國(guó)外油田含油污水處理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展
行業(yè)動(dòng)態(tài)
實(shí)現(xiàn)能源、環(huán)境與社會(huì)責(zé)任之間的和諧，支持和推行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，我國(guó)石油石化企業(yè)含油污水處理工藝技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展顯得越來(lái)越重要，承擔(dān)著關(guān)鍵的角色和任務(wù)。了解和分析國(guó)外的現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài)，借鑒其 的工藝、技術(shù)、方法與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我國(guó)含油污水的處理和凈化、對(duì)工藝設(shè)備及技術(shù)的改造和研發(fā)具有重要的作用和意義。
1 國(guó)外含油污水處理典型工藝流程與現(xiàn)狀
目前，國(guó)外油田含油污水處理采用的設(shè)施主要有沉砂池、API隔油池、斜板隔油池（CPI）、自然除油罐、混凝除油罐、粗?；?、壓力沉降罐、浮選池（柱）、壓力濾罐、單閥濾罐、組合式處理裝置、水力旋流分離器和精濾器等。采用的附屬設(shè)施有各種緩沖制罐（池）、回收水罐（池）、反沖洗水罐（池）、污油罐、藥劑投配系統(tǒng)、各種水泵和油水計(jì)量設(shè)施等。
科威特北部油田采油污水的工藝流程主要由API（美國(guó)石油學(xué)會(huì)）和CPI油水分離器、誘導(dǎo)氣?。↖GF）等設(shè)施組成。IGF后可以獲得用于回注地層的凈化水，這種含油污水工藝簡(jiǎn)單，是目前含油污水處理的典型工藝流程，但對(duì)乳化嚴(yán)重的采油污水和稠油污水處理效果不佳。這種處理工藝與國(guó)內(nèi)目前采油污水處理技術(shù)基本一致，屬于“老三套”含油污水回注處理工藝。
根據(jù)近期國(guó)外有關(guān)資料，新的油田采油污水處理工藝的特點(diǎn)和重要標(biāo)志是將水力旋流器引入流程，替代傳統(tǒng)的隔油與浮選單元，可以將硬度2000mg/L、硫化物500mg/L、總?cè)芄蹋═DS）10000mg/L、含油量200mg/L的采油污水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝仩t用水。例如，美國(guó)得州西部Permian Basin油田采油污水的處理就是如此。北海UIa油田回注含油污水處理工藝流程中，采用了3個(gè)油水分離器和6個(gè)水力旋流器串聯(lián)，處理后的水質(zhì)可達(dá)到回注水的要求。其中油含量由200～500mg/L（主要以O(shè)/W型乳狀液形式存在）降至20～30mg/L以下。采用GAC-FBR（活性炭生物流化床反應(yīng)器）處理近海油田采油污水的流程是一種新型工藝。該技術(shù)主要為滿足日益嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，特別是零排放標(biāo)準(zhǔn)，由美國(guó)的BDM石油技術(shù)公司和氣體研究所共同完成。目前該技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了中試放大試驗(yàn)。美國(guó)墨西哥海灣油田采油污水排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定油含量日不超過(guò)42mg/L，月平均不超過(guò)29mg/L，采用該技術(shù)甚至可達(dá)到更嚴(yán)格的排放指標(biāo)，即日油含量不超過(guò)10mg/L。這種流程由油水分離器、絮凝、氣浮、GAC-FBR、電滲析等單元組成。
許多學(xué)者的研究表明，對(duì)于污水中難降解的有機(jī)物，UV/O3或UV/H2O2是較有效的方法（即生化氧化法），但如何方便應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中還是一個(gè)值得研究的課題。由于稠油污水通常含一些難降解的有機(jī)物，生物膜水解酸化的目的在于提高廢水的可生化性，降低后續(xù)好氧處理的負(fù)荷，保證好氧生物接觸氧化池的處理效果。一、二級(jí)生物膜接觸氧化池主要是降解由水解酸化分解的一些中間有機(jī)物，進(jìn)一步降低污水的COD。由于污水中的底物（基質(zhì)）濃度逐級(jí)降低，一、二級(jí)生物膜氧化池的生物相特性將不同，并通過(guò)微生物的馴化后，形成適宜降解有機(jī)物的菌群。二沉池主要是實(shí)現(xiàn)部分好氧污泥水分離作用。由于生物膜污在游離污泥量方面顯著區(qū)別于傳統(tǒng)活性污泥法，因此二沉池的設(shè)置也對(duì)污水處理的效果具有保障作用。
生物膜法與傳統(tǒng)的活性污泥法相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，這也是選擇生物膜法處理稠聯(lián)廢水的原因之一。生物膜法的微生物濃度比傳統(tǒng)活性污泥法高。高濃度的微生物是保證污水處理效果的基礎(chǔ)，特別是對(duì)稠油污水，加強(qiáng)菌與有機(jī)物間的傳質(zhì)作用，增加菌與有機(jī)物的接觸幾率，對(duì)實(shí)現(xiàn)稠油污水的降解更具可靠性。
生物膜法耐沖擊的能力更強(qiáng)。傳統(tǒng)活性污泥法在城市廢水、煉油化工廢水的處理中已廣泛應(yīng)用，但存在的主要問(wèn)題是該法抗沖擊性差，污泥易于膨脹、污泥的維護(hù)難度大，且處理后出水的懸浮物濃度易偏高（污泥的膨脹作用使二沉池的泥水難以分離）。
此外，主要由油水分離器、空氣氣浮、化學(xué)氧化（UV/O3或UV/H2O2等）、金屬離子去除系統(tǒng)（氫氧化物或硫化物沉淀）、過(guò)濾、離子交換、蒸發(fā)等單元組成的工藝流程可供選擇。
2 國(guó)外含油污水治理新設(shè)備與新技術(shù)
近年來(lái)，國(guó)外對(duì)含油污水（主要是采油污水）的處理已開(kāi)發(fā)了一些新的設(shè)備，如新型密閉式浮選箱、水力旋流器、各種組合式油水分離器等。這些裝置的成功開(kāi)發(fā)，對(duì)提高含油污水的處理效果、改進(jìn)設(shè)備的處理效能，實(shí)現(xiàn)處理設(shè)備功能的一體化以及降低設(shè)備體積和工程造價(jià)等都大有裨益。
新型的旋流分離器能實(shí)現(xiàn)油-水-固三相分離。與除油和除砂旋流器相比，該三相旋流器具有體積小、效率高、投資和操作費(fèi)用較低等特點(diǎn)，是一種集除油和除砂為一體的新型分離設(shè)備，適于海上和陸上油田采油污水的處理。此外W094/13930還介紹了一種在油田生產(chǎn)井內(nèi)的油水分離旋流器，據(jù)稱它能在井下實(shí)現(xiàn)油水的高效分離并將水回注到地層，當(dāng)采油污水含水量70%以下時(shí)，這種井下安裝的同步油水分離設(shè)備是非常有效的。凈化采油污水的裝置，如密閉式的浮選設(shè)備，該設(shè)備被分為4個(gè)浮選室，每個(gè)浮選室都裝有一個(gè)能使氣體分布為100～1000μm的氣體分布管，經(jīng)過(guò)密閉浮選設(shè)備處理的采油污水，下層為清水，上層的浮油收集于儲(chǔ)油箱浮選氣體采用油田伴生的天然氣。據(jù)稱，使用該氣浮裝置處理采油污水可使其操作、維護(hù)以及相應(yīng)的化學(xué)藥劑費(fèi)用降低。國(guó)外發(fā)明的一種新型浮選柱采用側(cè)部布?xì)饧夹g(shù)，可用于分離含油污水中的細(xì)小懸浮物和油滴。當(dāng)采用并流涌動(dòng)時(shí)，污水和氣體在浮選柱內(nèi)分別以0.127～2.54cm/s、0.0254～2.54cm/s的流速流動(dòng)，且水流量為氣流量的10～30倍時(shí)可獲得理想的采油污水處理效果。此外，國(guó)外還報(bào)道了一種分離油水混合物的簡(jiǎn)易裝置，它是由油水混合物進(jìn)口、折流擋板、油流出口和凈化水出口幾部分組成的，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，油水分離速度快等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)油水密度差異小的含油污水，其處理效果不甚理想。專利W097/17294介紹了一種從乳化的含油污水中分離油水的新技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)在采油污水中加入電解質(zhì)以增加其導(dǎo)電性，在磁電裝置的作用下使采油污水產(chǎn)生磁性，成為磁流體，并藉此破壞乳化油滴的穩(wěn)定性，增大其聚結(jié)能力。磁化法處理乳化含油污水是近年來(lái)研究的新技術(shù)之一。此外，薄膜電解技術(shù)也是國(guó)外一種處理乳化含油污水的新方法。利用油和水，特別是水中溶解的烴類物質(zhì)與水的沸點(diǎn)差異，國(guó)外有人還發(fā)明了一種蒸餾技術(shù)來(lái)處理油田采油污水。這種技術(shù)的關(guān)鍵是填料蒸餾塔。由于許多有機(jī)物可與水形成共沸物，因此在填料塔內(nèi)，沸點(diǎn)比水低和比水高的有機(jī)物均能進(jìn)入蒸汽相，控制蒸發(fā)水量為進(jìn)水量的5%～20%，即可實(shí)現(xiàn)油水的高效分離。
據(jù)資料介紹，斯倫貝謝公司的輕型水處理裝置（LWTU）不僅滿足了陸上水處理的要求，還能滿足海上水排放的要求。該技術(shù)獲“2004年 16大工程技術(shù)創(chuàng)新特別貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”，它包含一個(gè)獲得專利的工藝過(guò)程，在達(dá)到同樣純度的情況下，油-水分離的成本降低了一半。新處理技術(shù)對(duì)化學(xué)添加劑的依賴程度有限，能夠從分離的流體中回收油，分離劑可以再利用。該裝置無(wú)活動(dòng)部件，維護(hù)量小，化學(xué)劑成本低。該裝置已經(jīng)在巴西海上使用，被處理水中含油500ppm～2500ppm，處理后含油量低于3ppm。另?yè)?jù)報(bào)導(dǎo)，新一代油水分離技術(shù)TORRTM已經(jīng)問(wèn)世。TORRTM（Total Oil Remediation and Recovery）完全補(bǔ)救回收油技術(shù)不需加熱，也不需加入化學(xué)藥品就能除去水中的自由浮油和乳化油，且不產(chǎn)生廢液，是一種新型的從水中除去乳狀液的方法，可以聚結(jié)、分離以及回收2μm及更大的乳狀液。
TORRTM系統(tǒng)基于過(guò)濾、聚結(jié)和重力分離過(guò)程，其創(chuàng)新之處是將這三個(gè)過(guò)程合并成一個(gè)，從而形成一種自潔式污水過(guò)濾體系。據(jù)介紹，它的自潔式系統(tǒng)分離和維修成本都很低，并能不斷分離油及回收油。與使用油水分離器、聚結(jié)劑、DGF、水力除砂器和離心機(jī)等常規(guī)方法相比，它的性能更好。
TORRTM系統(tǒng)的水力流速（Hydraulic rate）為20m3/m2·hr，它完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，并且不需要加入化學(xué)添加劑來(lái)破乳。系統(tǒng)使用了由加拿大的EARTH公司開(kāi)發(fā)并獲專利的可重復(fù)使用的石油吸收劑作為過(guò)濾劑和聚結(jié)劑，它的親油憎水性強(qiáng)，能夠吸收小到2μm的乳狀液。它的另一個(gè)特性是可以在完全飽和油時(shí)繼續(xù)吸收微小乳狀液，可像吸收自由乳油一樣吸收聚結(jié)油。該技術(shù)的引入對(duì)蒸汽輔助重力驅(qū)（SAGD），常規(guī)油氣產(chǎn)水，環(huán)境改造和其他任何考慮處理含油污水的情況是一個(gè)重大突破。
3 結(jié)論及建議
（1）隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，近年來(lái)國(guó)外油田采油污水的治理工藝在不斷探索的同時(shí)已得到強(qiáng)化和改進(jìn)。從含油污水的處理流程上看與國(guó)內(nèi)基本一致，有3個(gè)基本特征：也主要采用“老三套”含油污水回注處理工藝；高效的油水分離器、過(guò)濾器及新型的水力旋流器等的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)設(shè)備與工藝的整體性、匹配性與實(shí)效性；根據(jù)生產(chǎn)中的實(shí)際需要，高效、簡(jiǎn)便、快捷、實(shí)用。
（2）從國(guó)外近幾年文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)看，高效多功能一體化的油田采油污水治理設(shè)備已成為研究熱點(diǎn)，新的含油污水處理技術(shù)亦有不少文獻(xiàn)報(bào)道。實(shí)現(xiàn)油-水、可溶性有機(jī)物-水、懸浮物-水之間的強(qiáng)化傳質(zhì)技術(shù)和有機(jī)物強(qiáng)化化學(xué)技術(shù)依然是今后采油污水治理研究的重要方向。從治理新設(shè)備與新技術(shù)方面看，國(guó)外更注重強(qiáng)化傳統(tǒng)含油污水治理設(shè)備的效能研究，開(kāi)發(fā)了一些多功能一體化的高效污水處理設(shè)備，如水力旋流器、各種組合式高效油水分離器等一體化污水處理設(shè)備等。在設(shè)備結(jié)構(gòu)上有較大改進(jìn)，在提高各構(gòu)筑物的處理效能方面有較大的發(fā)展。
（3）我國(guó)油田目前大多在主力邊緣區(qū)進(jìn)行滾動(dòng)開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)周期短，原有污水處理設(shè)施移步相適應(yīng)。需要研發(fā)靈活移動(dòng)的含油污水處理設(shè)備，實(shí)現(xiàn)污水處理就地達(dá)標(biāo)、回注。保護(hù)環(huán)境，提高設(shè)備利用率，減少重復(fù)基建投資，降低油田生產(chǎn)和運(yùn)行成本。河南油田設(shè)計(jì)院結(jié)合多年的液-液旋流、油水分離及移動(dòng)設(shè)備組合等方面的成功經(jīng)驗(yàn)，已開(kāi)發(fā)出撬裝式含油污水處理裝置，并成功地在許多油田得到應(yīng)用，取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益就是例證。
（4）我國(guó)的治污技術(shù)已較成熟，但在治污工程建設(shè)中，缺乏整體考慮，缺乏有效的管理模式，并缺乏相關(guān)的專業(yè)人才來(lái)實(shí)施管理。因此，加強(qiáng)與國(guó)外的技術(shù)合作，學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外的 經(jīng)驗(yàn)與方法，是重要和必要的。
