活性炭在油田水處理中的應用研究及影響因素探討

陳國泉（遼河油田勘探開發研究院試驗技術研究所 遼寧 盤錦 124010）

一、油田水的簡介

1.油田水的來源

油田水是在石油開采及儲運過程中的主要伴生物。主要來自原油脫出的含油污水、鉆井污水、洗井污水等作業過程。

（1）原油脫出的含油污水：主要是采油時產出，在聯合站、伴生氣處理站、污水處理站排出。含有石油類、COD、破乳劑、腐生菌、可溶性礦物質、有機物等污染物。

（2）鉆井污水：主要是對一些鉆井設備清洗及鉆井作業用的鉆井液產生的污水。含有石油類、鉆井液添加劑、可溶性重金屬、高分子處理劑等。

（3）洗井污水：是為提高注水量、保護井下管柱，對注水井進行清洗作業。含有石油類、壓裂液溶入物、酸化液混入物等。

2.油田水的化學組成

（1）無機組成：油田水中含有 SO42+、CL-、HCO3-、CO32-和Na+、Ca1+、Mg2+等幾種陰、陽離子為代表以及總鐵、鋇、鍶、銨等微量元素，其組合特征及異常值能反應油田水的地質特征。

（2）有機組成：油田水中含有氣態烴、液態烴、苯、酚及環烷酸等有機組成，其含量及比值可作為找油的水化學標志。（3）溶解氣：常見的有O2、N2、CO2、H2S、CH4等。

3.油田水處理的重要意義：

由于油田水的水質極其復雜，含有酸性氣體、大量鹽類、有機物質等，會造成油田地面設施不能正常運作；地層堵塞而帶來危害；環境污染，影響油田安全生產等一些列嚴重問題。因此，針對油田水腐蝕、結垢和細菌造成的危害，采取有效措施不斷提高油田水處理效果顯得十分重要。

二、活性炭在油田水處理中的應用

1.活性炭的結構特性

活性炭是具有發達的孔隙結構、巨大的比表面積和優良的吸附性能的含碳物質。表面積通常可達到5×105-2.5×106m2/kg。它包括許多具有吸附能力的碳基物質，能夠將許多化學物質吸附在其表面上。活性炭和炭黑、石墨一樣同屬于不定型物質，但它既含有石墨微晶，無定型碳，還有一定量的雜原子。

2.活性炭在油田水處理中的應用

油田水中溶質種類繁多；既有石油類、芳烴等中性物質，也有酚、胺、有機酸等有機物質；醇類、醚類、羰基化合物等極性有機物；還含有無機鹽類。

由于活性炭的表面含有大量酸性或堿性基團，酸性基團有羧基、酚羥基、醌型羰基、正內酯基及環氧式過氧基等。這些酸性或堿性基團的存在，特別是羥基，酚羥基的存在使活性炭不僅具有較強的吸附能力，而且具有催化作用。活性炭在吸附過程中具有物理吸附、化學吸附、交換吸附三種吸附現象的綜合作用。對不易生化降解的污染物、其它方法無法除去的溶解性有機物、無機離子等可用活性炭吸附的方法深度凈化。

因此，針對油田污水活性炭吸附處理是一種行之有效的辦法。活性炭處理，在油田水處理中，也已逐漸成為一種不可缺少的水處理工藝，特別是對于需要注水開發的低滲透、特低滲透油藏，為滿足注水水質要求，必須在常規污水處理工藝基礎上，對水質進行深度凈化。

三、活性炭在油田水處理使用過程中影響因素

影響活性炭對水中污染物的吸附量一般有以下幾點因素：

1.活性炭的結構及特性

因為活性炭的吸附作用是一種表面現象，所以活性炭的孔徑、孔容分布及比表面積影響吸附容量。比表面積越大，吸附量也越大。內擴散對吸附速度影響較大，吸附速度主要與粒度及細孔分布有關，水處理用的活性炭，要求過渡孔較為發達，有利于吸附質向微細孔中擴散。活性炭的粒度越小吸附速度越快，但水頭損失要增大，一般在8-30目范圍較宜。此外活性炭的表面化學性質、極性及所帶電荷，也影響吸附的效果。

2.被吸附物的性質

用相同的活性炭對不同的污染物吸附時，其吸附量與吸附速度都有明顯差別，這主要與污染物在水中的溶解度、相對分子質量大小和極性等因素有關。

（1）分子結構

活性炭對有機物的吸附特點可以概括為：對芳香族有機物的吸附優于非芳香族有機物；對分子量大的有機物吸附優于分子量小的有機物；對水中溶解度小的有機物吸附優于溶解度大的有機物。

（2）極性

活性炭基本可以看成是一種非極性的吸附劑，對水中非極性物質的吸附能力大于極性物質。

3.水的PH值

由于天然水中的有機物主要為有機酸，而有機酸在低PH值下電離較小，因為活性炭對分子態的弱電解質比對離子態的吸附量大，所以在低PH值條件下，可以提高活性炭對有機物的去除率。

4.水中有機物的初始濃度

大多數有機物的初始濃度增加，吸附量按指數函數增加。但也有例外，如對ABS的吸附，濃度改變對吸附量基本無影響。

5.水的溫度與共存條件

活性炭對水中有機物的吸附，溫度的影響可以忽略不計。一般天然水中存在的無機離子對活性炭吸附有機物也幾乎沒有影響。但汞、鐵等金屬離子含量較高時，則可能因為在活性炭表面起氧化、還原反應，并沉淀，積累在碳粒內，使活性炭的孔徑變小，影響活性炭的吸附效果。

結語

總之，活性炭水處理工藝應綜合分析吸附的影響因素，根據實際情況，選擇適合吸附條件，達到最佳的吸附效果。

[1]沈琛，油田污水處理工藝技術新進展.北京：中國石化出版社，2008.

[2]蘭淑澄，活性炭水處理技術[M].北京：中國環境科學出版社，1991：13.

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