油田污水曝氣預處理技術實驗研究

趙德銀,馬馨悅,馬有龍,侯建平

(中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

油田污水曝氣預處理技術實驗研究

趙德銀,馬馨悅,馬有龍,侯建平

(中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

油田污水普遍含有還原性離子，在回注過程中還原性離子往往因氧化而產生絮體，導致注水水質不能滿足油田注水要求。為解決上述問題，首次開展了曝氣預處理實驗研究。室內動態研究表明：在曝氣比(空氣與水體積比)為1.5條件下，Fe2+和S2-還原性離子質量濃度分別由11.6 mg/L和4.8 mg/L降低至0.8 mg/L和1.5 mg/L，油質量濃度由35.1 mg/L降低至9.1 mg/L，固體懸浮物質量濃度由31.4 mg/L降低至8.7 mg/L，具有顯著改善水質的作用，通過合理控制曝氣比可有效避免因曝氣而導致腐蝕速率增加的問題。

油田污水 曝氣預處理 還原性離子

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

所用試劑有草酸、鹽酸、無水硫酸鈉、無水乙

醇、檸檬酸三銨、丙酮、雙氧水、氨水、磺基水楊酸、鐵銨礬，以上均為分析純；聚合氯化鋁(PAC)、陰離子聚丙烯酰胺(PAM)，以上均為工業級。

所用儀器有Zetasizer Nano Z電位儀；Mastersizer 2000粒度儀。

1.2 測試方法

水質分析參照行業標準：SY/T 5329—2012 《碎屑巖油藏注水水質指標及分析方法》。

1.3 實驗方法

在原處理工藝基礎上新增曝氣預處理環節，其實驗流程為：污水經除油罐除油后進入曝氣罐(1 m3)進行曝氣預處理，再在沉降罐進口管道中先后分別加入200 mg/L PAC和10 mg/L PAM，經沉降罐沉降后進入過濾罐過濾，過濾后供實驗分析。曝氣預處理技術實驗流程見圖1。

2 結果與討論

2.1 污水物性分析

表1和表2為塔河油田一號聯合站處理后污水(舊工藝出水)水質分析結果。污水礦化度高達233 262 mg/L，污水中Cl-，Ca2+和Mg2+含量較高，屬CaCl2水型。水質pH值較低，懸浮物、含油量、總鐵、腐蝕速率均較高。

圖1 曝氣技術實驗流程

表1 污水水質分析 mg/L

表2 污水水質指標及腐蝕速率監測結果

2.2 曝氣比對處理效果影響

2.2.1 曝氣比對還原性離子去除實驗

通過調節不同的曝氣比，考察了不同曝氣量對還原性離子的影響，其結果見圖2。隨著曝氣量的增加，氧氣與溶解在水中的Fe2+和S2-反應更為徹底，Fe2+氧化為Fe3+，Fe3+易在水中形成沉淀，使總鐵含量降低；S2-在酸性條件下氧化為S單質，使S2-含量降低[3]。由此可見，油田污水采用曝氣預處理技術可有效的降低污水中的還原性離子含量，并隨著曝氣量的增加，還原性離子去除率增加，當氣水體積比達到1.5時，還原性離子去除率增幅較小。

圖2 曝氣比對還原性離子去除率的影響

2.2.2 曝氣比對含油去除率實驗

圖3是不同曝氣比對含油去除率影響的實驗結果。由圖3可知，隨著曝氣比增加，水中油質量濃度下降。這是由于在曝氣過程中產生大量的微小氣泡，氣泡在水中具有親油性而附著于水中的微小油粒上，進而增加油粒的浮力使油粒上浮，在上浮過程中與其他油粒聚集形成更大的油粒，在后續的絮凝處理中更有利于與絮體結合而沉降分離出來。

圖3 曝氣比對含油去除率的影響

2.2.3 曝氣比對固體懸浮物的影響

圖4是不同曝氣比對固體懸浮物去除率影響的實驗結果。由圖4可知，曝氣對污水懸浮去除具有較大的作用，曝氣量越大，固體懸浮物去除率越大。但由于油田污水中固體懸浮物種類繁雜，含有部分親水性固體懸浮物，隨著曝氣量的增加，固體懸浮物去除率并不能隨之增加。在曝氣過程中，污水中憎水性顆粒表面容易附著氣泡，加之污水中的Fe2+氧化為Fe3+后形成絮體，絮體具有網絡結構，容易截留氣泡，兩者相輔相成，促進固體懸浮物的去除。通過對曝氣前后污水中固體懸浮物粒徑分布對比可知(見圖5)，污水在曝氣前固體顆粒粒徑主要分布于10～50 μm，曝氣后在Fe3+絮凝和氣浮雙重作用下固體顆粒粒徑主要分布于400～3 000 μm，有助于固體懸浮物的沉降分離和過濾分離。

圖4 曝氣比對固體懸浮物去除率的影響

圖5 曝氣前后懸浮物粒徑變化

2.2.4 曝氣比對污水腐蝕速率的影響

圖6是曝氣比對污水腐蝕速率的影響。由圖6可知，合理的控制曝氣比不足以導致污水腐蝕速率增加，當曝氣比大于2.5后腐蝕速率才隨著曝氣量的增加有所增加。若曝氣過量會增加污水中的溶解氧，從而加大對回注系統設備、管網的腐蝕,因此，在實驗考察研究了不同曝氣比條件下污水平均腐蝕速率的變化。有研究指出[4]，在常溫、常壓下氧氣在淡水中的溶解度為8～10 mL/L，在高濃度鹽水中的溶解度會降低50%以上。在曝氣過程中溶解在污水中的氧氣先與還原性離子反應，當污水中還原性離子濃度過低、曝氣量過大時污水中的溶解氧才有所增加。

圖6 曝氣比對污水腐蝕速率的影響

3 結 論

(1)油田污水采用曝氣預處理技術不僅可以有效去除污水中的還原性離子，還有助于去除污水中固體懸浮物，有效地控制曝氣比可避免曝氣過量帶來腐蝕問題。

(2)實驗表明，曝氣比為1.5時為最佳比例，在此曝氣條件下，Fe2+和S2-還原性離子質量濃度分別由11.6 mg/L和4.8 mg/L降低至0.8 mg/L和1.5 mg/L，含油質量濃度由35.1 mg/L降低至9.1 mg/L，固體懸浮物質量濃度由31.4 mg/L降低至8.7 mg/L，水質平均腐蝕速率相比曝氣前幾乎無變化。

[1] 曹懷山,姜紅,譚云賢,等.勝利油田回注污水處理技術現狀及發展趨勢[J].油田化學,2009,26(2):218-220.

[2] 紀云嶺，張愛社，張麗,等.中原油田注水水質改性技術[J].油田化學,2003,20(1):13-14.

[3] 任南琪,王愛杰,李建政,等．硫化物氧化及新工藝[J]．哈爾濱工業大學學報，2003，35(3):265-268.

[4] Rettich T R,Battino R,W ilhelm E.Solubility of gases in liquids(22):High precision determination of Henry’s law constants of oxygen in liquid water from 274 K to 328 K[J].Journal of Thermodynamics,2000,32(1):1145-1156.

(編輯 王維宗)

Experimental Research on Aeration Pretreatment Technology of Oilfield Wastewater

ZhaoDeyin,MaXinyue,MaYoulong,HouJianping

(SINOPECNorthwestOilfieldBranch,Urumqi830011,China)

Generally, oilfield wastewater contains reducing ions. Reducing ions prone to produce floc by oxidation during the re-injection process, which causes that water quality can’t meet the requirements of oilfield water injection. In order to solve the above problems, the aeration pretreatment experiment was carried out for the first time. Indoor dynamic research showed that, under the aeration ratio of 1.5 (air-water volume ratio), mass concentrations of reducing ions Fe2+and S2-reduce to 0.8 mg/L and 1.5 mg/L from 11.6 mg/L and 4.8 mg/L, respectively, oil content reduces to 9.1 mg/L from 35.1 mg/L, and the content of solid suspended matter reduces to 8.7 mg/L from 31.4 mg/L. The technology can improve water quality obviously, and the problem that aeration increases the corrosion rate can be avoided by controlling the aeration ratio reasonably.

oilfield wastewater, aeration pretreatment, reducing ions

2016-08-03；修改稿收到日期：2017-02-07。

趙德銀(1986-)，工程師，碩士，就職于該公司工程技術研究院，主要從事油氣集輸處理技術研究。E-mail：251132670@qq.com