油田外排污水处理技术及研究进展

1、油田外排污水处理技术及研究进展任永忠 1, 陈素宁 2, 刘智金 2, 邓文海 2, 万 钢 2, 向 安 2(1. 中国海洋石油有限公司天津分公司 , 天津 300452; 2. 天津亿利科石油技术发展有限公司 , 天津 300384摘 要 :随着我国油田的不断开发 , 油田相继进入高含水 开采期 , 采出液的综合含水率达到 90%以 上 , 大量多余 油 田污 水不断产生 , 因此做好油田污水处理是当务之 急。本文针 对油田 污水的 产生及 特点 , 介绍了 油田外 排污水 的 主要 处理技术 , 综述了目前油田外排污水处理技术的研究 和应用进展 , 以及亟待解 决的问题 , 并对今 后油

2、田外排 污 水处理技术的发展提出了展望 , 为油田外排污水 处理提供了新思路。 关键词 :油田污水 ; 外排处理技术 ; 展望中图分类号 :X703; X74 文献标识 码 :A 文章编号 :1671 1556(2011 02 0045 04收稿日期 :2010 08 11 修回日期 :2010 08 30:( , , 工程师 , mail:ren ooc. com. cnTreatment Technology of Oilfield DischargedWastewater and Development TendencyREN Yong zho ng 1, CH EN Su ning 2

3、, LIU Zhi jin 2, DENG Wen hai 2, WAN Gang 2, XIANG An 2(1. CN OOC L imited T ianj in Br anch, Tianj in 300452, China; 2. E T ECH Oilf ieldT echnology D evelop ment Co. , L td. , T ianj in 300384, ChinaAbstract:With the development of China s oilfields, oilfields have entered hig h w ater cut stag e,

4、 and com posite w ater cut is m ore than 90%, resulting in a large amount o f trivial w astew ater. Meanw hile, the de m and of environmental protection for oilfield w astewater is mo re and m ore cr itical, so the status of China s w ater resources has becom e increasing ly intense. T he urgent aff

5、air s are how to treat the o ilfield dis char ged w astew ater in a g ood w ay. According to the pr oduction and features of oilfield w astew ater, this pa per r eview s the technolog ies, hot study fields and the application prog ress o f the treatm ent of oilfield dis char ged w astew ater. The di

6、fficulties o f discharg ing treatment are summarizes by analy zing the discharg ing tr eatment technolog ies. At last, the paper pr opo ses a prospect of the development about the treatment tech nolo gy of oilfield discharg ed w astew ater.Key words:oilfield w astew ater; discharg ing treatment tech

7、no logy ; development pro spect0 引言随着国内石油开采的不断深入 , 我国大部分油 田相继进入中后期开采阶段 (高含水开采阶段 , 通 过注水和改变注入水的特征提高油田采油率已成为 主要的开采方式。一些油田开采后期 , 采出液的综合含水率达到 90%以上 1, 导致大量多余采油污水 的产生。因此 , 油田污水处理越来越受到关注 , 探讨 新技术、 研究新工艺 , 有效地处理采油污水使之达到回注及外排的要求 , 已成为油田开发的重要任务。1 油田外排污水的产生及特点为了保持合适的油藏能量及石油采出率 , 油井注水及注水驱油、 化学驱油成为油田保持地层压力、 提高采

8、油率的必需措施。因此 , 在石油开采过程中 , 各油层采出液具有较高的含水率。各油层采出液经 原油脱水工艺处理后的脱出水被称为油田采出水或第 18卷 第 2期 2011年 3月 安 全 与 环 境 工 程 Safety and Enviro nm ental EngineeringVol. 18 No. 2M ar. 2011外排污水。油田外排的采油污水 , 主要来源于油田 生产过程中注采不平衡时产生的污水 , 以及油气集 输装置大修和冲洗地面管线时排放的污水。这部分 污水除含有原油外 , 还含有许多原油从地层中携带 出来的各种盐类、 有机物质和悬浮固体 , 以及在油气 集输过程中添加的许多化

9、学处理药剂 , 同时污水中 还含有一些微生物。由此可见 , 油田外排采油污水 是一个非常复杂的体系 , 一般具有以下特征 2, 3: (1 含油量高 , 一般在 1000m g/L 以上 , 除部分 浮油外 , 主要是 90 m 以下的分散油和乳化油 ;(2 水温高 , 一般水温度在 4060! 以上 ;(3 矿化 度高 , 一般在 2000050000m g/L 之间 , 甚至每 升可达数十万毫克 , 如 江汉、 胜利、 中 原、 大庆等油田采出水的矿化度都很高 ;(4 pH 值偏碱性 , 一般在 7. 58. 5之间 ;(5 污水 中 含有 大量 的细 菌 , 主要 是 腐生 菌 (TGB

10、, 1030 m 和硫 酸盐还原 菌 (SRB, 510 m ;(6 溶解氧 DO 很低 ;(7 含有一定数量的破乳剂和一定浓度的硫化 物 ;(8 COD 指标高 , 从几百到上万 m g/L 不等 ;(9 污染物浓度变化大 , 由于采油过程以及管 理等方面的原因 , 油田采出水水质水量具有多变性。2 油田外排污水主要处理技术国内采油污水的处理技术主要是针对污水回注 设计的 4, 其工艺流程一般为 隔油 浮选 (或旋流 除油 过滤 #, 即通常称为的 老三套 #, 主要是除去 废水中的油和悬浮物。此工艺广泛应用于各油田的 采出水处理中 , 而且效果良好 , 处理后的水质一般都 能达到回注的要求

11、。随着油田综合含水率的提高 , 采油污水的产生 量不断增加 , 已不能全部用于回注或回灌 , 致使采出 水量与回注水量平衡被打破 , 部分采油污水要排放 到环境中。在对这些外排采油污水处理时要充分考 虑 COD 、 油等各项指标 , 因此提高采油污水处理率 及采用先进有效的处理工艺已成为解决采油污水外 排问题的关键。目前 , 油田外排污水主要采用的处 理技术如下。2. 1 物理处理法物理处理法的重点是去除废水中的矿物质和大 部分固体悬浮物、 油类等。不同的物理处理法有各 术、 气浮技术、 吸附技术等。我国江汉油田采油一厂和胜利油田辛一废水处 理站一级除油均采用重力分离技术。水力旋流法是 国外

12、20世纪 80年代末开始开发和应用的高效除油 法 , 北海、 非洲、 西欧、 东南亚等地区陆上和海上油田 均有应用 5, 是油水离心分离技术的发展趋势。过 滤法是使采油污水流过过滤器 , 除去水中的油和悬 浮物 , 但应 用时 易造 成滤料 堵塞 和损 害。张 逢玉 等 6对大庆现有核桃壳过滤器进行改造 , 开发出低 压稳流核桃壳过滤器 , 通过现场测试 , 证明该低压稳 流核桃壳过滤器 反冲洗压 力由原来 的 0. 150. 4 M Pa 降低到 0. 030. 06MPa, 且能够实现罐群水 反冲洗 , 反冲洗效果好 , 滤料再生效果好。膜分离技 术是利用特殊制造的多孔材料的拦截能力 ,

13、以物理 截留的方式去除水中一定颗粒大小的杂质 , 可以看 作是两相之间一个具有透过选择性的屏障 , 或看作 是两相之间的一个界面。近年来 , 国内外均加大了 膜处理技术的研发力 度。 K. Karakulski 等 7用管 状超滤 膜 处 理 含 油废 水 , 出 水 的 油 浓度 小 于 10 m g/L, COD 去除率为 80%; 进一步用反渗透膜处理 后 , COD 去 除率 达 到 98. 5%, 悬浮 物 去除 率 达到 95. 7%, 出水可作为工业回用水。气浮法又称浮选 法 , 一般与絮凝法结合使用 , 应用广泛。气浮法还具 有充氧的功效 , 能提高微生物的生化降解性能 , 可

14、作 为生化法的预处理技术。目前国外对气浮法的研究 多集中在气浮装置的革新、 改进以及气浮工艺优化 组合方面。阿曼的 Sultan Qaboos 大学用聚合氯化 铝 (PAC 和聚丙烯酰胺作混凝剂 , 结合气浮法处理 M armul 油田 的 采 油废 水 , 含 油 废 水 的 油 浓度 由 100200m g/L 降至 20mg /L 以下 8。吸附法是 利用吸附剂的多孔性和较大的比表面积吸附废水中 的污染物质 , 对其他方法难以去除的一些大分子的 有机污染物的处理效果尤为显著 , 常用于含油污水 的深度处理 , 其最新研究进展体现在高效、 经济吸附 剂的开发与应用。如在 T eapotDo

15、m e 油田 , 将胺聚 合物加入膨润土中 , 制成改性的有机黏土颗粒吸附 剂对采油废水进行吸附 , 出水中石油类碳氢化合物、 油脂、 苯 类物质 的含量 在经 过两次 吸附 后均 小于 0. 5 g /L 9。2. 2 化学和物理化学处理法化学法和物理化学法主要用于处理废水中不能 单独用物理法或生物法去除的一部分胶体和溶解性 物质 , 特别是含油废水中的乳化油。常用的化学和 物理化学处理方法主要包括混凝沉淀法、 盐析法、 化46 安 全 与 环 境 工 程 第 18卷混凝沉淀法是借助混凝剂对胶体粒子的静电中 和、 吸附、 架桥等作用使胶体粒子脱稳 , 在絮凝剂的 作用下发生絮凝沉淀 , 达到

16、去除污水中的悬浮物和 可溶性污染物的目的。目前采用的混凝剂主要有铝 盐类、 铁盐类、 聚丙烯酰胺类、 接枝淀粉类等。化学 混凝法操作简单、 费用较低 , 去除溶解油和悬浮物的 效果也较好 ; 其缺点是产生的泥渣多 , 加入化学药剂 有可能会造成水体二次污染 , 同时 COD 的去 除率 不高。因此 , 单独使用混凝法处理采油废水很难满 足排放标准的要求 , 一般将其作为预处理技术。邵 青等 10用 TX 107系列有机高分子破乳絮凝剂对采 油污水进行试验 , 使用药剂处理后的出水平均含油 量低于 26. 7mg/L 。盐析法主要通过压缩油粒与水 界面处双电层的厚度 , 使油粒脱稳。该方法由于操

17、 作简单、 费用较低 , 所以使用较多 , 作为预处理应用 更为广泛 ; 但单纯盐析法投药量大 (1%5% , 聚析 速度慢 , 沉降分离时间一般在 24h 以上 , 设备占地 面积大 , 而且对由表面活性剂稳定的含油乳状液的 处理效果不好。化学氧化法是转化废水中污染物的 有效方法 , 能将废水中呈溶解状态的无机物和有机 物转化为微毒、 无毒物质或转化成容易与水分离的 形态。化学氧化法一般是作为预处理技术或与其他 方法联用。当前用于采油废水处理的化学氧化法主 要有臭氧氧 化法、 U V/O 3氧化法、 UV/H 2O 2氧 化 法、 催化氧化等。绥中某油田采油废水气浮处理后 通过 吸 附 臭

18、氧 氧 化 处 理 , COD 由 原 来 的 628. 1 mg/L 降 至 280320mg/L, 平 均 去 除 率 为 31. 9%11。电化学法是以金属铝或铁作为 阳极电 解处理含油废水 , 主要适用于机加工工业中冷却润 滑液在化学絮凝后的二级处理。目前该方法已得到 广泛应用 , 如在开采海洋油田时产生的废水 , 由于其 含有苯系衍生物和多环芳烃化合物及氯离子 , 用生 化降解法难以使其 COD 值达到我国有关规定的一 级排放标准 , 而李海涛等 12用钛基钌铱锰锡钛多元 氧化物涂层电极作阳极 , 钛作阴极对某海洋油田产 生的有机污水进行循环电解 , 将该污水降解至国家 污水一级排放

19、标准以下。但该方法能耗较大 , 日处 理能力较小 , 阳极钝化现象严重 , 产生的 Cl 2具有刺 激性气味 , 对人和环境有一定的毒害作用 , 因此该方 法难以在生产中大力推广应用。2. 3 生物处理法含油废水经隔油、 浮选等处理后 , 出水油含量一 般仍高达 2030mg/L, 且废水中存在其他溶解性 有机物 , COD 仍很高 , 达不到国家规定的排放标准 , 的生化作用 , 将复杂的有机物分解为简单的物质 , 将 有毒的物质转化为无毒物质 , 从而使废水得以净化。 根据微生物在污水中的存在状态 , 可分为活性污泥 法和生物膜法 ; 根据氧气的供应与否 , 又可将其分成 好氧生物处理和厌

20、氧生物处理。2. 3. 1 好氧生物处理好氧生物处理方法主要有活性污泥法和生物膜 法 , 并由此发展出多种工艺。(1 活性污泥法。在采油废水处理中活性污泥 法应用最多的工艺为 SBR (Sequencing Batch Reac tor 。 D. D. Fr eire 等 13应用 SBR 工艺对油田采油 废水进行生物处理试验 , 氨氮和苯酚类的平均去除 率分别达 93%和 65%, COD 的去除率在 50%以上。 (2 生物膜法。生物膜法应用于采油废水处理 中的方法主要有生物滤池、 生物流化床和生物接触 氧化等。因为采油废水的悬浮物 (SS 一般较高 , 生 物膜法处理的废水必须先进行预处

21、理。 J. C. Cam pus 等 14将微滤处理后的采油污水通入放有聚苯乙 烯颗粒的空气提升反应器中 , 聚苯乙烯颗粒直径 2 m m, 其上附有生物膜 , 在反应过程中向其中通入空 气 , 在水力停 留时间达 12h 时 , COD 的去除 率达 65%, T OC 的去除率达 80%。2. 3. 2 厌氧 好氧联合处理竺建荣等 15采用厌氧 好氧交替 (AAA 工艺处 理辽河油田废水 , 结果表明 :采用 AAA 工艺处理气 浮预处理后的废水 , 当进水 COD 为 970mg /L 时 , 出水 COD 最终约在 350mg /L, COD 去除率保持在 64%左右 ; 经厌氧 UA

22、SB 反应器处理后的废水 , 再 经过 AAA 工艺处理 , 其 COD 能够从 350m g/L 降 至 160240mg/L 。闻岳等 16采用水解酸化 好氧 法对经物化预处理的油田废水进行试验研究 , 当进 水 COD 为 190220mg /L 、 水解酸化段和好氧段停 留时间均为 10h 时 , 出水 COD 为 6575m g/L, 达 到国家标准 GB3550 83第一级 类水 质排放标准 的要求。2. 3. 3 化学 好氧联合处理胜利油田孤岛采油厂的采油污水使用隔油、 气 浮、 生物接触氧化沉淀处理后 , 出水 COD 小于 150 m g/L, 含 油 量 小 于 10m g

23、/L, 达 到 国 家 标 准 GB8978 1996二类水质 排放标准 的要求 17。实践 证明 , 在生物接触氧化处理工艺中 , 要严格筛选菌种 并加以 培养 , 才 能实 现良好 的去 除效 果。刘 惠卿 等 18利用絮凝 生物接触氧化 法处理含油废 水 , 结 果表明 COD 去除率达 68%。47第 2期 任永忠等 :油田外 排污水处理技术及研究进展污水的自然生物处理主要是氧化塘法 , 该方法 处理采油废水在国内外已得到了广泛的应用。胜利 油田桩西联外排污水利用当地特有的芦苇塘资源作 氧化塘 , 污染物在氧化塘中经吸咐、 过滤、 沉降、 生物 降解作用得以去除 , 处理后达标排放 1

24、9。国外也有 报道 , 在经 A PI 隔油池和气浮处理后采用氧化塘法 进一步处理 , 气浮单元出水含油量为 40m g/L, 在氧 化塘停 留时 间超 过 20d 后 , 出 水 含油 量低 于 18 mg/L 20。总之 , 生物处理法具有处理量大、 不产生二次污 染、 出水水质稳定、 投资及运行成本低的特点。针对 采油污水的 BOD 和 COD 值严重偏高、 可生化性较 低、 微生物不易生长繁殖的特点 , 在生物处理前需要 对其进行预处理 , 使含油污水的可生化性提高。生 物处理法科技含量高 , 特别是优势菌的筛选和驯化 难度大 , 因此如何形成成熟的技术、 工艺尚需进一步 研究。3 油

25、田 污水 处理 技 术亟 待解 决 的主 要问 题近年来石油开采不断深入 , 聚合物采油及三元 复合驱采技术逐渐被一些主要油田应用 , 采出水水 质与以往相比发生了很大的变化 , 因此采油污水处 理技术亟待解决的问题也日渐突出。(1 采油污水的达标排放技术。虽然国内相关 单位开展了大量的采油污水达标排放研究工作 , 但 由于各油田采出水的性质差异较大 , 前期化学处理 剂添加量高 , 水质随油区变化大等特点 , 迄今为止尚 未出现一种适合在国内广泛推行的新技术。随着油 田开采的深入发展 , 外排水量的增加 , 这一问题将成 为制约油田发展的一个因素。(2 稠油污水的回用、 达标排放技术。稠油污

26、 水处理在部分油田是一个长期 以来难以解决 的问 题。由于稠油污水前端油水分离效果不理想 , 使其 含油量、 含泥量高 , 并且污水中含有大量人工合成的 有机高分子化 合物和 地层 中的 胶质类 物质 , 同 时 B/C 比值极低 , 属生化难降解水质。(3 低温含油污水的处理技术。由于常温集输 工艺不断推广 , 目前的含油污水处理工艺将需进行 适当的调整 , 以适应较低温度废水的处理。由于采 出液温度较低 , 油水分离效果不好 , 致使废水含油浓 度增大。(4 聚合物驱油三元复合采油污水处理技术。 为了提高原油的采收率 , 向地层中注入一定浓度的 流度比 , 提高水在非均质地层中的波及系数

27、21。聚 合物采油和三元复合采油污水具有水量大、 成分复 杂和难以处理的特点 , 其中高黏度、 强乳化稳定性和 可生化性更差 是其区别于其他采油污 水的主要特 征。目前针对聚合物采 油污水和三元 复合采油污 水 , 国内外尚没有成熟的处理技术可以借鉴 , 我国主 力油田都依赖聚合物采出技术和三元复合采油技术 实现增产、 稳产 , 如果外排水水质的达标排放问题不 能得到很好的解决 , 将会严重制约我国石油工业的 发展。4 结论与展望(1 针对采油污水的产生及特点 , 经过多年的 研究应用和发展 , 国内外对油田采出水的处理尤其 在除油、 降低 COD 方面已 取得了多项新 技术。但 是随着国内石

28、油开采的不断深入以及人们对环境污 染和经济效益之间相互制约关系认识的加深 , 采油 污水处理技术亟待解决的问题日益突出。因此 , 应 针对污水处理的必要性、 技术方法的可行性以及工 艺设备的经济性 , 广泛开展大量新技术的研究工作。 (2 采油污水属难处理污水之一 , 对于采油外 排污水的处理 , 其主要难点是 COD 的去除 , 要实现 达标排放 , 单一的方法难以达到要求 , 因此加大对多 种方法联合处理技术的投资和科研力度是非常必要 的 , 同时不断总结各项处理技术的优势和不足 , 吸收 消化国外先进技术 , 以优势互补为原则进行组合 , 改 进传统的处理工艺 , 将有助于油田外排污水处

29、理技 术的发展和降低油田污水处理成本。(3 生 物处理法处 理采油污 水具有运 行能耗 低、 不产生二次污染、 降解有机物彻底、 出水水质稳 定、 处理水量大等特点 , 但采油污水含油量高、 矿化 度高、 可生化性差 , 若要提高污水的可生化性 , 可通 过气浮、 化学氧化或厌氧等手段 , 用生化法作为采油 污水二级处理工艺在经济上是合理、 技术上可行的。 而生化法处理采油外排污水的关键是强化难生物降 解污水的可生化性和培养驯化优势菌群 , 利用生物 基因工程技术 , 再造微生物新物种 , 加快污染处理进 程 , 这将是今后研究的一个重要课题和方向。参考文献 :1雷乐成 , 杨岳 平 , 汪

30、大 翚 . 污水 回用 新技术 及工 程设 计 M . 北 京 :化学工业出版社 , 2002.2池波 . 新型一体 化装置 处理油 田采出 水的试 验研究 D. 武 汉 :武汉理工大学 , 硕士学位论文 , 2006:9-19.(下转第 64页 应急救援装备 , 目前很多城市因缺乏应急救援设备 而影响突发公共事件应急救援工作的进展 , 因此政 府要进一步提高城市突发公共事件应急救援工作的 效率 , 必须引进新技术、 运用高科技应急救援设备 , 同时加大对城市应急救援资金的投入。4. 4 加快城市应急指挥平台的建设应急指挥平台的建立 , 可以有效提高城市应对突 发事件的反应能力。美、 日、 澳

31、大利亚等发达国家有 功能强化、 高度统一的应急指挥平台 , 应急救援能力 强、 效率极高 , 值得我们借鉴。然而我国应急指挥平 台的建设还处于起步阶段 , 初步完成应急联动建设的 也仅有北京、 上海、 广州等大城市 10, 中小城市的应 急指挥平台建设几乎为零。因此 , 要提升应急救援体 系的现代化水平 , 必须加快城市应急指挥平台的建 设。5 结 论(1 城市突发公共事件应急救援体系的建立 , 有利于预防和控制城市突发公共事件的发生 , 减少 人员伤亡和财产损失 , 符合科学发展观的要求。如 何建立科学系统的城市突发公 共事件应急救 援体 系 , 将是城市和谐发展的重点 , 也是减少灾害事故

32、发 生的需要。(2 建设城市突发公共事件应急救援体系是一 项复杂的工作 , 涉及多方面的内容 , 目前我国针对城 市突发公共事件应急救援体系的研究还不够深入 , 因此应在法律法规、 安全文化、 应急装备及设施方面 加以完善。参考文献 :1蒋琦 . 区域突发公共事件应急联动体系研究 D. 武汉 :武汉理工 大学 , 博士学位论文 , 20062王泉洁 . 论我国城市突发公共事件的应急管理 D. 青岛 :山东师 范大学 , 硕士学位论文 , 20093张维平 . 突发事件 预警管理 体系的构 建及运行 J. 中 国人民 公 安大学学报 (社会科学版 , 2009, (1 :61-674谢谦 . 城

33、市轨道交 通系统应 急救援体 系的建设 J. 现 代城市 轨 道交通 , 2005, (2 :41-435樊运晓 . 应 急救 援预案 编制 实务 理 论 %实践 %实 例 M . 北 京 :化学工业出版社 , 20096汤大为 , 王红卫 . 突发公共事件应急救援决策支持系统 研究 J . 中国公共安全 (综合版 , 2006, (10 :132-135.7&应急救援系列 丛书 编 委会 . 应急 救援基础 知识 M . 北京 :中 国石化出版社 , 20088杨宏达 , 康玉宝 . 加强内蒙古突发公共事件应急体系建设的思 考 J. 北方经济 , 2009, (5 :15-16.9彭

34、冬芝 , 胡建勇 . 城市重大事故应急救援预案研究 J. 工业安 全 与环保 , 2004, 30(2 :38-40.10胡诗妍 . 我 国社会 公共 安全 应急 管理 面临 的挑 战与 趋 势分 析 J. 中国安防 , 2009, (3 :13-16.通讯作者 :倪晓阳 (1970 , 女 , 副教授 , 主要从事安全工程及应急管 理方面的研究。 E m ail:xy_ni163. com(上接第 48页 3潘红磊 . 辽河油田采油污水处理技术研究 D. 武汉 :中国地质大 学 , 工程硕士学位论文 , 2002.4张兴儒 , 吴振烈 . 油气田开发建设与环境 影响 M . 北京 :石油工

35、业出版社 , 1998.5成明泉 . 现代污水处理 技术及其 应用 J . 管理 科学文 摘 , 2006, (6 :58-60.6张逢玉 , 姜安玺 , 张雷 , 等 . 低压稳流核桃壳过滤器的开 发及在油 田废水处理中的应用 J. 现代化工 , 2007, 27(1:53-56.7Karakuls ki, K. , A. Kozlow ski, A. W. M oraw sk i. Pu rification of oily w astew ater by u ltra filtrationJ. S epar ations T echn olog y , 1995, 5:197-205.8Petroleum Energy Center. T reatment and utilization of oil con taining pr odu ced w ater in Oman J . P etr oleu m Ener gy Center , 1999, Sur