油田污水处理方法研究

李雅楠

（长江大学 石油工程学院，湖北 荆州 434023）

水，是生命的源泉，是人类赖以生存和生产不可缺少的基本物质，是地球上唯一不可替代的自然资源，同时也是战略性的经济资源。水资源是一个国家综合国力的有机组成部分。我国是个缺水国家，人均水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一，而日趋严重的水污染进一步加剧了水资源短缺的矛盾，成为我国经济发展的制约因素。因此，保护水资源、防治水污染、改善水环境是保护环境和实施可持续发展的重要内容。

我国正处在经济发展而水污染问题未得到根本解决的时期，污水治理工作迫在眉睫。石油工业作为用水和排放污水的生产大户，在这方面的工作显得更为迫切。众所周知，1996年8～11月渤海湾发生赤潮其时间之长、受害面积之大、损失之重都是罕见的。此次赤潮是由于渤海湾水污染所造成的，其中重要的一部分污染物便是油田污水。作为重要工业污染源之一的含油污水含有大量油类、悬浮物、重金属等物质，如不加以处理就任意排放，对环境危害极大。大量含油污水的处理及出路问题，成为困扰油田生产的重大难题，也是近年来国内环保科研工作者研究的热点问题之一。

本文以油田含油污水为研究对象，从油田含油污水处理后回注、回用及外排等三个出路方面，对油田含油污水处理方法进行系统探讨研究。

1 油田污水的处理意义与出路

1.1 我国油田污水概况

我国油田分布广阔，遍及东北、华北、中南、西南、华中及东南沿海各地。目前，大部分油田已进入石油开采的中期和后期，采出原油的含水率已达70%～80%，有的油田甚至高达90%，油水分离后产生大量的含油污水。含油污水如果不经处理而直接排放，不仅会造成土壤、水源的污染，有时甚至会引起污油着火事故，威胁人民的生命安全，造成国家的经济损失，同时也会危害油田自身的利益。

因此，如何开发出适合我国油田实际情况、高效经济的油田含油污水处理及回用技术，达到节能、降耗、保护环境、重复利用水资源的目的，成为油田水处理站改造和建立的重要问题。

1.2 油田污水的处理意义

油田采油污水是一种量大而面广的污染源。据统计大庆油田每天采出的含油污水达到142.5×104m3，全国每年大约有十几亿t油田采油污水需要处理，这些污水在处理达标以后，大部分要作为开采注入水回注地层，一小部分向自然环境中排放。

在石油的二次开采中，注水开发是主要的开发方式。目前我国各油田绝大部分开发井都采用注水开发。伴随着油田注水开发生产的进行，出现了两大问题，一是注入水的水源问题；二是注入水和油田采出水的处理及排放问题。注水开发初期的注水水源是通过开采浅层地下水或地表水来解决的，但大量开采浅层地下水会引起局部地层水位下降，而地表水资源又很有限。因此，采油污水处理后用于油田回注水为各大油田所采用。但是如果污水未达到回注水的要求（主要是含油量、悬浮物超标），仍然回注到地下，这将导致堵塞地层出油通道，降低注水效率和石油开采量；因此污水处理是否达标将直接影响注水采油的效率。

另外，随着原油含水量的逐渐上升，油田采出水水量越来越大，由于注水井的布局及注入量的不均衡、现有技术设备的处理局限等因素，一部分油田污水不能够做为回注水使用，而需排到环境中去。因此，必须考虑污水的达标排放问题。如果这些污水不经处理或处理后未达标而排放，将会造成环境污染、破坏水体、土壤、影响生态平衡，造成重大的经济损失。因此，油田污水的处理回用对于保护、节约水资源，保护生态平衡促进可持续发展，具有重大的意义。

表1 我国主要油田含油污水水质

1.3 油田含油污水处理后的出路

从国内外油田生产情况来看，油田含油污水经处理后的出路一般有三种：

（1）回注：代替清水资源直接回注地层或配制聚合物后回注地层。

（2）回用：处理后作为热采锅炉的给水。

（3）外排：处理后达到国家污水排放标准，直接排放。

2 油田含油污水的来源与水质

2.1 污水来源

在油田生产过程中，广义上油田含油污水主要有四个来源：油田采出水、含盐量较高的原油用清水洗盐后污水、洗井污水以及三采污水。我国各油田基本都采用注水开发方式，即注入高压水保持油层压力，驱动原油从油井开采出来。经过一段时间注水后，注入水将伴随原油被开采出来，即采出水。稠油油田开发是从油井向地层注入高压水蒸汽，注入一段时间后水蒸气将稠油减粘，原油与水蒸汽冷凝水混合在一起从油井采出，这种水也称为采出水。随着油田原油含水率的不断上升，油田采出水成为油田含油污水的主要来源。因此，狭义的油田含油污水主要指油田采出水。

2.2 污水水质

油田污水成分复杂，是一种含有固体杂质、液体杂质、溶解气体和溶解盐类等较为复杂的多相体系。污水中杂质种类及性质和原油地质条件、注入水性质和原油集输条件等因素有关。一般来说油田污水中含有原油、各种盐类、有机物、无机物及微生物等。污水含油约1000～2000 mg/L，高的可达5000 mg/L以上，存在的形式依油的颗粒大小而分为浮油、分散油、乳化油和溶解油；污水中含盐约几千到几万甚至十几万mg/L，其无机盐离子主要有 Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Fe2+、C1-、HCO3-、CO3+等；污水中含有的有机物，主要有脂肪烃、芳香烃、酚类、有机硫化物、脂肪酸、表面活性剂、聚合物等；无机物主要有溶解H2S、FeS颗粒、粘土颗粒、粉砂和细砂等，主要以悬浮物形式存在于污水中；油田污水中的微生物主要有硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌等。油田污水除了含有天然的杂质以外还含有一些用来改变污水性质的化学添加剂，以及注入地层的酸类、除氧剂、润滑剂、杀菌剂、防垢剂和驱替剂等。

由于原油产地地质条件、原油性质、注水性质以及原油集输和初加工的整个工艺不尽相同，各油田含油污水水质有较大的差异，详见表1。

从总体上看，油田含油污水都具有以下共同特点：

（1）含多种有机物。含有多种原油有机成分和多种化学药剂，化学需氧量高，有利于微生物的繁殖，容易造成腐蚀和堵塞。

（2）矿化度高。矿化度在1000～14×104mg/L之间。高矿化度会加速腐蚀，并给污水生化处理带来困难。

（3）含油量高。含油量一般在1000 mg/L以上，回注容易堵塞地层，外排会造成油污染。

（4）水中含有微生物。常见微生物有硫酸盐还原菌、铁细菌、腐生菌，均为丝状菌，多数污水中细菌含量为102～104个/mL，有的高达108个/mL，细菌大量繁殖不仅腐蚀管线，而且还会造成地层严重堵塞。

（5）含有大量成垢离子。含有大量的 HCO3-、Ca2+、Mg2+、Ba2+等成垢离子，容易在管道及容器内结垢。

（6）悬浮物含量高。悬浮物含量高，颗粒微小，容易造成地层堵塞。

2.3 油田含油污水处理工艺的水质要求

我国采油污水的处理净化水90%以上用于回注（包括稠油的热采锅炉给水），外排较少。污水处理主要控制指标是油类和悬浮固体含量。另外，水中含氧量高也会加速对管线及设备的腐蚀，同时还为腐生菌的繁殖提供了条件，腐生菌和腐蚀反应物都会造成油层堵塞，从而增大管线、设备的维护及水质处理的成本和工作量。为更好地进行注水油田开发，必须对水质进行处理。

（1）回注水要具有化学稳定性，以免在储存运输过程中发生化学反应形成悬浮固体物质，导致注入井的渗透率降低。

（2）具有一定的洗油能力，以确保注水时采收率不低于储量的60%。主要是水中的表面活性剂含量不宜过多。

（3）必须严格控制注入水中的机械杂质、油含量，以使注水井保持一定的吸收能力。

（4）回注水不应具有腐蚀性。

一般而言，锅炉给水水质除要求去油、悬浮物和细菌外，还要去除二氧化硅，对总硬度、总碱度也有要求。

如采出水外排，则要求去除石油类、悬浮物、有机物及硫化物等。国内油田外排水各项指标均严格遵循GB8978-1996《污水综合排放标准》中相关规定。其中对油含量要求低于10 mg/L，COD值低于150mg/L。针对不同国家，油田污水的排放标准不尽相同。例如印度尼西亚制定的标准如表2。

表2 印度尼西亚油田污水排放标准

3 油田污水处理技术及其工艺

根据对油田污水处理程度和水质要求的不同，通常将污水处理技术分为一级处理、二级处理和三级处理。各级处理所除去或处理对象见表3。一般来说一级处理属于预处理，二级处理能除去90%左右可降解有机物荷90%～95%的固体悬浮物。然而对于重金属毒物和生物难以降解有机物高碳化合物以及在生化处理过程中出现氮、磷难以完全除去，尚需进行三级处理。各级处理技术主要包括重力分离、粗粒化、浮选法、过滤、膜分离以及生物法等十几种方法。

表3 污水处理技术分级

3.1 常用油田污水处理技术

（1）物理水处理技术：物理技术的处理对象为污水中的矿物质、大部分固体悬浮物及油类。主要方法包括过滤、浮选、重力分离、离心分离、蒸发及活性碳吸附等。

（2）化学水处理技术：化学技术虽然有一些弊端，但仍是目前不可避免的水处理程序。化学法主要是通过添加水处理药剂来去除油田污水中的乳化油等部分胶体和溶解性物质。具体手段有混凝沉淀、化学氧化、离子交换。常用的水处理剂包括絮凝剂、氧化剂、杀菌剂等。

（3）物化水处理技术：综合物理技术与化学技术的长处。可以更有效地治理污水，包括浮选法、离子交换法、电渗析等。

（4）生物水处理技术：生物法是利用生态系统中的微生物来消除污染物质，通过微生物在一定时间内快速分解污染物，以降低污水中的COD。

3.2 传统油田水处理工艺

油田的水处理工艺，其流程一般为“隔油——过滤”和“隔油——浮选（或旋流除油）——过滤”，即通常称为的“老三套”，其工艺主要是除去废水中的油和悬浮物。在很长一段时间内，此工艺流程被广泛地应用于各油田的采出水处理中，而且效果良好，处理后的水质一般都能达到回注水的要求。

三段式污水处理流程的主要构筑物是一次除油罐、二次混凝除油罐、压力过滤罐等，处理流程见图1。

图1 三段污水处理工艺流程

二段处理流程主要分为混凝除油和过滤两部分。其主要处理构筑物有混凝除油罐和过滤罐，处理流程见图2。

图2 二段污水处理工艺流程

随着破乳剂质量的不断提高，静电脱水的污水含油率也逐渐下降，而且污水温度越高，乳化程度越低，这为简化污水处理流程创造了有利条件。二段污水处理流程正是在这种情况下，从三段治理的基础上简化而来。

三段流程适应性强，应用范围大，可满足一般的回注水质要求。但所需设备较多。相对的，二段流程简单，设备投入少，节约投资，适用于进水质量较好的情况。

3.3 传统工艺存在的问题

（1）大多数油田污水的可生化性差，如果采用生物法处理，运行成本低，但停留时间长、所需处理构筑物体积大，建设周期长；

（2）采用化学混凝法，流程简单、建设周期短，但加药量大、运行成本高，而且油田污水的成分复杂、变化大、运行不稳定；

（3）采用电气浮法，处理效果好、建设周期短，但电耗大；

（4）“隔油—过滤”和“隔油—浮选（或旋流除油）—过滤”处理工艺，对石油类有较好的处理能力，污水处理后石油类基本达标，但对COD处理效果不明显。

3.4 采出水治理新技术及工艺

经过多年的研究应用和发展，国内外针对采油污水的处理尤其在除油、降低COD方面已取得了多项新技术。在去除污油方面，有三相旋流分离器、高效气浮器、电气浮技术、专项絮凝技术等，在去除悬浮物方面，有吸附过滤技术、连续自动砂滤器、膜分离技术（主要是微滤和超滤）。在去除有机物和盐类方面有：膜技术（纳滤、反渗透）、高级氧化技术（化学催化氧化、光催化氧化、湿式催化氧化、电催化氧化、微波诱导催化氧化、生物酶催化氧化、催化超临界水氧化、超声氧化以及组合氧化等）、生化技术及膜生物反应器等。

随着科技的不断进步，人们对环保的重视程度不断加深，相关领域的研究也不断的发展创新，并且已经取得了众多新成果。例如：旋流技术的应用、全物理性膜分离技术、曝气除铁技术、电化学技术、射流器浮技术、超声波改善水质增注技术、高级氧化技术、超滤法、悬浮、附着厌氧—好氧技术、水质改性技术。总而言之，油田采油污水处理将朝着低污染低污染、低成本、易操作、高效处理方向发展。新的处理方法和流程将是传统方法、生物处理法、膜处理法结合起来的方法。

4 我国油田污水处理方法研究方向

（1）寻找新型高效的药剂。

（2）深入研究凝结除油原理，寻找有效的凝结材料，提高除油效率。

（3）开发复合菌种。

（4）开发工艺更为先进的配套单元处理设备，提高处理效率，减少占地面积。

油田含油污水处理问题是一项难度极大的技术课题，也是一项关系地下和地面的复杂系统工程。从目前国内含油污水处理技术的研究及应用现状来看，与国外相比还有一定的差距，未能很好解决这一关系油田生产和环保事业的难题。因此，开发出新的油田含油污水综合处理及回用技术，必将给油田含油污水处理领域带来希望和生机。

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