海外油田采油污水处理方法与发展趋势

Posted 2023-01-14 污水处理

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摘要:对油田采油污水处理问题进行了简要的阐述,介绍了油田采油污水处理的基本方法,分析了处理方法的优缺点,并对今后海外油田采油污水处理的发展趋势进行了探讨。

关键词:油田采油污水;污水处理方法;发展趋势

1　概述

近几年来,发展中国家有关环境保护的法律法规正在逐步健全,委内瑞拉长期以来一直执行与西方发达国家接轨的环境保护法律法规;苏丹政府加强了环境监管,制定和颁布了一系列石油开发安全环保标准;哈萨克斯坦加大了环境保护力度。这些都对中国石油企业的海外项目做好环保工作提出了更高要求。

随着环保要求的提高,水资源日趋紧张,搞好油田采油污水处理是当务之急。由于石油开采的不断深入,注水是一种常用的油田开发技术,许多油田已经进入中后期开采阶段,原油含水率甚至达到90% 以上,导致采油污水处理量增加较快,处理难度加大。而从地层中随原油一起开采出来的、含有原油的油田采油污水(又称“采出水”),是油田开发和生产中产生的最主要的一类废水。

采油污水中含有原油、各种盐类、有机物、无机盐及微生物等。针对采油污水具有以下4个主要特点: (1)水温较高; (2)矿化度较高; (3)含有大量的细菌,特别是SRB、TGB; (4)表面张力大,残存有化学药剂及其它的杂志。传统的工艺、技术和设备因处理效率低,工程投资大、处理成本高,既不能满足排水水质指标,也不能达到油田污水处理的需要,更不能达到采出水回注回注地层的水质要求。因此我们总结了油田采油污水处理的基本方法,分析了采油污水处理的优缺点,并对未来油田采油污水处理的发展趋势进行了探讨。

2　油田采油污水处理方法现状

国内的采油污水的处理技术主要是针对污水回注设计的。油田污水处理的目的是去除水中的油、悬浮物以及其它有碍注水、易造成注水系统腐蚀、结构的不利成分。由于各油田采油污水的物理化学性质差异较大,要求的注水水质标准也不一样,因此各种油田采油污水处理工艺流程也不尽相同。由于油井油藏特性、采出液物性及油田区块分布等的不同, 加之环境保护对油田污水处理的不断提高,有油田污水处理的要求日益提高,油田污水处理及回注并非易事。但是归纳起来多数采用三段处理工艺即除油-混凝沉降(或气浮)-过滤。目前,胜利油田采出液综合含水率已达到90%以上,每天需外排污水约8万m3,而外排污水一直不能全部达标。提高采油污水处理率及采用先进有效的处理工艺成为解决采油污水外排的关键。

2·1　重力除油技术

主要包括自然除油、斜板除油、浮板除油、机械分离技术、水力旋流技术。该技术对废水中的浮油、分散油和一定程度的乳化油有很高的去除能力,且处理效果稳定、运行费用低、管理方便。

2·2　粗粒化法

粗粒化法是分离乳状液的一种物理化学法方法。含油废水通过装有粗粒化材料的装置,水中油分在润湿聚结、碰撞聚结、截留、附着等过程的作用下,油珠由小变大,从而得到去除。该技术主要用于处理分散油,只有聚结作用,没有破乳功能。其技术关键是粗粒化材料。粗粒化材料有亲油性的材料、亲水性材料,以及石英砂、煤粒等无机材料。该法无需外加化学试剂,无二次污染,设备占地面积小、基建费用低、运行方便、操作简单的优点,缺点是易堵塞。

北京承天倍过滤技术有限责任公司采用采用聚结分离技术,开发出性能优异的含油污水过滤分离器,有效的结合了微滤技术,处理过的含油污水能达到排放要求。其含油污水过滤分离器内部装有专门脱油的滤芯-聚结滤芯,当介质流经其内部需经过微滤、聚结、上浮、分离四个过程,从而实现脱掉水中油份的功能。

2·3　絮凝法

采油污水的主要污染物质为溶解性的有机物质。主要是在油废水处理过程中加入絮凝剂,水解后生成胶体,吸附油珠,并通过絮凝产生矾花等物理化学作用或通过药剂中和表面电荷使其凝聚,或由于加入高分子物质的架桥作用达到絮凝,然后通过沉降或气浮的方法将油分除。絮凝剂今年来应用较多,常用的絮凝剂有无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂两大类。马红竹[1]对油田含油污水使用Z-10 多功能药剂及相应的综合处理方法,在投入药量15 ～20mg/L下,处理水的综合指标达标率>/96%。邵青[2]等用TX-107系列有机高分子破乳絮凝剂对采油污水进行实验,使用药剂处理后出水平均含油量低于26·7mg/L。

近年来,应用得比较多的是絮凝剂除油的方法。通过以上两位实验者证明,无机絮凝法处理废水速度快,但药剂较贵,污泥生成量多;高分子有机絮凝剂处理含油污水较好投加量较少,特点是可获得较大颗粒的絮体,并把油滴絮凝吸附出去。

2·4　过滤法

过滤主要是利用滤料对石油类、悬浮物的截留来达到对污染物质去除的目的。过滤法除油效果良好,但对进水水质的PH值、温度、COD含量、石油类污染物的浓度及过滤速度率等因素的要求较为严格。一般用于采油污水的二级处理或深度处理,以除去水中的分散油和乳化油。常见的过滤介质石英砂、磁针铁矿、无烟煤、纤维球及核桃壳等。

青海油田某采油厂采用压力过滤罐(石英砂滤料)-银带过滤器(核桃壳滤料)-中央过滤器(纤维滤料)过滤工艺,对石油类、COD的平均去除率分别为75·1%和86·9%,出水水质达到国家排放标准要求[3]。

2·5　气浮法

气浮法是固液分离或液液分离的一种技术,主要用于从污水中去除密度小于1的悬浮物、油类和脂肪等,油水分离效果很高,对于去除胶态油与乳化油具有较好的作用,目前广泛应用于各类污水的处理。目前,采用的主要是加压溶气浮选法。在采油污水中加入絮凝剂,在加压溶气浮选对油的分离效果还会提高。目前该法已被广泛应用于油田废水、石油化工水、食品油生产废水等处理,工艺较为成熟。

(1)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 Marmul油田的采油废水,使含油废水的油浓度从 100～200mg/L降至20mg/L以下[5]。同时气浮具有降温、充氧的功效,能够提高微生物的生化降解性能,可作为生化法的预处理技术[4]。

(2)江汉石油机械厂等开发了溶气气浮、喷射气浮、叶轮气浮等多种气浮设备,在进口含油100～ 200mg/L时,溶气气浮的除油率最高;含油> 200mg/L时,叶轮式气浮和喷射气浮效率较好[5]。目前的关键是能够根据不同的环境,寻找出较高效率的工艺流程,以达到设备的高效配置和运转率。为确保气浮法最佳的除油效果,一般和絮凝法结合使用。气浮技术处理采油污水效果好,但浮选药剂费用较高。

2·6　生物处理法

主要利用微生物对废水中的油分和一些生化性好的有机成分进行氧化分解,但是,废水中难生物降解性有机物质含量较高,单独生物处理很难实现废水COD的达标排放。生物法可分为好氧和厌氧处理法两大类,根据微生物在污水中的存在状态,又可分为活性污泥法和生物膜法。比较典型的有厌氧折流板反应器、半推流式活性污泥系统和ASBR。陈治安等[6]采用厌或酸化一好氧活性污泥法处理碱性含油污水,研究结果认为生物(水解)酸化一二级曝气沉淀是炼油含碱污水合适的生化处理流程。刘惠卿等[7]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68%。

生物处理法具有不产生二次污染、自然净化、水质稳定、处理成本低的特点。针对采油污水的 BOD、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,投加絮凝剂、诱导剂、营养物质、,使含油污水的可生化性提高。

3　发展趋势

目前,国内油田采油污水处理一般采用隔油- 混凝-过滤即所谓的“老三套”进行处理,其治理方法一般难以达到排放标准。采油污水属难处理废水之一,要实现达标排放,单一的方法难以达到要求。以上介绍的油田采油污水处理的基本方法,并没有完全归纳在内,但总体看来,这种处理方法各有优缺点。为此,一般采用多种方法联合处理。

随着环保要求的提高和油田注水水质的严格化,近年来国外油田采油污水的治理技术已经得到改善和提高。已由原来的隔油———混凝———过滤技术改变为隔油———混凝气浮———生化———过滤技术。气浮和生化技术的采用已成为近年来先进的采油污水处理工艺的一种标志。

油田采油污水处理将朝着低污染、低成本、易操作、高效处理方向发展。油田采油污水的处理方法还需要进一步的创新、完善和组合。

根据近年来国外油田采出水处理技术的发展状况,认为将生化法引入采出水治理流程将是未来的发展方向。但由于采油污水除具有高含油、高水温、高矿化度、高悬浮物和低可生化性的特点外,还有各油田采出水的性质差异较大,前期化学处理剂添加量高,水质随油区变化大的特点,生化技术应用于油田采出水的治理可能会遇到新的难题。中国石油在苏丹的海外项目充分利用先进生化技术处理采油废水,日处理量4万吨,处理后的废水在旱季还可作为当地绿化用水。不仅保护了当地环境,还树立了中国石油良好的国际形象。因此,海外项目应借鉴国内外目前成功的经验,加强对生化技术用于油田采出水治理的工业化研究,并重视这方面的基础研究。开发高效多功能一体化采出水治理设备。生物法处理采油污水将会是今后采油污水处理发展前景较好的方法之一。

参考文献
[1]　马红竹,王博,张宁生等.含油污水综合治理新方法. 石油与天然气化工, 1999, 28(3): 228-203.
[2]　邵青,王伟,林蓓等.含油污水用破乳絮凝剂的应用实验.工业水处理, 1999, 19(3): 18-19.
[3]　于晓丽,李斌莲,李秀珍.油田采油废水处理现状及发展前景.石油与天然气化工, 2000, 29(6): 327-328.
[4]　龚争辉,吕兴东,周雅芳等.气浮-生物接触氧化技术在采油废水处理中的应用[J].黑龙江环境通报, 2000, 24(4): 26-27.
[5]　谷玉洪,刘凯文,周光元.三种气浮设备处理油田污水的试验[J].油气田地面工程, 2000, 19(4): 21-27.
[6]　赵芯,解庆林,廖雷等.含油废水处理研究进展.中国环境论文保护优秀论文集(2005): 1165-1169.