关于油田污水处理新技术新装备的相关研究

綦春忠 张红新 黄延霞 尚 萍 杨冉冉

胜利油田孤岛采油厂注采管理八区 山东 东营 257200

在社会经济发展越来越繁荣的同时,社会生产伴随着也越来越发达,其中石油是社会生产最不可或缺的环节之一。石油作为燃料和汽油,是世界上最重要的能源之一,另外石油还可作为生产原料,被大规模采用到许多化学工业产品之中。

随着油田开发行业的发展,油田采出的污水量也随着年份增加而增加。大量的污水如果未得到处理,将会对周围生态带来沉重的影响,石油开采的经济效益也会受到伤害。因此,为了统一经济和生态的和谐发展,加强油田污水处理问题不可懈怠。污水处理因为不同的污水来源有不同的处理策略和技术,下面将系统地介绍各种污水处理技术以及新近的技术和装备。

一、油田污水处理的概况

1.油田污水处理的必要性。石油开采是对石油进行挖掘和提取的行为,主要开发场地是石油储存的地方,即油田。石油是埋藏于地下很深地方的流体矿物,要采用各种技术对石油进行开采。目前,我国大部分油田已经具备了长时间的开采年限,开采阶段已经到了中后期,因此采出原油的含水量已经居高不下,提取原油后,所分离的水就含有了大量的油、有机杂质和无际有害分子,将会对生态造成危害,甚至会威胁生活安全。所以,采用各种技术对污水进行处理,将污水中的原油、悬浮杂质、有害的化学离子在污水回注前分离出来,还以环境纯净的水资源。因此,油田污水处理对节能、减排、保护环境、保护水资源有着重大的作用,最重要的是促进了经济效益与社会效益、生态效益一体化建设。

2.油田污水处理的发展现状。目前的污水处理基本以隔油-旋流-除油-过滤[1]四个步骤进行处理,将污水中的有害物去除或者降低,最终达到水资源的回注。按照以上步骤,各油田的污水系统常以物理法、化学法和生物法为主要的处理发放。物理法主要是对污水进行重力分离、气浮分离、膜分离、离心分离、过滤[1]等通过物理外力作用方式进行分离；化学方法是通过加入一些化学药剂或者电化学方式对污水进行化学反应,将污水中的有害物质溶解或者转变,如絮凝技术、缓蚀技术、阻垢技术、杀菌技术[2]等；生物处理法是污水处理运用最广的方法,然而在油田污水处理上运用较少,一般采用活性污泥法、生物膜法以及氧化塘法。油田处理污水的方法和种类多,针对性强,然而因为含水量随着年限逐渐增加,污水处理技术的效果不再理想,因此,污水处理需要开发新的装置和新的技术。

二、油田污水处理的新技术和新设备

1.膜分离技术。通过运用选择透过性污水分离膜和压力循环水泵[3]这两种新型的装备,对污水进行水油分离,从而达到纯净水资源的目的。其工作原理是根据物理膜的选择透过性,以其两端的不同压力形成压力差,对污水中的规格各异的杂质施压压力,促使这些规格、形状、带电荷数的杂质从水中脱离出来,完成了有机分子和无机离子与水的分离。膜分离技术只要使用选择透过性分离膜和压力循环水泵这两种设备,在资源成本上能节省下一大笔开支,又通过物理性原理,在实际的作业过程中也容易操作上手,油田污水的处理效率也不断提高。

膜分离技术因为分离膜的材质不一样,可以分为有机膜、无机膜和复合膜[3]三种膜分离方式。第一种有机膜是一种高分子膜,由高分子聚合物制作而成,其亲水性和疏水性可以很好地运用到污水分离工作当中。疏水性可以很好地进行杂质与水的分离,但是容易受到污水的污染,然而膜的亲水性却可以弥补这一缺点,对污水具备很强的抵抗能力；第二种无机膜相比于有机膜而言,具备更强的抗腐蚀能力,对温度容忍度高,以金属材质和陶瓷材质组成的无机膜发展较为先进,其中陶瓷无机膜的工作效率高,占据了大量市场。然而,由于成本的因素,无机膜还未广泛运用到油田污水分离之中；第三种复合膜,其材质由任何可能的材料结合而成,包括无机材质和有机材质的结合。复合膜采纳了有机膜和无机膜的优势,规避了其不足的因素,在高效率工作的同时又能具备高强度的抵抗能力。然而,复合膜的采用需要克服制造工艺难度上的问题。

2.高级氧化技术。高级氧化技术是当下最新的科学研究成果,由光、电、声、磁[1]等物质科学组合交杂在一起发展而来的。高级氧化技术可以在污水中投入相应的化学药剂产生氧化反应从而促进有机污染成分进行转变,将污染物分子进行溶解和转变。高级氧化技术在水中产出氢氧化学基团不仅能有效转化污染分子,而且其产出的二氧化碳、水、无机盐等物质对水不会产生实质性的伤害。因其通过化学反应进行氧化,其工作上的操作性简便,同时在水中的化学反应发生范围广,污水处理的效率高。

高级氧化技术在油田污水处理中主要以臭氧氧化技术、高铁酸盐氧化技术、光催化氧化技术三种形式为主。臭氧氧化技术主要在碱性环境下使用,通过臭氧的杀菌作用处理污水中的有害物质,有效地纯净水资源；高铁酸盐氧化技术是以六价铁盐的强氧化性在污水中进行消毒作用,并且其氧化后的反应还原物氢氧化铁能高效地除去沉浮的杂质,是一种非常高效的净化水技术；最后一种光催化氧化技术是目前最新的研究成果,其工作原理就是在光的作用下进行氧化反应,利用某种催化剂激发光照辐射与氧化剂相结合,所反应产生的氢氧化学基团可以很好地净化污水。

3.极限微生物处理法。极限微生物处理法是目前研发的一种全新的污水处理方法。极限生物处理法可以解决化学需氧量过高和油水分离导致的杂质过多等问题,取代氧化反应和物理分离作用,将培养的新型微生物投入污水中,利用创造出的微生物细菌群在水中进行生物分子的生态链作用,降低污水的污染程度,纯净提高水质。

微生物处理技术主要分为好氧微生物处理法和厌氧微生物处理法。好氧微生物处理法是将藻类等微生物投入污水中,利用生态自然反应分解污水有机物,有利于维护生态的平衡,所产生的化学还原物也不会对环境造成负担；厌氧微生物处理法是利用厌氧微生物与污水有害物质进行接触,在反应器中对有机物进行分解,从而达到纯净污水的作用。虽然其工作原理和作用都有利于环境水质的发展,在众多新技术中脱颖而出,但其开发被成本、效率和实用性所绊住了脚步。

4.超声波污水处理技术。超声波降解是通过超声波的空化作用对污水中的有机物进行降解,工作原理主要是以空化理论和自由基氧化理论为主。超声波在水中产生高温高压能生成多种氧化性离子,促成污染物被氧化分解。超声波污水处理原理简单,可操作性强,然而超声波反应的符合条件难以控制,成本也太高,超声波所需要的设备也未得到进一步发展,所以超声波污水处理技术未能大范围运用到实际当中。

三、结语

综上所述,虽然油田污水处理的新技术和新设备都得到了一定程度的研发,然而要克服各种技术的弱点,集中发挥其处理污水的实际效能,油田污水处理技术还需要进一步的研究和开发。