是一次除油罐、二次混凝除油罐、壓力過濾罐等，處理流程見圖1。

圖1 三段污水處理工藝流程

二段處理流程主要分為混凝除油和過濾兩部分。其主要處理構筑物有混凝除油罐和過濾罐，處理流程見圖2。

圖2 二段污水處理工藝流程

隨著破乳劑質量的不斷提高，靜電脫水的污水含油率也逐漸下降，而且污水溫度越高，乳化程度越低，這為簡化污水處理流程創造了有利條件。二段污水處理流程正是在這種情況下，從三段治理的基礎上簡化而來。

三段流程適應性強，應用范圍大，可滿足一般的回注水質要求。但所需設備較多。相對的，二段流程簡單，設備投入少，節約投資，適用于進水質量較好的情況。

3.3 傳統工藝存在的問題

（1）大多數油田污水的可生化性差，如果采用生物法處理，運行成本低，但停留時間長、所需處理構筑物體積大，建設周期長；

（2）采用化學混凝法，流程簡單、建設周期短，但加藥量大、運行成本高，而且油田污水的成分復雜、變化大、運行不穩定；

（3）采用電氣浮法，處理效果好、建設周期短，但電耗大；

（4）“隔油—過濾”和“隔油—浮選（或旋流除油）—過濾”處理工藝，對石油類有較好的處理能力，污水處理后石油類基本達標，但對COD處理效果不明顯。

3.4 采出水治理新技術及工藝

經過多年的研究應用和發展，國內外針對采油污水的處理尤其在除油、降低COD方面已取得了多項新技術。在去除污油方面，有三相旋流分離器、高效氣浮器、電氣浮技術、專項絮凝技術等，在去除懸浮物方面，有吸附過濾技術、連續自動砂濾器、膜分離技術（主要是微濾和超濾）。在去除有機物和鹽類方面有：膜技術（納濾、反滲透）、高級氧化技術（化學催化氧化、光催化氧化、濕式催化氧化、電催化氧化、微波誘導催化氧化、生物酶催化氧化、催化超臨界水氧化、超聲氧化以及組合氧化等）、生化技術及膜生物反應器等。

隨著科技的不斷進步，人們對環保的重視程度不斷加深，相關領域的研究也不斷的發展創新，并且已經取得了眾多新成果。例如：旋流技術的應用、全物理性膜分離技術、曝氣除鐵技術、電化學技術、射流器浮技術、超聲波改善水質增注技術、高級氧化技術、超濾法、懸浮、附著厭氧—好氧技術、水質改性技術。總而言之，油田采油污水處理將朝著低污染低污染、低成本、易操作、高效處理方向發展。新的處理方法和流程將是傳統方法、生物處理法、膜處理法結合起來的方法。

4 我國油田污水處理方法研究方向

（1）尋找新型高效的藥劑。

（2）深入研究凝結除油原理，尋找有效的凝結材料，提高除油效率。

（3）開發復合菌種。

（4）開發工藝更為先進的配套單元處理設備，提高處理效率，減少占地面積。

油田含油污水處理問題是一項難度極大的技術課題，也是一項關系地下和地面的復雜系統工程。從目前國內含油污水處理技術的研究及應用現狀來看，與國外相比還有一定的差距，未能很好解決這一關系油田生產和環保事業的難題。因此，開發出新的油田含油污水綜合處理及回用技術，必將給油田含油污水處理領域帶來希望和生機。

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