油田含油污水處理方法對(duì)比研究
技術(shù)支持
目前，油井產(chǎn)物中的水量遠(yuǎn)大于油量，油田綜合含水率達(dá)90%以上，每年從污水中回收原油高達(dá)40萬(wàn)噸。含油污水因其產(chǎn)生量大、污染范圍廣等特點(diǎn)成為國(guó)內(nèi)外各大油田污水處理的重要任務(wù)。含油污水的超標(biāo)排放將會(huì)對(duì)水體環(huán)境、自然生態(tài)以及人類造成極大影響。為此，選擇經(jīng)濟(jì)、合理、有效的油田污水處理方法，可有效解決油田污水的污染問(wèn)題，同時(shí)還可降低油田開(kāi)發(fā)對(duì)周圍環(huán)境的影響。
1 油田含油污水的來(lái)源及分類
1.1 油田含油污水的來(lái)源
油田開(kāi)采的中后期，水成為開(kāi)采的重要介質(zhì)，各大油田基本都采用注水的方式作為主要開(kāi)發(fā)手段，用高壓水來(lái)穩(wěn)定油層壓力，減少死油區(qū)，以提高油采出率。其來(lái)源于在油氣生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)出的地層伴生水。為獲得合格的油氣產(chǎn)品，需要將伴生水與油氣進(jìn)行分離，分離后的伴生水中含有一定量的原油和其它雜質(zhì)，這些含有一定量原油和其它雜質(zhì)的伴生水稱之為含油污水。
1.2 油田含油污水的分類
油田采出水中的原油以大小不同的油珠分散在水中，采油后期含水量大，在顯微鏡觀察下，采出液是“水包油”的乳狀液。根據(jù)油類在水中分散的粒徑大小不同，可以將油類物質(zhì)劃分成四種形態(tài)：
（1）浮油：油珠顆粒的粒徑大，通常大于100um，一般占污水含油量的65%～70%，易漂浮在水面上形成油層或油膜。
（2）分散油：油珠的粒徑為10～100μm，以懸浮狀態(tài)分散在水中，分散油不穩(wěn)定，在靜置一段時(shí)間后，自然聚集成較大直徑顆粒的油滴浮到水面，從而形成油膜。
（3）乳化油：油珠的粒徑一般小于10μm，非常微小，約占5%～8%，因?yàn)橛斜砻婊钚詣┑拇嬖?/span>，它可以穩(wěn)定地分散在水中，不易上浮水面，單純用靜置的方法很難使其與水相分離。
（4）溶解油：粒徑一般＜0.1μm，分散在水中用肉眼看不到，非常穩(wěn)定，約占2%～5%，有時(shí)達(dá)到幾納米，一般方法難以去除。
2 油田含油污水主要處理方法及比較
2.1 油田含油污水的處理方法
對(duì)油田采出水進(jìn)行處理的任務(wù)是去除水中的油質(zhì)及懸浮物，以滿足油田采出水回注工藝要求，回注達(dá)標(biāo)后會(huì)有剩余含油污水，也需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格處理后達(dá)標(biāo)排放。一般油田含油污水處理階段包括：
（1）去除水中的懸浮物質(zhì)。
（2）去除膠體物質(zhì)及某些溶解的有機(jī)無(wú)機(jī)污染物。
（3）要處理的是一些具有特殊性質(zhì)的物質(zhì)，達(dá)到回注或排放的標(biāo)準(zhǔn)要求。
含油污水的處理方法按照性質(zhì)被分為物理，化學(xué)，生物和物理化學(xué)四大類。
2.1.1 物理法
物理法主要是通過(guò)物理的方法去除水中的油質(zhì)、固體懸浮物和礦物質(zhì)。主要用到重力分離法、粗粒化法、膜分離法及過(guò)濾法等。
（1）重力分離法：利用密度原理使水中的油顆粒在重力作用下依靠水的浮力慢慢上升到水表面，通過(guò)收集浮上來(lái)的油脂使污水達(dá)到油水分離的目的。
（2）粗?；?/span>：將污水通過(guò)放有粗?；牧系臋C(jī)器，使含有乳化油和溶解油的污水達(dá)到油水分離的效果。
（3）膜分離法：通過(guò)微濾、超濾、納濾和反滲透幾種方法來(lái)處理乳化油和溶解油，其原理是利用膜的選擇透過(guò)性對(duì)污染物進(jìn)行提純和分離，從而達(dá)到油水分離的目的。
2.1.2 化學(xué)法
化學(xué)法是向水中投加化學(xué)藥劑，來(lái)處理物理法或生物法不能單獨(dú)清除的溶解性物質(zhì)，所以常用的方法有絮凝法和鹽析法等。
（1）絮凝法：此方法是將絮凝劑加入含油廢水中，水解后帶正電荷的膠團(tuán)與帶負(fù)電荷的乳化油發(fā)生電中和，乳化油的油粒聚集、粒徑變大，與此同時(shí)生成絮狀物吸附細(xì)小油滴，然后通過(guò)沉降或氣浮的方法實(shí)現(xiàn)油水分離。
（2）鹽析法：鹽析法是去除乳化油的有效方法，原理是向乳化廢水中投加無(wú)機(jī)鹽類電解質(zhì)，去除乳化油珠外圍的水化離子，壓縮油粒于水界面處電層厚度，減少電荷，使雙電層破壞，從而使油粒脫穩(wěn)，油珠間吸引力得到恢復(fù)，而互相聚集，以達(dá)到破乳目的。從而使油水分離。常用的電解質(zhì)有CaCl2、NaCl、MgCl2、MgSO4、CaSO4等。
2.1.3 生物法
生物法是向水體中投入微生物，在微生物的作用下將污水中的有機(jī)物分解，轉(zhuǎn)變成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，利用微生物的分解特性和生存能力。目前處理工藝較成熟并常用到的兩種方法主要是活性污泥法和生物濾池法。
（1）活性污泥法：對(duì)于比較難處理的水質(zhì)一般采用活性污泥法，它是通過(guò)微生物形成的大量菌膠團(tuán)吸附溶解水中的溶解油脂。通過(guò)曝氣給微生物提供所需的氧氣，在有氧條件下菌體把溶解油大量同化為自身組成部分，或氧化成二氧化碳和水等物質(zhì)，從而使污水得到凈化。
（2）生物濾池法：生物濾池在處理污水中有著廣泛的應(yīng)用，主要去除水中的溶解油，它在生物濾池內(nèi)，使微生物附著在固定的載體濾料）上，污水從上而下散布，在流經(jīng)濾料表面過(guò)程中，污水中的有機(jī)物質(zhì)便被微生物吸附和分解。
2.1.4 物理化學(xué)法
物理化學(xué)法在油田污水處理中主要有氣浮法和吸附法兩種。
（1）氣浮法：又稱為浮選法，適用于去除分散油和乳化油，此法是向含油污水中通入空氣，使水中油珠粘附在大量氣泡上，隨著氣泡浮力帶油珠一起浮升至水面實(shí)現(xiàn)分離。
（2）吸附法：吸附法是利用材料的特殊性質(zhì)來(lái)吸附水中的油，其可吸附污水中的乳化油和溶解油。吸附可以分為表面、離子交換和專屬吸附3種類型?；钚蕴渴浅Ｓ玫奈讲牧?/span>，但由于活性炭處理成本高、再生難，使用上受到一定的限制，一般僅用于含油廢水的深度處理。
2.2 各處理階段方法的選擇
在處理含油污水的過(guò)程中，一般通過(guò)對(duì)污水的水質(zhì)、水量以及處理程度等問(wèn)題，采用分級(jí)的方式對(duì)含油污水進(jìn)行處理，在中國(guó)一般通常分為三級(jí)處理，一級(jí)處理是對(duì)污水的預(yù)處理，主要用到的是一些基本方法，二級(jí)處理能去除污水中90%以上的懸浮物質(zhì)及可降解的有機(jī)物，三級(jí)處理主要對(duì)難降解有機(jī)物以及有毒重金屬物質(zhì)等。各級(jí)處理方法見(jiàn)表1。
表1：分級(jí)處理含油污水常用方法
級(jí)別 | 油形 | 處理方法 |
一級(jí) | 浮油 | 重力分離、沉降分離、浮選法 |
二級(jí) | 分散油、乳化油 | 粗?；?、過(guò)濾法、絮凝法 |
三級(jí) | 溶解油 | 吸附法、反滲透、化學(xué)法 |
2.3 不同油形含油污水處理方法
在油田采油污水中，根據(jù)原油粒徑的不同分為四種油形。中國(guó)大多數(shù)油田常采用一級(jí)處理也就是預(yù)處理去除浮油，二級(jí)處理來(lái)破乳和去除分散油，深度處理主要是除掉溶解油。富含不同油形含油污水常用處理方法具體見(jiàn)表2。
表2：不同油形含油污水處理方法
項(xiàng)目 | 粒徑 | 處理方法 |
浮油 | ＞100μm | 重力分離 |
分散油 | 10～100μm | 氣浮法、吸附法、粗?；ā⒛し蛛x法、浮選、重力分離、砂濾等 |
乳化油 | ＜10μm | 浮選、絮凝、高壓電長(zhǎng)法、離心法、超濾法、膜過(guò)濾、電磁吸附、鹽析法、電化法 |
溶解油 | ＜0.1μm | 生物濾池、膜過(guò)濾法、電磁吸附法、活性污泥法 |
2.4 各種方法去除COD效果比較
油田含油污水中COD含量較高，一般COD高達(dá)20000mg/L～30000mg/L，各種方法處理COD的效果不同，去除效率具體見(jiàn)表3。
表3：各種方法處理COD的效果比較
項(xiàng)目 | 方法 | COD去除率（%） |
物理法 | 粗粒化法 | ＞95 |
膜分離法 | ＞93 | |
化學(xué)法 | 絮凝法 | ＞90 |
化學(xué)氧化法 | ＞90 | |
生物法 | 活性污泥 | ＞90 |
生物濾池 | ＞95 | |
物理化學(xué)法 | 氣浮法 | ＞85 |
吸附法 | ＞85 |
由表3可見(jiàn)，以上八種具體處理方法對(duì)COD的去除效率都能達(dá)到85%以上，其中粗?；ê蜕餅V池法對(duì)COD的處理都達(dá)到95%以上，效果較佳，COD含量較高的油田含油污水可采用粗?；ê蜕餅V池法來(lái)有效去除。
2.5 不同油形含油污水處理方法經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較
含不同油形污水從高去除效率、低經(jīng)濟(jì)費(fèi)用兩方面進(jìn)行比較，比較結(jié)果見(jiàn)表4。
表4：不同油形優(yōu)選處理方法
項(xiàng)目 | 高去除效率 | 低經(jīng)濟(jì)費(fèi)用 |
浮油 | 重力分離法 | 重力分離 |
分散油 | 浮選法、過(guò)濾法 | 粗?；?/span> |
乳化油 | 絮凝法、膜分離法 | 鹽析法、膜分離法 |
溶解油 | 活性污泥法 | 生物濾池 |
由表4可見(jiàn)，浮油含量高污水無(wú)論去除效率、運(yùn)行投入費(fèi)用方面分析，重力分離法均較優(yōu)；分散油含量高污水從去除率角度分析浮選法、過(guò)濾法較優(yōu)，但運(yùn)行投入費(fèi)用分析，優(yōu)選粗?；?/span>；乳化油含量高污水從去除效率和運(yùn)行投入費(fèi)用兩方面分析優(yōu)選膜分離法；溶解油含量高污水從去除效率和運(yùn)行投入費(fèi)用兩方面分析，分別優(yōu)選活性污泥法和生物濾池。
3 結(jié)論
通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：
（1）含油污水分為三級(jí)處理，一級(jí)處理是預(yù)處理主要處理浮油，二級(jí)處理主要去除分散油、乳化油；三級(jí)處理主要處理溶解油。
（2）油田含油污水中COD去除率物理化學(xué)法相對(duì)低，可達(dá)80%；生物法相對(duì)高，可達(dá)95%。
（3）富含浮油污水優(yōu)選重力分離法進(jìn)行處理；富含分散油污水優(yōu)選浮選法、過(guò)濾法進(jìn)行處理；富含乳化油污水優(yōu)選膜分離法進(jìn)行處理；富含溶解油污水優(yōu)選活性污泥法進(jìn)行處理。
