氣提預氧化技術(shù)在油田污水處理中的運用分析

鄧佳美

摘 要：油田注采水普遍存在腐蝕、結(jié)垢、細菌、懸浮物以及含油超標等問題。當污水中含有HCO3-和溶解CO2、H2S等氣體時，污水往往呈酸性，具有較強的腐蝕性，在處理過程中，一旦物理條件發(fā)生變化，CO2溢出會導致結(jié)垢。腐蝕結(jié)垢產(chǎn)物又導致懸浮物增加。因此，由于水質(zhì)的復雜性，同時含有碳酸氫根和氯離子的油田污水，往往也同時存在腐蝕、結(jié)垢、懸浮物超標等問題。氣提預氧化裝置具有脫除CO2、氧化S2-、Fe2+等不穩(wěn)定物質(zhì)、提高污水的pH值，從而降低污水腐蝕性，提高污水水質(zhì)的穩(wěn)定性等功能。

關鍵詞：油田污水處理；氣提預氧化；硫化氫；侵蝕二氧化碳

1 脫除油田污水中的S2-、Fe2+的常用方法

已有研究表明，含HCO3-和溶解CO2等酸性氣體的油田污水，其腐蝕性主要源于酸性條件下H+引起的電化學腐蝕。而當污水pH值提高到7.0以上時，腐蝕速率顯著下降。同時，在堿性環(huán)境下，污水中的CaCO3、MgCO3以及黏土顆粒等，更容易絮凝沉淀。另外，酸性污水中往往還會含有Fe2+和S2-等不穩(wěn)定離子，這兩種離子沉淀后會導致懸浮物增加、水變黑；

因此，對含HCO3-和溶解CO2油田污水處理技術(shù)的研究，集中體現(xiàn)在如何脫出CO2、提高pH；如何去除Fe2+和S2-等關鍵性因素上。

目前提高油田酸性污水pH值、去除S2-、Fe2+的方法主要有三種：

一種是直接向污水中加入堿性物質(zhì)，包括NaOH和Ca（OH）2等。但是該方法的使用受到污水中HCO3-含量的限制，當HCO3-含量高時，會消耗大量堿性物質(zhì)，使得加堿量劇增，提高污水pH值的經(jīng)濟性變差。同時，向污水中引入Ca（OH）2等物質(zhì)，會產(chǎn)生嚴重結(jié)垢現(xiàn)象和大量沉淀，增加了污水處理負擔。

另一種方法是電化學預氧化技術(shù)，在對Fe2+、S2-等不穩(wěn)定物質(zhì)進行預氧化的同時，附加產(chǎn)生一定的NaOH，但由于產(chǎn)生的量有限，對于含CO2、HCO3-離子較高的污水，提高pH值還是要靠再投加一定量堿性物質(zhì)。使得該方法同樣存在結(jié)垢嚴重等問題，且電耗較高。

第三種方法是采用傳統(tǒng)曝氣技術(shù)，氧化S2-、Fe2+，或者用氣提塔或填料塔氣提出CO2等酸性氣體，提高污水pH值。該方法存在設備大、速度慢、效率低，同時因為反應速度慢，也存在設備結(jié)垢等問題。

2 氣提預氧化技術(shù)特點

在總結(jié)分析水質(zhì)改性、傳統(tǒng)氣提、電化學預氧化試驗的基礎上，研究開發(fā)一種新技術(shù)，兼具上述成熟技術(shù)的優(yōu)勢，摒除其缺點。該裝置具有提高污水pH值時，不添加化學藥劑；反應速度快，裝置緊湊高效；達到去除CO2，提高污水pH值的目的，協(xié)同解決腐蝕結(jié)垢以及懸浮物等問題。

2.1 技術(shù)思路

氣提預氧化裝置原理：用空氣快速從污水中氣提解吸出CO2，不添加化學藥劑，快速提高pH值實現(xiàn)改性而減少結(jié)垢，同時定量氧化脫除Fe2+和S2-等不穩(wěn)定物質(zhì)，實現(xiàn)沿程水質(zhì)穩(wěn)定。工藝過程：在污水進入反應器同時，將一定量的空氣打入污水中，氣體與污水在反應器內(nèi)流動，內(nèi)部特殊的結(jié)構(gòu)為氣液兩相提供了充分接觸的機會和強烈的湍流條件，使氣、液間質(zhì)的傳遞快速有效的進行。根據(jù)亨利定律，通過降低CO2的氣相分壓，進而降低CO2在水中的溶解度，析出的CO2通過旋流分離排出。通過空氣與污水的快速超細化混合，引發(fā)的化學反應：

①CO2從污水中快速解吸，導致pH值升高和成垢離子沉淀兩類反應；

②空氣中的O2進入污水形成溶解氧DO，引發(fā)氧化反應，脫硫除鐵和殺菌。

2.2 主要技術(shù)特點

①提高pH值時，不添加藥劑。3～5秒內(nèi)，快速將污水pH值提高到7.0～7.5；

②有效驅(qū)除轉(zhuǎn)化游離CO2，有效抑制污水腐蝕性；

③可控活性氧含量，抑制厭氧菌滋生；

④徹底消除污水發(fā)黑現(xiàn)象；

⑤提高水質(zhì)穩(wěn)定性，有效降低后續(xù)流程可能導致的水質(zhì)指標惡化；

⑥氣提預氧化裝置的操作彈性大，適應2～3倍的流量變化，pH值在5.5～7.5范圍變化，操作簡易，運行穩(wěn)定。

3 氣提預氧化技術(shù)的運用效果

勝利油田某污水站于1989年10月建成投產(chǎn)，采用重力混凝沉降工藝。2013年10月該站進行了擴建，采用“重力除油+氣提預氧化+混凝沉降+過濾”處理工藝，設計污水處理規(guī)模5000m3/d，目前該站實際處理量為4300m3/d，處理后水質(zhì)達到含油量≤10.0mg/L，懸浮固體含量≤4.0mg，粒徑中值≤2.5μm。該污水站S2-含量14.5mg/L，F(xiàn)e2+含量3.6mg/L，侵蝕CO2含量384mg/L，使用氣提預氧化裝置后，污水中的Fe2+、S2-均被氧化，經(jīng)檢測含量均<0.1mg/L；CO2被解析脫除，侵蝕CO2降到50mg/L以下；污水的pH由6.39值升高至7.12，水性由酸性變成了堿性。經(jīng)該裝置處理后，降低了污水的腐蝕性，污水中不穩(wěn)定離子氧化去除，目前該污水站水質(zhì)能穩(wěn)定達標。

4 結(jié)語

氣提預氧化裝置具有脫除CO2、氧化S2-、Fe2+等不穩(wěn)定物質(zhì)、抑制SRB菌生長、氣浮除油有利于絮凝沉降等多功能性，從而協(xié)同解決腐蝕、水質(zhì)不穩(wěn)定等問題，改變了以往酸性污水采用加堿改性的方式，過程不添加化學藥劑，高效節(jié)能、綠色環(huán)保，具有油田污水處理的普遍適用性，與其它預氧化方式相比，運行費用大幅降低。

參考文獻：

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