1 石油開采廢水治理現(xiàn)狀

    石油開采廢水中主要污染物是原油和懸浮物,為使其處理后能達(dá)到回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求,目前各油田采用的處理工藝大多為二段法,即除油→除懸浮物→注水,并輔以防垢、緩蝕、殺菌等化學(xué)處理措施。
水驅(qū)采油廢水水質(zhì)與回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.1 除油

    除油是石油開采廢水處理的重要環(huán)節(jié) ,原油在水中的存在形式以浮油、分散油和乳化油為主 ,其中顆粒直徑在 10～100μm 之間的分散油和大于 100μm的浮油占 90 %左右 ,其余為 1 ×10 - 3～10μm的乳化油。針對(duì)油粒的物理化學(xué)特性 ,目前多采用兩級(jí)除油法 ,即一級(jí)重力除油、二級(jí)混凝除油法。

1.1.1  重力除油

    重力除油依靠油水的比重差通過油與水的自然分離實(shí)現(xiàn)除油效果。重力除油可去除廢水中的浮油及大部分分散油達(dá)到初步除油的目的。從目前使用情況來看 ,重力除油的主要設(shè)備有立式除油罐、斜板式隔油池及粗粒化除油罐等。

     ①　立式除油罐
    立式除油罐均采用下向流方式 ,一般具有較大池深 ,這不僅可以提高除油效率 ,也是含油廢水處理重力流程所需要的。70 年代中期 ,立式除油罐也引進(jìn)了斜板技術(shù) ,利用立式除油罐的高度 ,在罐內(nèi)沉降區(qū)加設(shè)波紋斜板從而形成所謂的立式斜板除油罐 ,這種除油罐集立式除油罐與斜板隔油池的優(yōu)點(diǎn)于一體 ,大大提高了除油效率 ,可基本去除水中的浮油和分散油。

     ②　粗粒化聚結(jié)器
    粗�；�聚結(jié)屬于物理化學(xué)法 ,通常設(shè)在重力除油工藝之前。粗�；�聚結(jié)器是利用粗�；�材料的聚結(jié)性能 ,使細(xì)小的油粒在其表面聚附成較大油粒 ,在浮力和水流沖擊下 ,粒徑增大的油粒脫離粗�；�材料表面而上浮。經(jīng)過粗�；�處理后的污水 ,其含油量及原油性質(zhì)并不發(fā)生改變 ,只是更有利于重力分離法除油。利用粗�；�聚結(jié)器可去除水中粒徑在10μm以上的分散油和浮油。粗�；�聚結(jié)材料大致分為天然礦石和人工有機(jī)材料兩類 ,目前應(yīng)用較多的聚結(jié)材料有聚氨脂泡沫、聚丙烯泡沫、聚乙烯和聚氯乙烯 ,以及不銹鋼填料等。

1.1.2 　混凝破乳除油

    經(jīng)一級(jí)重力除油后 ,浮油和大部分分散油已被去除 ,但是顆粒直徑小的乳化油仍殘留在水中 ,通常采用二級(jí)混凝破乳除油。

     ①　混凝破乳劑
    目前各油田應(yīng)用的混凝劑可分為有機(jī)和無機(jī)兩類 ,使用較多的是無機(jī)多價(jià)金屬的水溶鹽類 ,特別是鋁鹽和鐵鹽兩種無機(jī)混凝劑。但近年來有機(jī)聚合物破乳劑也得到廣泛應(yīng)用 ,如聚丙烯酰胺、 NK型混凝劑、 ZETAG— 64型反相破乳劑等。

     ②　氣浮技術(shù)與設(shè)備
    氣浮技術(shù)在石油開采廢水處理上已得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)產(chǎn)生氣泡的方法不同 ,氣浮形式有加壓溶氣氣浮、葉輪浮選和電氣浮等 ,在石油開采廢水的處理中主要采用前兩種方法。

    加壓溶氣氣浮以部分回流處理工藝的除油效果最好 ,但對(duì)運(yùn)行管理的要求十分嚴(yán)格�；亓鞅纫话銥�20 %～40 % ,溶氣罐壓力0140～0160 MPa ,停留時(shí)間2～4 min ,空氣吸入量約為廢水體積的 6 %～11 %。葉輪浮選是利用葉輪高速旋轉(zhuǎn)所形成的負(fù)壓使空氣由進(jìn)氣管吸入 ,在葉輪攪動(dòng)下 ,空氣被粉碎成細(xì)小的氣泡并與污水充分混合。目前國內(nèi)有關(guān)油田使用的葉輪浮選機(jī)多從美國 WEMCO公司引進(jìn)。

     ③　混凝除油工藝
    混凝除油工藝中的主要設(shè)備為混凝除油罐 ,又稱二次除油罐 ,其結(jié)構(gòu)與立式除油罐基本相同 ,不同的是在罐中增設(shè)一個(gè)反應(yīng)中心筒 ,使廢水與混凝劑在反應(yīng)筒內(nèi)進(jìn)行充分反應(yīng) ,以發(fā)揮藥劑的混凝破乳作用。

1.2  除懸浮物

    石油開采廢水中的懸浮物通過過濾工藝進(jìn)行去除 ,油田通常采用的過濾罐分為壓力式和重力式兩種。由于壓力式濾罐可在工廠預(yù)制 ,而且現(xiàn)場安裝方便 ,占地少 ,生產(chǎn)中運(yùn)行方便 ,所以在油田中使用較多。壓力式濾罐又分為立式和臥式兩種 ,直徑一般都不超過 3 m ,臥式濾罐由于其過濾斷面懸浮物負(fù)荷不易均勻 ,因而沒有立式濾罐應(yīng)用得廣泛壓力濾罐一般都采用大阻力配水方式。目前不少油田為保證出水水質(zhì)而采用兩級(jí)過濾處理,第一級(jí)為雙層濾料過濾,濾料通常選用石英砂和無煙煤,第二級(jí)采用纖維素濾料進(jìn)行精細(xì)過濾,以確保出水中的含油量、懸浮物濃度等達(dá)到回注水質(zhì)要求。

2  面臨的問題及解決對(duì)策。

    我國有相當(dāng)多的油田已進(jìn)入石油開發(fā)的中后期 ,隨著驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展 ,各油田為挖掘油層潛力 ,已開始進(jìn)行二次采油、三次采油 ,這使得石油開采廢水的水質(zhì)情況更加復(fù)雜 ,也為石油開采廢水處理回用技術(shù)提出了新的要求。

2.1 聚合物驅(qū)采廢水

    為挖掘油層潛力 ,各油田已開始應(yīng)用多元聚合物化學(xué)驅(qū)采技術(shù)。由于在回注水中投加了大量的聚合物(以聚丙烯酰胺為主)和表面活性劑等化學(xué)藥劑 ,導(dǎo)致水質(zhì)情況比水驅(qū)石油廢水要復(fù)雜得多 ,增加了處理難度。聚合物驅(qū)采廢水水質(zhì)情況(以大慶聚北 —含油污水處理站污水為例)見表2。

表2 　聚合物驅(qū)采廢水水質(zhì)情況 mg/ L

    與水驅(qū)采油廢水的水質(zhì)情況比較可以看出 ,聚合物驅(qū)采廢水中的原油主要是以粒徑很小的乳化油狀態(tài)存在的 ,這使其具有較高的穩(wěn)定性。另外 ,水中還含有大量的聚合物、表面活性劑等物質(zhì) ,這些物質(zhì)的存在又進(jìn)一步增加了原油在水中的穩(wěn)定性 ,使得現(xiàn)有的重力除油設(shè)施除油率很低 ,效果極差;而根據(jù)聚合物驅(qū)采回注水質(zhì)的要求 ,在處理過程中應(yīng)將廢水中的聚合物、表面活性劑等物質(zhì)予以保留 ,這使得聚合物驅(qū)采廢水的除油處理變得異常困難 ,也給石油廢水處理回用技術(shù)提出了更高的要求。根據(jù)聚合物驅(qū)采廢水的特點(diǎn)及其回用要求 ,處理過程應(yīng)采用物理法和物理化學(xué)法 ,但表面活性劑等物質(zhì)的存在增加了除油的難度。在現(xiàn)有的處理技術(shù)中 ,只有聚結(jié)法可以大幅度提高物理法的除油效果 ,但由于聚結(jié)材料的種類較少 ,聚結(jié)效率不高 ,導(dǎo)致粗�；�聚結(jié)工藝的除油效果較差。另外到目前為止 ,粗�；�聚結(jié)除油的機(jī)理尚不清楚 ,仍處于探討階段 ,未形成統(tǒng)一的理論。

    總的說來有兩種觀點(diǎn) ,即“潤濕聚結(jié)”與“碰撞聚結(jié)”。“潤濕聚結(jié)”建立在親油性粗粒化材料上 ,而“碰撞聚結(jié)”建立在疏油材料基礎(chǔ)上。因此 ,完善聚結(jié)除油機(jī)理 ,開發(fā)新型聚結(jié)材料 ,改善聚結(jié)工藝條件 ,進(jìn)而提高聚結(jié)除油效率是解決聚合物驅(qū)采廢水處理的有效辦法。

2.2 　蒸汽驅(qū)采稠油廢水

    現(xiàn)在各油田均已開始動(dòng)用稠油儲(chǔ)量 ,擴(kuò)大了蒸汽驅(qū)采規(guī)模 ,使稠油廢水量大幅度增加。稠油廢水含油量大、溫度高 ,且因其處理后回用至注汽鍋爐 ,故凈化后水質(zhì)應(yīng)滿足注汽鍋爐給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) ,這就對(duì)稠油廢水處理技術(shù)提出了新的要求。蒸汽驅(qū)采稠油廢水水質(zhì)情況(以新疆油田采油一廠稠油處理站稠油廢水為例)與注汽鍋爐給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

    從表3可以看出 ,稠油廢水中含油量較高 ,而且稠油的相對(duì)體積質(zhì)量與水非常接近( ≥0195) ,因而重力分離回收十分困難[5 ],現(xiàn)有的混凝除油工藝在處理稠油廢水時(shí) ,由于缺少一種高效、快速的破乳劑 ,普遍存在著停留時(shí)間長、設(shè)施占地大、處理效率低和運(yùn)行費(fèi)用高等問題。另外 ,稠油廢水處理后回用 ,執(zhí)行了水質(zhì)指標(biāo)更為嚴(yán)格的注汽鍋爐給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) ,而現(xiàn)有的石油廢水處理工藝對(duì)硬度、 SiO2 等幾項(xiàng)污染物的去除幾乎沒有作用 ,這就要求必須增加新的深度處理技術(shù)單元和處理構(gòu)筑物 ,以保證稠油廢水在處理后能滿足注汽鍋爐給水水質(zhì)要求。從目前各稠油廢水處理流程的運(yùn)行情況來看 ,稠油的去除是主要難題。在除油效果上 ,氣浮浮選法的效率最高 ,但是沒有反應(yīng)迅速、破乳效果好的破乳劑進(jìn)行破乳 ,稠油去除效果很難達(dá)到理想的要求 ,這就給過濾工藝增加了很大的負(fù)擔(dān) ,并影響后續(xù)除硬度、除有機(jī)物等深度處理設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn) ,因此盡快研制出一種高效、反應(yīng)快速的破乳劑是解決稠油廢水處理技術(shù)難題的當(dāng)務(wù)之急。

2.3  低滲透油藏開采廢水

    低滲透油藏開采規(guī)模的逐步擴(kuò)大 ,以及其對(duì)所需回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求都為低滲透油藏開采廢水的處理增加了新的難度。為不堵塞地層 ,保持低滲透油藏的滲透性 ,各油田對(duì)低滲透油層回注水質(zhì)的要求都極為嚴(yán)格，以遼河油田為例 ,其低滲透油層要求回注水的濾膜系數(shù)(0145μm 濾器) 必須 > 4 ,污染物顆粒直徑必須 <0145μm ,而常規(guī)處理技術(shù) ,包括精細(xì)過濾、活性炭吸附等都很難滿足這一要求。膜處理技術(shù)在理論上可達(dá)到這一要求 ,超濾可截留水中直徑 0145μm以上的顆粒，但超濾對(duì)其進(jìn)水水質(zhì)有嚴(yán)格要求 ,而且超濾膜的耐久性、抗腐蝕性以及可清洗再生程度等仍需進(jìn)一步研究。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 展望

    石油開采廢水處理技術(shù)現(xiàn)已滯后于驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展 ,成為驅(qū)油技術(shù)大規(guī)模推廣應(yīng)用的主要限制因素 ,今后應(yīng)重點(diǎn)在以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究和開發(fā): ①研制更為有效、快速的混凝破乳劑 ,強(qiáng)化除油效率 ,以減輕后續(xù)處理設(shè)施的負(fù)擔(dān) ,為石油開采廢水的深度處理回用提供可靠保證; ②深入研究聚結(jié)除油原理 ,尋找更為有效的聚結(jié)材料 ,以提高物理法除油效率; ③推廣膜處理技術(shù)在石油開采廢水處理上的應(yīng)用; ④開發(fā)工藝更為先進(jìn)的配套單元處理設(shè)備 ,提高處理效率 ,減少占地面積。