二氧化氯在油田水處理應用中的探討

張皓月（大慶油田水務公司，黑龍江大慶163514）

0 引言

二氧化氯是一種十分常見強氧化劑，近些年來廣泛被用于油田的污水處理中，其起作用的主要機理便是應用自身強氧化性的化學性質，對有油井內的水進行殺菌，抑制油井內的微生物進行繁殖，進而防止這些微生物在繁殖過程中生成的產物（如：FeS以及乳化油等等）腐蝕或堵塞油井管道。

1 油井中微生物對管道的危害

油田的污水中含有多種有機物以及氣體，為細菌的繁殖提供了適宜的環境，大量的微生物可以在油田污水中快速的繁殖。油田中的細菌主要分為以下幾大類：硫酸還原菌、腐生菌以及鐵細菌。

1.1 硫酸還原菌

硫酸還原菌是一種厭氧菌，其最適宜生長的PH 值為6.5-7.5，油田污水是其比較適宜繁殖的環境之一。在繁殖的過程中，可以在無氧的環境下將硫酸鹽等物質還原成硫化物。生成的硫化物以固體的形態附著在油田管道的管壁處，長期積累會造成管道的堵塞，且硫化物具有較強的腐蝕性，會逐漸的對石油管道進行腐蝕，造成管道的泄露。

硫化物在污水中產生的硫離子與溶液中的鈣離子生產不易溶于水的硫化鈣，如果長時間不對其進行清理，會逐漸堆積，直至堵塞管道。

1.2 腐生菌

腐生菌，又稱粘泥生成菌，是一種進行有氧呼吸的菌種，其適宜在低礦化度的環境生存，并且適宜生長的溫度是25～35℃，在有氧條件下可以將有機物轉化為粘膜。在大量繁殖的條件下會產生眾多的生成物，并且會與藻類等生物在管道內形成共生，生成大量的生物垢與堵塞物，嚴重的堵塞石油管道以及石油供水設備。

1.3 鐵細菌

鐵細菌并不是自身與鐵或鐵化物進行反應的細菌，而是一種在氧化亞鐵轉化為高價鐵化合物的過程中起到催化作用的菌種，會加速鐵質管道的腐蝕，其自身依靠吸收鐵元素在反應的過程中產生的能量進行繁殖。鐵細菌是一種好氧菌，并且不適宜生存在堿性環境，但是滿足以上充足氧氣以及偏酸性環境，鐵細菌是極易生存的，只需存在微量的鐵元素，鐵細菌便可以大量繁殖。

2 二氧化氯的水處理中對細菌的作用機理

二氧化氯是少數在自然界中完全或者幾乎完全以單體游離原子團形態存在的化合物之一，其極易溶于水，可作為溶解的氣體保存在溶液中。二氧化氯見光或受熱后會分解成氯氣和氧氣，而氯氣溶于水后的生成物HClO 也可作為氧化劑和殺菌劑。二氧化氯在油田水處理中的主要作用機理便是抑制管道內微生物的繁殖，從而防止管道的堵塞以及腐蝕。

2.1 破壞細菌的細胞結構

二氧化氯溶解在水中，會和細菌的細胞結構產生劇烈的化學反應。二氧化氯對細菌的細胞壁有吸附和穿透能力，細胞壁是細菌控制物質進出的重要結構，而二氧化氯會利用自身的強氧化性與細胞壁上的酶進行化學反應，使細菌的細胞壁失去活性，更多的二氧化氯進入細菌細胞內部，與細菌的內部的細胞器以及蛋白質發生化學反應，從而使細菌徹底喪失生物活性。

2.2 氧化細菌的生成產物

二氧化氯溶于水后水中含有的二氧化氯、氯氣以及次氯酸都具有十分強的氧化性，這些物質會與S2-等細菌產物發生劇烈的氧化反應，也可將游離于水中的二價鐵離子氧化成三價鐵離子，從而分解及減少附著在管道中的污垢，緩解管道腐蝕及地層堵塞問題。同時對于腐生菌形成的粘膜等物質也具有非常強的去除作用，進而清除管道內的污垢。

3 二氧化氯對污泥形成的抑制作用

3.1 污泥的主要構成

油田水處理過程中的產生的污泥有多種物質構成。其中的一部分是由于在原油開采過程中產生的泥沙堆積，多是一些較為細小的沙石顆粒，其附著能力相對較差，也更便于處理。另一部分是細菌繁殖的生成物，多是一些硫化物、油狀物以及藻類生物混合在一起的粘狀物。一部分則是Ca2+產生的沉淀物，為調節污水的PH 值，需要向污水中投入石灰乳，當石灰乳投入的量過多時，溶液中的OH-會與Ca2+生成Ca(OH)2，Ca(OH)2在水中的溶解度非常低，因此會產生大量的沉淀。還有一部分是除去污水中的有毒有害元素時產生的沉淀。

對于沙石顆粒的處理僅需簡單過濾即可，對沙石過濾之后的污水中，細菌的產生物以及去除有害離子產生的污泥僅占污泥總量的10%～20%，而與OH-生成的沉淀物約占污泥總量的80%～90%。

3.2 二氧化氯對不同污泥的作用

在不同的PH值下，二氧化氯的反應存在著一定的區別，當污水的pH值在6.5～7.5區間時，此時與二氧化氯反應的物質主要為細菌產生的硫化物以及乳化物，生成可溶于水的氯化物，增強物質的溶解度，降低污水中的污泥量。

當污水的pH 值大于8.0 時，污水中會存在Ca(OH)2、CaCO3以及其他的不易溶于水的沉淀。向污水中加入二氧化氯可對污水的pH值起到一定的調節作用，中和部分OH-，減少污水中的結垢量。

4 二氧化氯的制備方法

二氧化氯不穩定，見光或預熱易分解為氯和氧。常溫常壓下其沸點為11℃,在-11℃時變成紅色的液體,在-59℃時形成結晶。當ClO2在空氣中的濃度高于10%，或溶液中的濃度高于30%時，易發生低水平爆炸，在有機蒸汽環境下，這種爆炸可能變得劇烈。二氧化氯在工業中的應用不適合經過長途的運輸，并且必須避光保存，正因為如此,在實際應用中，二氧化氯一般是在使用現場進行制備后，直接投入使用。

4.1 化學法

化學法主要是利用化學反應制備二氧化氯，技術比較成熟。根據原料不同二氧化氯的制備方法可分為氯氧化法、甲醇法、R1法、R2法、鹽酸-氯酸鈉法、鹽酸-亞氯酸鈉法等。目前比較常見的方法是鹽酸-氯酸鈉法，反應方程式為：2NaClO3+4HC1→2C102+C12+2H2O+2NaC1，以及鹽酸-亞氯酸鈉法，反應方程式為：5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O。鹽酸-亞氯酸鈉法生成二氧化氯的純度較高，該生產工藝簡單、易于操作；而氯酸鈉相比亞氯酸鈉的價格要便宜許多，鹽酸-氯酸鈉法生產成本較低，且產物二氧化氯及氯氣均具有較強的氧化性。

4.2 電解法

電解法制備二氧化氯有多種方法，造成這些區別的主要原因便是電解液的不同，目前成本較低的電解法制二氧化氯的方式是電解飽和食鹽水，這種制備方式原材料的成本相對較低，但是對于設備的要求非常高，目前電解飽和制二氧化氯的技術關鍵在于電解液中的離子膜以及電極陽極的材料選擇。

5 結語

二氧化氯是一種十分有效的氧化劑以及殺菌劑，具有很強的氧化性，應用范圍非常廣泛，對于環境的要求也不高，生產成本相對較低，制備工藝及操作方法也相對簡單，并且病毒、細菌等微生物不會對二氧化氯產生抗藥性。綜合以上特點，二氧化氯是一種十分適合于油田水處理的化學物質。不過在制備和使用二氧化氯的操作過程中，一定要秉承著安全操作的原則，要合理利用二氧化氯，避免在使用過程中對人體造成傷害。