一體化污水處理裝置在油氣田開采中的應用探討

顧峰碩 陶美彤

摘要?通過分析一體化污水處理裝置在油氣田開采廢水處理中的現狀，探討不同類型一體化污水處理裝置在應用過程中的優勢和不足。因一體化污水處理裝置具有體積較小、方便裝運、效果良好等特點，應用于油氣田開采水處理是可行的，對石油資源開采過程中的生態環境保護具有重要意義。

關鍵詞?油氣田開采;污水處理;一體化裝置;進展;應用

中圖分類號：X741?文獻標識碼：A?文章編號：2095-3305（2020）03-163-02

DOI：?10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.03.068

在油氣田開發過程中，為了增加原油產量，普遍采用注水開采的方式。隨著開采時間的不斷上升，開采出來的原油含水量會越來越高，已經超出了回注水的需求量。采出水就是指原油開采過程中附帶的含有原油的水分，其來源主要有采油產生的污水和洗井污水，這些污水從油層里攜帶許多懸浮固體、石油類、鹽類和各類化學藥劑，含有大量有機物，若處理不當則會造成環境污染。尤其是分散的小區塊開采，產生的污水量不大，不適宜建設污水集中處理設施，撬裝式一體化污水處理裝置因其工藝流程短、設備緊湊、占地面積小、安裝使用快等特點，更適合就地處理后達標排放[1]。

1?采出水成分分析

油氣田開采過程中污水的來源有多種途徑，油田采出水是石油工業中產量最大的污水，既包括油層中原有的地層水，也包括注入到油井的注入水，占油氣田開發產出廢水總量的90%以上。油田采出水含一定量的原油，含油量平均為2?000～5?000?mg/L。不同形態的油有不同的理化性質，一般認為以浮油、分散油、乳化油、溶解油及固體附著油5種形態為主。此外，還包含無機離子、硫化物、有機酚、氰、細菌、固體顆粒以及水站原油處理中所投加的破乳劑、絮凝劑和殺菌劑等化學藥劑，成分繁雜，差異性大[2-3]。

2?采出水處理現狀

對于油田采出水的處理，國內外傳統處理方法為隔油-混凝沉淀-生物處理工藝。我國油田采出水處理設備種類較多，其中應用較普遍的有自然沉降罐、粗?；?、重力沉降罐（包括斜板）、氣浮池、水力旋流器、過濾罐與精細過濾裝置等，主要用于去除水中的油和懸浮物。傳統的處理方法存在一定的問題，主要有以下幾個方面。

（1）單一處理方法存在局限性。由于油田采出水的含油量隨原油種類、工藝設備、操作條件、生產流程的不同而存在很大差異，單一的處理方法難以達到滿意的效果。

（2）一些組合處理工藝處理效果欠佳、處理費用高。由于水力條件、油分存在的形式以及排放方式等多種因素的影響，一些組合工藝本身處理效果不好。例如，近年來部分國內廠家引進了超濾法處理工藝，處理效果雖然良好，但因膜成本高及管理水平要求高等原因導致處理成本高，設備經常堵塞，無法保證實際運行[4]。

（3）處理工藝可能導致出水水質惡化，處理后的油田采出水幾乎不能得到回用，甚至會帶來二次污染。例如，傳統處理工藝對于乳化液含量較高且排放量大的油田采出水處理過程中產生的浮渣極易造成泡沫，對環境產生二次污染。

3?一體化污水處理裝置的應用

一體化污水處理裝置以物化處理或生化處理為基礎，是簡化的污水處理方法，已廣泛應用于生活污水處理和部分工業廢水處理。

3.1?生化法一體化處理工藝在油田開采水中的應用

生物接觸氧化反應器把活性污泥法和生物膜法進行有機結合，處理出水水質好，能夠應對高負荷的有機物，運行管理便捷，在油氣田廢水的處理中有較多應用[5]。梅俊等[6]研發了基于“回轉懸浮生物床技術”的一體化生物處理新疆油田采出水，當運行處理量約4?m3/L，進水CODcr<300?mg/L時，去除率一般在58%～80%，停留時間可縮短至4～5?h，出水中揮發酚、石油類濃度均可達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）的2級標準，該一體化處理裝置無需專門設置管理人員，對油田采出水有很好的處理效果。

生物流化床將污水作為流化介質，利用載體的吸附作用去除有機污染物，處理效果良好。崔俊華等[7]在傳統生物處理法的基礎上，研發的三相生物流化床采用氣提式內循環，載體選用懸浮填料、漂浮填料，降解微生物采用高效原油降解菌，進水含油量41～59?mg/L的條件下，原油去除率可以達到89%～92%，實現了油田采出水的生化深度處理，處理效果良好、運行平穩。

SBR反應器是“反應-過濾-沉淀”為一體的集成裝置，處理效果好，節省占地面積，基礎投資低。隨著SBR反應器的發展，出現了許多不同的改進工藝。董曉丹等[8]采用化學絮凝-SBR二段法處理COD小于1?800?mg/L、含油量為500～800?mg/L的采油污水，COD累積去除率達96%左右，含油量小于10?mg/L，其他出水指標也均滿足含油污水的國家2級排放標準和回注水標準，基本可實現污水處理的資源化。

MBR反應器具有高效的截留作用，可以有效地截留含油廢水中的有機物，出水中幾乎不含懸浮物，可以有效地降解高濃度含油廢水中的有機物。魯雪梅[9]針對低滲透油氣田污水，研發的微濾膜污水處理一體化撬裝裝置具有很好的處理效果。該裝置雖然彌補傳統污水處理裝置的不足，但也存在一定的問題，如細菌、污垢離子等引起的堵塞，對污水處理效果產生影響。

3.2?物化法一體化處理工藝在油田開采水中的應用

3.2.1?旋流氣浮一體化裝置?馬強[10]將旋流氣浮一體化技術用于油由污水處理，除油效率97.2%，處理后水中含油率小于30?mg/L，滿足處理要求，具有很好的穩定性和適用性。陳家慶等[11]將低強度旋流離心力場與氣浮組合，成為一種高效的含油污水處理技術，該裝置與固定式污水處理裝置相比，投資降低30%，運行成本減少約25%。

3.2.2?超濾法除油組合工藝?池波[12]研究出了一種基于“粗粒化-破乳混凝-精細過濾”組合工藝的新型油田采出水一體化處理裝置，通過模型裝置，在實驗室條件下研究取得相關技術的開發應用研究的最佳參數，應用到油田采出水處理中。徐文等[13]通過對陶瓷材料表面進行改性，裝置流程與池波等的研究相似，含油量去除率達到98%，懸浮物去除率達到95.4%，內循環粗?；b置能耗低、操作簡便、運輸方便。

3.3.3?電化學工藝處理裝置?陳文娟等研發“降解-除油”一體化電化學工藝處理含聚污水，在I=4.0?A，d=8.0?cm，r=2/17?cm2/ml，t=30?min的條件下，幾乎無絮渣產出，濁度去除率為93.3%，聚合物降解率為92.0%，除油率為95.0%，展現了優良的處理效果。電化學技術處理采出水在工藝及裝置上仍需進一步完善，尤其是在化學藥劑篩選、腐蝕控制、工藝結構及參數優化等方面加強探索研究。

3.3.4?其他輔助工藝?除上述將各種物理、化學與生化反應相結合的一體化污水處理設備外，還出現了一些其他輔助工藝，如紫外線殺菌，避免硫酸鹽還原菌（SRB）、鐵細菌（FB）、腐生菌（TGB）等導致的設備管線腐蝕。

4?一體化污水處理裝置的優勢

相比傳統的油田采出水處理系統，一體化污水處理裝置具有占地小、模塊化、投資少、建設周期短等優點。將污水處理工藝設計為工藝單元模塊，這些單元模塊包括預處理模塊、生化處理模塊、后處理模塊、深度處理模塊以及污泥處理模塊等，可根據不同污水水質情況選擇不同的工藝模塊組合。傳統的污水處理構筑物需要大量的人力運維管理，而一體化設備使用自動化程度高的成型化設備，安裝簡單，工藝模塊易于實現自控化管理，操作模式更加靈活。

5?結論

一體化污水處理裝置因其體積較小、方便裝運、效果良好等特點，適合處理規模小的分散式污水類型。不同工藝的一體化污水處理裝置在處理油氣田開采廢水時，具有各自的特點，選擇合適的處理工藝并形成集成化處理設備，應用于油氣田開采水處理是可行的。

參考文獻

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[11]?陳家慶，韓旭，梁存珍，等.海上油田含油污水旋流氣浮一體化處理設備及其應用[J].環境工程學報，2012，6（1）：87-93.

[12]?池波.新型一體化裝置處理油田采出水的試驗研究[D].武漢：武漢理工大學，2006.

[13]?徐文，樊鵬軍，何志英，等.油田一體化廢水處理裝置研究[J].內蒙古石油化工，2017，43（9）：14-16.

責任編輯：黃艷飛