油田污水曝气预处理技术实验研究

赵德银,马馨悦,马有龙,侯建平

(中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

油田污水曝气预处理技术实验研究

赵德银,马馨悦,马有龙,侯建平

(中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

油田污水普遍含有还原性离子，在回注过程中还原性离子往往因氧化而产生絮体，导致注水水质不能满足油田注水要求。为解决上述问题，首次开展了曝气预处理实验研究。室内动态研究表明：在曝气比(空气与水体积比)为1.5条件下，Fe2+和S2-还原性离子质量浓度分别由11.6 mg/L和4.8 mg/L降低至0.8 mg/L和1.5 mg/L，油质量浓度由35.1 mg/L降低至9.1 mg/L，固体悬浮物质量浓度由31.4 mg/L降低至8.7 mg/L，具有显著改善水质的作用，通过合理控制曝气比可有效避免因曝气而导致腐蚀速率增加的问题。

油田污水 曝气预处理 还原性离子

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

所用试剂有草酸、盐酸、无水硫酸钠、无水乙

醇、柠檬酸三铵、丙酮、双氧水、氨水、磺基水杨酸、铁铵矾，以上均为分析纯；聚合氯化铝(PAC)、阴离子聚丙烯酰胺(PAM)，以上均为工业级。

所用仪器有Zetasizer Nano Z电位仪；Mastersizer 2000粒度仪。

1.2 测试方法

水质分析参照行业标准：SY/T 5329—2012 《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》。

1.3 实验方法

在原处理工艺基础上新增曝气预处理环节，其实验流程为：污水经除油罐除油后进入曝气罐(1 m3)进行曝气预处理，再在沉降罐进口管道中先后分别加入200 mg/L PAC和10 mg/L PAM，经沉降罐沉降后进入过滤罐过滤，过滤后供实验分析。曝气预处理技术实验流程见图1。

2 结果与讨论

2.1 污水物性分析

表1和表2为塔河油田一号联合站处理后污水(旧工艺出水)水质分析结果。污水矿化度高达233 262 mg/L，污水中Cl-，Ca2+和Mg2+含量较高，属CaCl2水型。水质pH值较低，悬浮物、含油量、总铁、腐蚀速率均较高。

图1 曝气技术实验流程

表1 污水水质分析 mg/L

表2 污水水质指标及腐蚀速率监测结果

2.2 曝气比对处理效果影响

2.2.1 曝气比对还原性离子去除实验

通过调节不同的曝气比，考察了不同曝气量对还原性离子的影响，其结果见图2。随着曝气量的增加，氧气与溶解在水中的Fe2+和S2-反应更为彻底，Fe2+氧化为Fe3+，Fe3+易在水中形成沉淀，使总铁含量降低；S2-在酸性条件下氧化为S单质，使S2-含量降低[3]。由此可见，油田污水采用曝气预处理技术可有效的降低污水中的还原性离子含量，并随着曝气量的增加，还原性离子去除率增加，当气水体积比达到1.5时，还原性离子去除率增幅较小。

图2 曝气比对还原性离子去除率的影响

2.2.2 曝气比对含油去除率实验

图3是不同曝气比对含油去除率影响的实验结果。由图3可知，随着曝气比增加，水中油质量浓度下降。这是由于在曝气过程中产生大量的微小气泡，气泡在水中具有亲油性而附着于水中的微小油粒上，进而增加油粒的浮力使油粒上浮，在上浮过程中与其他油粒聚集形成更大的油粒，在后续的絮凝处理中更有利于与絮体结合而沉降分离出来。

图3 曝气比对含油去除率的影响

2.2.3 曝气比对固体悬浮物的影响

图4是不同曝气比对固体悬浮物去除率影响的实验结果。由图4可知，曝气对污水悬浮去除具有较大的作用，曝气量越大，固体悬浮物去除率越大。但由于油田污水中固体悬浮物种类繁杂，含有部分亲水性固体悬浮物，随着曝气量的增加，固体悬浮物去除率并不能随之增加。在曝气过程中，污水中憎水性颗粒表面容易附着气泡，加之污水中的Fe2+氧化为Fe3+后形成絮体，絮体具有网络结构，容易截留气泡，两者相辅相成，促进固体悬浮物的去除。通过对曝气前后污水中固体悬浮物粒径分布对比可知(见图5)，污水在曝气前固体颗粒粒径主要分布于10～50 μm，曝气后在Fe3+絮凝和气浮双重作用下固体颗粒粒径主要分布于400～3 000 μm，有助于固体悬浮物的沉降分离和过滤分离。

图4 曝气比对固体悬浮物去除率的影响

图5 曝气前后悬浮物粒径变化

2.2.4 曝气比对污水腐蚀速率的影响

图6是曝气比对污水腐蚀速率的影响。由图6可知，合理的控制曝气比不足以导致污水腐蚀速率增加，当曝气比大于2.5后腐蚀速率才随着曝气量的增加有所增加。若曝气过量会增加污水中的溶解氧，从而加大对回注系统设备、管网的腐蚀,因此，在实验考察研究了不同曝气比条件下污水平均腐蚀速率的变化。有研究指出[4]，在常温、常压下氧气在淡水中的溶解度为8～10 mL/L，在高浓度盐水中的溶解度会降低50%以上。在曝气过程中溶解在污水中的氧气先与还原性离子反应，当污水中还原性离子浓度过低、曝气量过大时污水中的溶解氧才有所增加。

图6 曝气比对污水腐蚀速率的影响

3 结 论

(1)油田污水采用曝气预处理技术不仅可以有效去除污水中的还原性离子，还有助于去除污水中固体悬浮物，有效地控制曝气比可避免曝气过量带来腐蚀问题。

(2)实验表明，曝气比为1.5时为最佳比例，在此曝气条件下，Fe2+和S2-还原性离子质量浓度分别由11.6 mg/L和4.8 mg/L降低至0.8 mg/L和1.5 mg/L，含油质量浓度由35.1 mg/L降低至9.1 mg/L，固体悬浮物质量浓度由31.4 mg/L降低至8.7 mg/L，水质平均腐蚀速率相比曝气前几乎无变化。

[1] 曹怀山,姜红,谭云贤,等.胜利油田回注污水处理技术现状及发展趋势[J].油田化学,2009,26(2):218-220.

[2] 纪云岭，张爱社，张丽,等.中原油田注水水质改性技术[J].油田化学,2003,20(1):13-14.

[3] 任南琪,王爱杰,李建政,等．硫化物氧化及新工艺[J]．哈尔滨工业大学学报，2003，35(3):265-268.

[4] Rettich T R,Battino R,W ilhelm E.Solubility of gases in liquids(22):High precision determination of Henry’s law constants of oxygen in liquid water from 274 K to 328 K[J].Journal of Thermodynamics,2000,32(1):1145-1156.

(编辑 王维宗)

Experimental Research on Aeration Pretreatment Technology of Oilfield Wastewater

ZhaoDeyin,MaXinyue,MaYoulong,HouJianping

(SINOPECNorthwestOilfieldBranch,Urumqi830011,China)

Generally, oilfield wastewater contains reducing ions. Reducing ions prone to produce floc by oxidation during the re-injection process, which causes that water quality can’t meet the requirements of oilfield water injection. In order to solve the above problems, the aeration pretreatment experiment was carried out for the first time. Indoor dynamic research showed that, under the aeration ratio of 1.5 (air-water volume ratio), mass concentrations of reducing ions Fe2+and S2-reduce to 0.8 mg/L and 1.5 mg/L from 11.6 mg/L and 4.8 mg/L, respectively, oil content reduces to 9.1 mg/L from 35.1 mg/L, and the content of solid suspended matter reduces to 8.7 mg/L from 31.4 mg/L. The technology can improve water quality obviously, and the problem that aeration increases the corrosion rate can be avoided by controlling the aeration ratio reasonably.

oilfield wastewater, aeration pretreatment, reducing ions

2016-08-03；修改稿收到日期：2017-02-07。

赵德银(1986-)，工程师，硕士，就职于该公司工程技术研究院，主要从事油气集输处理技术研究。E-mail：251132670@qq.com