油田含聚污水處理方法綜述

皇甫宇驥

（西安石油大學，陜西 西安 710000）

原油中的雜質多，不同地區的原油有不同的特點，比如有些膠質多，有些瀝青質多等，因此如何合理有效地實現稠油、重油等資源的發掘，成為當前稠油工業乃至整個石油工業合理發展的關鍵。針對這個問題，20世紀80年代中期，各大油田陸續采用化學驅采油，特別是聚合物P驅、表面活性劑／聚合物SP驅。

然而，隨著聚驅采油年限的增加，污水的成分變得復雜，一方面增加相間的空間位阻，使得油水更加的難以分離，同時也增加了成本。沒有采取合適的方法處理可能會嚴重污染地下水，與此同時，聚驅采出水是油水混合物，其中所包含的油品，也是一種寶貴的二次資源。對含油污水的回收是很好的資源節約，將資源利用最大化，否則將造成石油資源的浪費。

1 含聚污水的主要特征

由于條件不同，油田采出水表現出來的特性也不同，但其中都包含有原油、懸浮固體顆粒、鹽類和微生物等成分。采出水由于含有可回收物，使得其相比于常規水驅采用具有不同的特性。殘余的聚合物對采出水的影響主要表現在以下幾個方面：

1）對含油滴粒徑的影響。使采出水中油珠分布更加均勻。通過粒徑測試發現含聚污水中粒徑＜64μm的油珠占到90%以上［1］。顯微觀測結果表明油田采出水中小油滴更為細小和密集且穩定地分散于水中，形成O／W型乳狀液，使得污水處理難度增加，污水中含油量增加。

2）影響油水混合物的黏度。含油污水的黏度因采出水中聚合物而呈現增加的狀態。同種情況下，40℃下水驅污水的黏度一般為0.6mPa·s，甚至達到0.8～1.1 mPa·s。黏度的增加使分散相即油相移動的空間位阻增加，同時使含聚污水的穩定性增加，污水處理所需自然沉降時間增長。

3）采出水中泥沙含量的影響。由于聚合物的吸附能量較強，導致含聚污水中所帶有的泥沙數量增多。一方面，泥沙的數量增加減少了反沖洗周期，增大了工作時間和降低工作效率。另一方面，由于所帶有的泥沙的增加，要求各個環節的排泥設施必須合理，必要時增加污泥處理次數［2］。

2 含聚污水的主要處理方法

2.1 物理法

2.1.1 重力分離法

重力分離法原理是油和水具有不同的密度和兩者不相互融合的特性，在靜止或運動狀態下實現油滴、顆粒物與污水處理的方法。重力除油設備有橫向流除油器、波紋板聚結油水分離器、聚集型油水分離器、立式除油罐和斜板式隔油池等［3］。其處理污水的體積大、耗費的經濟低、使用方便，因此常常用于油田污水處理。缺點是需要大面積的土地，對特定的油品與水分離效果不好，污水在管道中流動時間長［4］。

2.1.2 水力旋流法

水力旋流技術作為油田最常用的污水除油設備，由于其重量低、占地面積小、處理效率高的特點，因而常常應用于海下管道的水處理［5］。夏福軍等［6］研究了利用水力旋流器簡化含聚污水處理工藝的問題，流程為：首先用該設備對原水進行油水分離，然后進行兩種不同壓力級別下進行過濾。經過水力旋流法處理后，中滲透層注水水質要求的各項指標能夠得到滿足。

2.1.3 加藥氣浮法

氣浮法聽名字可以看出是通入空氣，使氣液固進行充分的混合，在使聚合物的混合物附著在形成的氣泡上進而浮出水面的技術。氣浮效果取決于于絮凝劑和浮選劑兩種因素的作用。

唐善法等［7］研究表明，單一氣浮技術在現場中的應用效果較為良好，除油的效率很高可以達到81%，但去除污水中殘余聚合物 （HPAM）的效果較差 （除聚率＜17%），有時甚至沒有效果。通過添加浮選劑 （CJSG系列）能夠有效的去除含聚污水中殘余聚合物，最高可達74.6%，同時發現藥劑種類影響除油效果，其中只有少數的同時具有兩種作用，對去除聚合物和油都有效果。

2.2 化學法

因為采出水中含有不容易處理的物質如沙粒、由品，并有侵蝕、結構和微生物等問題，因此需用相應的化學劑處理［8］。

2.2.1 絮凝劑

絮凝法也是很重要的處理途徑，它是通過加入試劑導致分離的速度增加，同時步腐蝕工藝。絮凝劑分類：非有機、有機化合物、復合化合物、微生物絮凝劑4大類。

2.2.2 水質改性技術

該技術是使除去采出水的二氧化碳和碳酸氫根，使水的酸堿度由弱酸性調整為堿性［9］，使用之后重新用來注入地層，在水質處理方面這項技術可以說是一種新的技術。

2.3 微生物法

在應用微生物來降解污水時，污水分子結構被破壞，由大分子變成成小分子，分結后可以作為微生物生存的能量，其作用可以使黏度下降，進而完成對含油污水的處理。

2.4 微波處理法

微波的赫茲區間為3×108～3×1011Hz，波長為1mm～1m。微波具有良好的熱效應、高效的催化效應和殺菌作用等優點。微波加熱的方式為從物質內部和外部同時加熱；同時，加熱是具有選擇性的，即根據微波的吸收能力不同，其有不同的加熱效果。水具有較強的微波吸收能力，因此含有水分的物質用微波加熱可以有良好的效果。因此，微波技術在水處理領域受到廣泛的關注。

將微波技術應用于含聚污水的處理受到越來越多研究者的青睞和重視。王鵬等［10］將微波輻射破乳和酸化破乳相結合，通過實驗得知，酸化破乳能顯著提高破乳效率。Ferreira et al［11］對比分析了加熱時間，破乳劑加量對常規破乳與微波破乳效果的影響，結果表明，微波破乳具有耗時少和用量少的特點。Mohamme et al［12］研究了微波輻射功率，含水率及含鹽量對破乳效率的影響規律，結果顯示，微波輻射功率越大，破乳脫水效果越好；含水率越高，微波加熱越快；隨著無機鹽濃度的增加，微波破乳效率升高。Binner et al［13］進行了鹽的含量對W／O型乳狀液破乳效率分析，實驗表明，隨著含鹽量的增加，分離所需的時間減少，其原因為無機鹽越多，介質損耗因子越大、微波加熱效率越高。

此外，鑒于離子液體是一種液態鹽，其具有性質溫和、無污染、易回收、可循環多次使用的特點，因此，少數學者對離子液體促進微波破乳效應展開研究。Silva et al［14］研究了5種離子液體對W／O型乳狀液微波破乳效果的影響規律，結果顯示，離子液體對油水界面具有很好的親和力，膠質、瀝青質可以與離子液體在界面上進行反應，促進這些活性成分的解吸附，離子液體的對含油污水的吸附能力與烷基鏈的長度有關；Lemos et al［15］研究了omimBF4和omimPF6兩種離子液體對W／O型乳狀液的破乳規律，結果表明，隨著離子液體濃度增加，常規破乳和微波破乳脫水效率均增大，但微波破乳更快、更高效。

3 結語

目前原油含聚采出污水的處理方法有很多種，本文通過系統分析物理脫水法、化學脫水法、微生物法、以及微波法等常用處理方法可以得出：

1）物理法對采出水的處理有量大、成本低、管理方便等優點。僅用物理法對含油污水處理很難達到理想的情況，因此很少有油田對物理法進行單獨使用。

2）化學法處理含聚污水主要通過添加絮凝劑和對水質進行改性。添加絮凝劑可以通過絮凝作用，較為有效地去除污水中的聚合物，但是也存在絮凝劑用量較大的問題，一般需要添加與聚合物同等量的絮凝劑。

3）綜合微生物處理含聚污水的研究可以看出，目前有關微生物分解含聚污水培養、篩選、評價的室內研究階段，有關現場應用的報道相對較少，。微生物的類型是含聚污水處理的關鍵，因此如何獲得高性能微生物是今后主要研究方向。

4）由于聚合物的存在使得含聚污水的穩定性大大增強，從微波處理含聚污水的研究中可以看出，單獨應用微波破乳脫水往往達不到標準，通常還需與化學法聯合使用。通過大量對比研究可以看出，微波法與化學劑聯合使用可以顯著改善破乳效果，常用的化學劑主要為無機鹽，但大量使用無機鹽會導致管線及設備腐蝕結垢問題更為嚴重。離子液體作為一種 “清潔”的液態鹽，引起了學者的關注，少數學者針對離子液體作為化學劑促進微波破乳展開了研究，目前在現場鮮有應用。因此探究高效、清潔、適應性強的化學劑將成為微波化學法今后的主要研究方向。