關于油田污水處理新技術新裝備的相關研究

綦春忠 張紅新 黃延霞 尚 萍 楊冉冉

勝利油田孤島采油廠注采管理八區 山東 東營 257200

在社會經濟發展越來越繁榮的同時,社會生產伴隨著也越來越發達,其中石油是社會生產最不可或缺的環節之一。石油作為燃料和汽油,是世界上最重要的能源之一,另外石油還可作為生產原料,被大規模采用到許多化學工業產品之中。

隨著油田開發行業的發展,油田采出的污水量也隨著年份增加而增加。大量的污水如果未得到處理,將會對周圍生態帶來沉重的影響,石油開采的經濟效益也會受到傷害。因此,為了統一經濟和生態的和諧發展,加強油田污水處理問題不可懈怠。污水處理因為不同的污水來源有不同的處理策略和技術,下面將系統地介紹各種污水處理技術以及新近的技術和裝備。

一、油田污水處理的概況

1.油田污水處理的必要性。石油開采是對石油進行挖掘和提取的行為,主要開發場地是石油儲存的地方,即油田。石油是埋藏于地下很深地方的流體礦物,要采用各種技術對石油進行開采。目前,我國大部分油田已經具備了長時間的開采年限,開采階段已經到了中后期,因此采出原油的含水量已經居高不下,提取原油后,所分離的水就含有了大量的油、有機雜質和無際有害分子,將會對生態造成危害,甚至會威脅生活安全。所以,采用各種技術對污水進行處理,將污水中的原油、懸浮雜質、有害的化學離子在污水回注前分離出來,還以環境純凈的水資源。因此,油田污水處理對節能、減排、保護環境、保護水資源有著重大的作用,最重要的是促進了經濟效益與社會效益、生態效益一體化建設。

2.油田污水處理的發展現狀。目前的污水處理基本以隔油-旋流-除油-過濾[1]四個步驟進行處理,將污水中的有害物去除或者降低,最終達到水資源的回注。按照以上步驟,各油田的污水系統常以物理法、化學法和生物法為主要的處理發放。物理法主要是對污水進行重力分離、氣浮分離、膜分離、離心分離、過濾[1]等通過物理外力作用方式進行分離；化學方法是通過加入一些化學藥劑或者電化學方式對污水進行化學反應,將污水中的有害物質溶解或者轉變,如絮凝技術、緩蝕技術、阻垢技術、殺菌技術[2]等；生物處理法是污水處理運用最廣的方法,然而在油田污水處理上運用較少,一般采用活性污泥法、生物膜法以及氧化塘法。油田處理污水的方法和種類多,針對性強,然而因為含水量隨著年限逐漸增加,污水處理技術的效果不再理想,因此,污水處理需要開發新的裝置和新的技術。

二、油田污水處理的新技術和新設備

1.膜分離技術。通過運用選擇透過性污水分離膜和壓力循環水泵[3]這兩種新型的裝備,對污水進行水油分離,從而達到純凈水資源的目的。其工作原理是根據物理膜的選擇透過性,以其兩端的不同壓力形成壓力差,對污水中的規格各異的雜質施壓壓力,促使這些規格、形狀、帶電荷數的雜質從水中脫離出來,完成了有機分子和無機離子與水的分離。膜分離技術只要使用選擇透過性分離膜和壓力循環水泵這兩種設備,在資源成本上能節省下一大筆開支,又通過物理性原理,在實際的作業過程中也容易操作上手,油田污水的處理效率也不斷提高。

膜分離技術因為分離膜的材質不一樣,可以分為有機膜、無機膜和復合膜[3]三種膜分離方式。第一種有機膜是一種高分子膜,由高分子聚合物制作而成,其親水性和疏水性可以很好地運用到污水分離工作當中。疏水性可以很好地進行雜質與水的分離,但是容易受到污水的污染,然而膜的親水性卻可以彌補這一缺點,對污水具備很強的抵抗能力；第二種無機膜相比于有機膜而言,具備更強的抗腐蝕能力,對溫度容忍度高,以金屬材質和陶瓷材質組成的無機膜發展較為先進,其中陶瓷無機膜的工作效率高,占據了大量市場。然而,由于成本的因素,無機膜還未廣泛運用到油田污水分離之中；第三種復合膜,其材質由任何可能的材料結合而成,包括無機材質和有機材質的結合。復合膜采納了有機膜和無機膜的優勢,規避了其不足的因素,在高效率工作的同時又能具備高強度的抵抗能力。然而,復合膜的采用需要克服制造工藝難度上的問題。

2.高級氧化技術。高級氧化技術是當下最新的科學研究成果,由光、電、聲、磁[1]等物質科學組合交雜在一起發展而來的。高級氧化技術可以在污水中投入相應的化學藥劑產生氧化反應從而促進有機污染成分進行轉變,將污染物分子進行溶解和轉變。高級氧化技術在水中產出氫氧化學基團不僅能有效轉化污染分子,而且其產出的二氧化碳、水、無機鹽等物質對水不會產生實質性的傷害。因其通過化學反應進行氧化,其工作上的操作性簡便,同時在水中的化學反應發生范圍廣,污水處理的效率高。

高級氧化技術在油田污水處理中主要以臭氧氧化技術、高鐵酸鹽氧化技術、光催化氧化技術三種形式為主。臭氧氧化技術主要在堿性環境下使用,通過臭氧的殺菌作用處理污水中的有害物質,有效地純凈水資源；高鐵酸鹽氧化技術是以六價鐵鹽的強氧化性在污水中進行消毒作用,并且其氧化后的反應還原物氫氧化鐵能高效地除去沉浮的雜質,是一種非常高效的凈化水技術；最后一種光催化氧化技術是目前最新的研究成果,其工作原理就是在光的作用下進行氧化反應,利用某種催化劑激發光照輻射與氧化劑相結合,所反應產生的氫氧化學基團可以很好地凈化污水。

3.極限微生物處理法。極限微生物處理法是目前研發的一種全新的污水處理方法。極限生物處理法可以解決化學需氧量過高和油水分離導致的雜質過多等問題,取代氧化反應和物理分離作用,將培養的新型微生物投入污水中,利用創造出的微生物細菌群在水中進行生物分子的生態鏈作用,降低污水的污染程度,純凈提高水質。

微生物處理技術主要分為好氧微生物處理法和厭氧微生物處理法。好氧微生物處理法是將藻類等微生物投入污水中,利用生態自然反應分解污水有機物,有利于維護生態的平衡,所產生的化學還原物也不會對環境造成負擔；厭氧微生物處理法是利用厭氧微生物與污水有害物質進行接觸,在反應器中對有機物進行分解,從而達到純凈污水的作用。雖然其工作原理和作用都有利于環境水質的發展,在眾多新技術中脫穎而出,但其開發被成本、效率和實用性所絆住了腳步。

4.超聲波污水處理技術。超聲波降解是通過超聲波的空化作用對污水中的有機物進行降解,工作原理主要是以空化理論和自由基氧化理論為主。超聲波在水中產生高溫高壓能生成多種氧化性離子,促成污染物被氧化分解。超聲波污水處理原理簡單,可操作性強,然而超聲波反應的符合條件難以控制,成本也太高,超聲波所需要的設備也未得到進一步發展,所以超聲波污水處理技術未能大范圍運用到實際當中。

三、結語

綜上所述,雖然油田污水處理的新技術和新設備都得到了一定程度的研發,然而要克服各種技術的弱點,集中發揮其處理污水的實際效能,油田污水處理技術還需要進一步的研究和開發。