油田污水處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望
行業(yè)動態(tài)
以注水為主要開發(fā)方式的油田，從注水井注人油層的水，其中大部分通過采油井隨原油一起回到地面，這部分水在原油外運和外輸前必須加以脫除，脫出的污水中含有原油，因此被稱為油田采出水。隨著油田開采年代增長，采水液的含水率不斷上升，有的區(qū)塊已達到90%以上，這些含油污水成為油田的主要注水水源。隨著油田外圍低滲透油田和表外儲層的連續(xù)開發(fā)，對油田注水水質(zhì)要求更加嚴格。
1 油田污水處理技術(shù)原理
油田污水主要包括油田采出水、鉆井污水及站內(nèi)其它類型的含油污水。油田污水的處理依據(jù)油田生產(chǎn)的不同用途可以有多種方式。用于油田注水時，采出污水需要經(jīng)處理后回注地層，此時對回注水質(zhì)有著嚴格的要求，一般執(zhí)行SY/T5329-94標準，對污水中的懸浮固體、含油、粒經(jīng)中值等多項指標要進行嚴格的控制，防止其對地層產(chǎn)生傷害。用于蒸汽發(fā)生器或鍋爐的給水，則要嚴格控制污水中的鈣、鎂等易結(jié)垢離子的含量、總礦化度以及含油量等指標。另外，還有部分油田無法消化采出污水，需要經(jīng)過深度處理后達標外排，此時則根據(jù)當?shù)氐沫h(huán)保要求，需要嚴格控制污水中的COD等指標。
鉆井污水成分十分復雜，主要包括鉆井液、洗井液等。鉆井污水的污染物主要包括鉆屑、石油、粘度控制劑如（粘土）、加重劑、粘土穩(wěn)定劑、腐蝕劑、防腐劑、殺菌劑、潤滑劑、地層親和劑、消泡劑等，鉆井污水中還含有重金屬。
其它類型污水主要包括油污泥堆放場所的滲濾水、洗滌設(shè)備的污水、油田地表徑流雨水、生活污水以及事故性泄露和排放引起的污染水體等。由于油田污水種類多，地層差異及鉆井工藝不同等原因，各油田污水處理站不僅水質(zhì)差異大，而且油田污水的水質(zhì)變化大，這為油田污水的處理帶來困難。
2 勝利油田污水處理技術(shù)進展
2.1 總體進展
隨著油田開發(fā)的逐步深入，各項先進、成熟的污水處理技術(shù)逐漸引進、應用于現(xiàn)場生產(chǎn)，初步形成了比較成熟的油田采出水回注處理、稠油油田采出水回用注汽鍋爐處理、外排水達標處理、低滲透油田精細水處理、海上油田水處理等配套的處理技術(shù)，基本滿足了高含水期油田的需求。污水處理的領(lǐng)域有了擴展。從陸上油田采出水處理到海洋油田的采出水處理;從單純的為回注目的的處理，發(fā)展到用于注汽鍋爐給水的處理、達標排放的處理;從采出水處理發(fā)展到含油污泥的處置和無害化處理。污水處理裝備水平有了較大提高。主要污水處理設(shè)備及配套設(shè)備基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化，并逐步形成了系列化、規(guī)?；?/span>，如用于不同條件下的過濾設(shè)備、氣浮選、壓力除油、液-液旋流除油等除油處理設(shè)備、藥劑投加設(shè)備等。海上油田注水及水處理設(shè)備、注聚設(shè)備。水處理的自動化程度有了提高。過濾處理、污泥脫水、氣浮裝置、加藥裝置等實現(xiàn)了PLC集成面板自動控制;流量、液位、以及懸浮固體含量等水質(zhì)指標也實現(xiàn)了實時在線監(jiān)測。油田水化學的研究和應用水平有了提高。水處理更加重視工藝和化學的有機結(jié)合，油田水化學在油田采出水處理中的作用越來越重要。水處理劑的品種增多、效能提高，油田水化學的研究手段增強、水平提高。特別是針對污水達標外排處理的要求，開展了水微生物學的研究，發(fā)展應用了生化處理技術(shù)，建立了用于污水、污泥處理的菌種庫，使污水深度處理技術(shù)得到了長足的發(fā)展。
2.2 污水處理方法及其特點
勝利油田污水處理方法主要分物理法、化學法、生物法等三大類，其中物理法主要應用于油田各污水處理站、低滲透區(qū)塊注水站的污水處理，常用的處理工藝為“上游三段法（緩沖+沉積分離除油+過濾）+下游二段法（緩沖-精細過濾）”;化學法主要應用于油田各污水處理站，通過添加一定的濃度的化學藥劑從而輔助物理法達到提高水處理效果的目的;生物法主要應用于注汽鍋爐給水的處理、污水達標排放處理等領(lǐng)域。
（1）物理法。物理處理法的重點是去除廢水中的礦物質(zhì)和大部分固體懸浮物、油類等。物理法主要包括重力分離、離心分離、過濾、粗?；?、膜分離和蒸發(fā)等方法。
重力分離技術(shù)，依靠油水比重差進行重力分離是油田廢水治理的關(guān)鍵。從油水分離的試驗結(jié)果看，沉淀時間越長，從水中分離浮油的效果越好。自然沉降除油罐、重力沉降罐、隔油池作為含油廢水治理的基本手段，已被各油田廣泛使用。
離心分離是使裝有廢水的容器高速旋轉(zhuǎn)，形成離心力場，因顆粒和污水的質(zhì)量不同，受到的離心力也不同。目前在世界各油田，如中東、非洲、西歐、美洲等地區(qū)的海上和陸地油田都有應用。我國引進的數(shù)套Vortoil水力旋流器，在油田污水處理上取得了良好的效果。
過濾器有壓力式和重力式兩種，目前勝利油田普遍采用的是壓力式，有石英砂過濾器、核桃殼過濾器、雙層濾料過濾器、多層濾料過濾器等。
粗粒化，是指含油廢水通過一個裝有粗粒化材料的設(shè)備時，油珠粒徑由小變大的過程。目前常用的粗粒化材料有石英砂、無煙煤、蛇紋石、陶粒、樹脂等材料。粗?；凸抻靡匀コ?jīng)前期治理后的含油污水中的細小油珠和乳化油。
膜分離技術(shù)主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透等幾類，均是利用特殊制造的多孔材料的攔截能力，以物理截留的方式去除水中一定顆粒大小的雜質(zhì)。目前，勝利油田主要采用的過濾介質(zhì)為鈦金屬纖維濾膜，這種濾膜經(jīng)過等離子體的處理，表面具有一定的親水斥油能力。該項技術(shù)已經(jīng)在純梁、現(xiàn)河、樁西等采油廠得到了廣泛的推廣應用，在水質(zhì)精細處理方面取得了一定效果。
隨著油田注水開發(fā)的不斷深入，污水處理工藝也由早期的單級過濾發(fā)展到目前的多級過濾預處理技術(shù)。目前，油田常用的污水預處理技術(shù)主要有兩種：濾料（石英砂或者復合濾料等）過濾、懸浮污泥預處理。其中，濾料過濾技術(shù)應用時間較早，主要應用于上游污水處理站的二級過濾環(huán)節(jié)，對含油、懸浮物具有一定的祛除功能，但是由于容易出現(xiàn)濾料板結(jié)、損耗的現(xiàn)象，需要定期更換濾料，而且缺少自動反沖洗功能，日常維護工作量較大;懸浮污泥預處理技術(shù)是近年來在油田推廣應用的一項新技術(shù)，目前在東辛、純梁、現(xiàn)河等采油廠都有應用，主要是依靠上游來水中的懸浮物形成濾床，從而達到懸浮處理的功能，其處理效果主要受來水水質(zhì)穩(wěn)定性的影響。
（2）化學法。化學法主要用于處理廢水中不能單獨用物理法或生物法去除的一部分膠體和溶解性物質(zhì)，特別是含油廢水中的乳化油。包括混凝沉淀、化學轉(zhuǎn)化和中和法。
混凝沉淀法是借助混凝劑對膠體粒子的靜電中和、吸附、架橋等作用使膠體粒子脫穩(wěn)，在絮凝劑的作用下，發(fā)生絮凝沉淀以去除污水中的懸浮物和可溶性污染物。目前采用的混凝劑主要有鋁鹽類、鐵鹽類、聚丙烯酰胺（PAM）類、接枝淀粉類等。
化學氧化是轉(zhuǎn)化廢水中污染物的有效方法，能將廢水中呈溶解狀態(tài)的無機物和有機物轉(zhuǎn)化為微毒、無毒物質(zhì)或轉(zhuǎn)化成容易與水分離的形態(tài)。該法分為化學氧化法，電解氧化法和光化學催化氧化法3類。目前常用的處理含油廢水的方法包括超臨界水氧化、濕式空氣氧化、臭氧氧化、TiO2電極氧化、Fenton試劑氧化等。近年來，勝利油田在史南油田采用了電化學預氧化技術(shù)，通過加入次氯酸鈉、雙氧水等預氧化劑將水中的Fe2+轉(zhuǎn)變成Fe3+，在pH值7.0~7.5條件下實現(xiàn)鐵離子的全部轉(zhuǎn)化與去除，并使污泥產(chǎn)出量顯著降低。應用結(jié)果表明：采用電化學預氧化油田污水處理技術(shù)不僅能夠保證處理后的水質(zhì)全面穩(wěn)定達標，與地層水保持良好的配伍性，而且在污水處理過程中不額外產(chǎn)生污泥，使污泥產(chǎn)出量大幅降低，同時也使細菌抗藥性問題得到根本解決，污水處理綜合成本有所下降，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。
（3）生物法。生物法是利用微生物的生化作用，將復雜的有機物分解為簡單的物質(zhì)，將有毒的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，從而使廢水得以凈化。生物法較物理或化學方法成本低，投資少，效率高，無二次污染，廣泛為各國所采用。油田廢水可生化性較差，且含有難降解的有機物，因此，目前國內(nèi)外普遍采用A/O法、接觸氧化、曝氣生物濾池（BAF）、SBR、UASB等處理油田污水。
3 當前存在的主要問題
隨著油田進入特高含水期，新的矛盾不斷出現(xiàn)，新的難題需要解決，油田污水處理技術(shù)仍然存在著一些不容忽視的矛盾和問題。
（1）腐蝕和結(jié)垢問題仍然是制約油田污水系統(tǒng)正常生產(chǎn)的突出問題。雖然勝利油田對此采取了積極的應對措施，例如電化學預氧化技術(shù)、電磁防垢技術(shù)等，但是由于投資限制、后期配套管理、運行成本等諸多因素的影響，腐蝕和結(jié)垢問題依然嚴峻。
（2）沿程水質(zhì)二次污染問題表現(xiàn)突出。油田污水雖然經(jīng)過了污水處理站、注水站的層層過濾處理，但是由于污水中含有Fe，其會逐漸被氧化形成膠體沉淀，使水質(zhì)惡化。同時，由于注水管線缺少內(nèi)防腐措施，運行時間長，污水中含有的硫酸還原菌（SRB）在厭氧環(huán)境中會發(fā)生化學反應形成沉淀，對水質(zhì)造成了二次污染。根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析，從注水站出口到注水井井口，懸浮固體含量和含油量兩項重要水質(zhì)指標均有明顯的上升趨勢。
（3）運行成本高，特別是藥劑用量大，藥劑費用居高不下，與油田降本增效矛盾較大，影響到處理水質(zhì)和系統(tǒng)保護。急需開發(fā)高效、多效、低成本的水處理劑。
4 技術(shù)展望
解決油田水系統(tǒng)存在的問題除大力推廣新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，加大對油田污水系統(tǒng)改造的投入外，關(guān)鍵的是依靠科技進步，加強科技攻關(guān)，針對油田急需解決的難題開展研究，開發(fā)一批實用新技術(shù)，滿足油田開發(fā)的需求。
4.1 新型水處理藥劑的研制和開發(fā)
近年來，研制和應用原料來源廣的聚合鋁、鐵、硅等混凝劑成為熱點，無機高分子混凝劑的品種已經(jīng)逐步形成系列;而在有機方面，有機混凝劑復合配方的篩選和高聚物枝接是研究的重點。
4.2 先進設(shè)備的研制和新技術(shù)的應用
陳忠喜等開發(fā)出的橫向流含油污水除油器，E.Bessa等采用光催化氧化技術(shù)，S.Rubach等采用電絮凝技術(shù)等都取得了較好的效果。另外，微波能技術(shù)和超聲波技術(shù)也都是今后研究的重點。
4.3 膜分離技術(shù)的研究及推廣
膜分離技術(shù)用于油田污水處理，雖然已經(jīng)在油田污水處理方面得到了廣泛的應用，但是存在著膜成本高、膜污染等突出問題。因此，今后的研究重點是：開發(fā)質(zhì)優(yōu)價廉的新材料膜;減少膜污染的方法;清洗方法的優(yōu)化以及清洗劑的開發(fā)。
4.4 生物處理技術(shù)
生物處理技術(shù)被認為是未來最有前景的污水處理技術(shù)，一直是水處理工作者研究的重點和難點。
4.5 油田采出水達標排放技術(shù)
根據(jù)國家環(huán)保目標的要求，對油田外排污水的主要污染物指標都做出了硬性的規(guī)定，尤其是COD、氨氮兩項指標，應用目前的處理設(shè)備和工藝技術(shù)控制難度較大，急需進行研究攻關(guān)。如何將采油過程中產(chǎn)生的大量富余污水變廢為寶，經(jīng)過深度處理后達到飲用或灌溉的水質(zhì)標準，從而緩解我國一些干旱地區(qū)水資源嚴重缺乏的問題，將具有十分重要的現(xiàn)實意義。
