隨著開采時(shí)間的推移，中國海洋石油的大部分油田相繼進(jìn)入二次開采(即注水開采)階段，二次開采階段的到來一方面增大了對注水量的需求，另一方面也大大增加了油田采出水的量，這些廢水如果不經(jīng)過處理就直接排放的話勢必會對海洋環(huán)境造成極其惡劣的影響。相反，如果這些廢水經(jīng)處理后用于回注，不但滿足了日益增大的注水量的需求，還減少了對環(huán)境的污染;同時(shí)由于油田采油廢水中具有與油藏的良好配伍性，將這些污水深度處理之后用于回注對提高油田的采收率具有積極的作用。

　　1采油廢水的性質(zhì)

　　采油廢水是指從地層中隨原油一起被開采出來的水，經(jīng)歷了原油處理的大部分流程，因此污水中雜質(zhì)種類及性質(zhì)都和油藏的地質(zhì)條件，注水水質(zhì)等有很大的關(guān)系。這種污水是一種含有固體雜質(zhì)、液體雜質(zhì)、溶解氣體和溶解鹽類等復(fù)雜的多相體系。采油廢水中的油的存在形式主要有5種：

　　(1)浮油,其粒經(jīng)一般大于100μm，以連續(xù)相的形式漂浮于水面，形成油膜或油層;

　　(2)分散油，以微小的油滴懸浮于水中，不穩(wěn)定，靜置一段時(shí)間后通常變成浮油，油滴的粒經(jīng)一般介于10~100μm之間;

　　(3)乳化油，粒徑為0.001~10μm，具有一定的穩(wěn)定性，單純用靜止沉降法無法去除，是采油廢水的主要處理對象。

　　(4)溶解油，以一種化學(xué)方式溶解的微粒分散油，油粒直徑小于0.001μm，一般原水中此部分油僅占總含油量的1%以下，在處理過程中也有一定比例的去除,但不作為污水處理的主要對象;

　　(5)固體附著油，吸附于廢水中固體顆粒表面的油，這種油會隨著固體顆粒的去除而去除。

　　2含油廢水回注處理技術(shù)研究新進(jìn)展

　　在含油污水回注處理中使用和研究得比較多的技術(shù)主要有氣浮選技術(shù)，離心旋流分離技術(shù)，精細(xì)過濾技術(shù)以及最近新發(fā)展起來的膜分離技術(shù)，這幾種技術(shù)由于其設(shè)備體積小，效率高，效果好，因此得到了廣泛的應(yīng)用和研究。

　　2.1氣浮選技術(shù)

　　氣浮選技術(shù)基本原理是在含油污水中通入大量微小氣泡，并利用其作為載體與污水中的油珠和懸浮絮粒相互粘附，形成整體密度小于水的浮體上浮至水面，使污水中的油珠和懸浮狀等物質(zhì)與污水分離，達(dá)到凈化污水的目的。

　　在污水處理中，根據(jù)水中形成氣泡的方式的不同可將氣浮法分為四種類型，即溶氣氣浮法，誘導(dǎo)氣浮法、電解氣浮法和化學(xué)氣浮法。任連鎖、鄭杰等人[1]采用二級串聯(lián)電氣浮技術(shù)來處理油田污水，并對前置預(yù)處理、一級自然電氣浮、二級自然電氣浮和絮凝劑及其投加方法對處理效果的影響進(jìn)行了研究，取得電氣浮處理技術(shù)的主要影響因素，并在安徽油田歐北聯(lián)合站進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)二級電氣浮出口污水中含油量低于20mg/L，基本達(dá)到該油田的注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);另外電氣浮技術(shù)還有很好的殺菌消毒作用。杜新勇、王飛[2]等人利用溶氣浮選技術(shù)對河南油田下二門聯(lián)合站分離器出口污水進(jìn)行處理研究，發(fā)現(xiàn)：(1)氣浮選技術(shù)處理聯(lián)合站三相分離器出口污水具有明顯效果，污水含油可由1000±300mg/L降至30mg/L以下。(2)氣浮選技術(shù)用于去除污水中懸浮物時(shí)，須有藥劑配合方可顯出效果。(3)提高溶氣量并不能改善原油和懸浮物的浮選效果，反倒提高了處理水中的含氧量，說明溶氣量有一臨界值。于振民[3]采用撫順石油化工研究院開發(fā)的一種新型葉輪氣浮設(shè)備對中石化煉油事業(yè)部污水處理廠的污水進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)葉輪氣浮機(jī)可以達(dá)到與溶氣浮選池相近的除油和除COD效果。與溶氣浮選池相比，葉輪氣浮機(jī)采用低能耗的自引式氣液混合機(jī)作為微氣泡發(fā)生器，并且不需要溶氣回流水，停留時(shí)間短，具有能耗低、占地小，結(jié)構(gòu)簡單、操作與維護(hù)方便等特點(diǎn)，可以作為溶氣浮選的替代技術(shù)。文昌奮進(jìn)號PFSO上使用兩級氣浮選技術(shù)處理經(jīng)水力旋流器處理后的生產(chǎn)污水，進(jìn)口含油量大于100mg/L，出口含油小于15mg/L，達(dá)到了排放的要求。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　2.2離心旋流分離技術(shù)

　　離心分離是使裝有廢水的容器高速旋轉(zhuǎn)，形成離心力場，因顆粒、油和污水的密度不同，受到的離心力也不同。密度大的受到較大離心力作用被甩向外側(cè)，密度小的廢水則留在內(nèi)側(cè)，各自通過不同的出口排出，達(dá)到分離污染物的目的。含油廢水經(jīng)離心分離后，油集中在中心部位，而廢水則集中在靠外側(cè)的器壁上，這樣就達(dá)到了油水分離的目的。

　　液-液分離器是基于固液分離旋流器發(fā)展而來的。其始于1967年英格蘭海南岸的“TorreyCanyon”油輪遇難事件，1984年液-液旋流器在海洋平臺上試驗(yàn)成功[4]，次年在英國北海油田和澳大利亞巴氏海峽油田的海上石油開采平臺使用，正式進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。液-液分離旋流器經(jīng)歷了一個(gè)由單錐到雙錐以及改進(jìn)的單錐，由靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的發(fā)展過程，其分離技術(shù)目前主要呈現(xiàn)出兩個(gè)研究發(fā)展趨勢：一是以英國Southampton大學(xué)為代表的靜態(tài)旋流分離技術(shù);二是以法國TOTALCEP和NEYRTEC為代表的動(dòng)態(tài)旋流分離技術(shù)[5]。在靜態(tài)旋流分離方面,英國Southampton大學(xué)的研究人員主要以含油污水的旋流凈化為對象，在A型旋流管的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)，先后推出了B、C、D、E直到1985年發(fā)展出了F型旋流管，單管條件下的臨界粒徑為60μm，兩管串聯(lián)時(shí)的臨界粒徑為40μm，三管串聯(lián)時(shí)的臨界粒徑為30μm。繼F型旋流管之后，他們又通過對液滴粒徑分布、油水密度差等介質(zhì)特性參數(shù)，壓力比、處理量等工況參數(shù)及入口截面、特征直徑、長徑比、幾何形狀等結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)選研究，相繼發(fā)展出了G型和K型旋流管。G型旋流管的結(jié)構(gòu)更簡單、分離能力更強(qiáng)、操作彈性也更大。而K型旋流管在結(jié)構(gòu)上采用了全新的幾何形狀，進(jìn)一步在高效與低阻方面取得新的突破，其在低壓區(qū)性能更佳，分離效果更好，現(xiàn)場的實(shí)用表明在氣舉采油等惡劣分離條件和系統(tǒng)壓力僅0.2MPaG的低壓場合下，K型旋流管仍能有效工作。與此同時(shí)，國內(nèi)也對旋流器進(jìn)行了大量的研究工作，不過研究的重點(diǎn)主要是分離操作參數(shù)對分離效果的影響和分離器內(nèi)部流場的研究。西南石油大學(xué)艾志九和牛貴峰[6]采用數(shù)值模擬方法對各種入口對應(yīng)的分離效率進(jìn)行比較，結(jié)果表明采用對稱入口和曲線入口，過渡平穩(wěn),大大降低了液流的局部湍流程度，提高了分離性能。趙立新和蔣明虎[7]以及薛紅兵[8]等均對操作參數(shù)對水力旋流器分離性能的影響開展了相應(yīng)的研究工作，得到和MartinThew、Young等基本一致的研究結(jié)果。崔運(yùn)[9]靜等采用了先進(jìn)的LDV技術(shù)來測量內(nèi)流場，獲得較好的測量結(jié)果，基本上揭示了旋流器的速度分布等內(nèi)流場特性，并將測量結(jié)果進(jìn)行分析比較，希望得出最佳參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)。2.3精細(xì)過濾技術(shù)

　　采出水過濾時(shí)，有以下三種作用：一是協(xié)同作用，油與懸浮物粘成一體，在懸浮物被去除的同時(shí)，附著的油也隨之除去;二是粗�；�作用，濾料使油珠變大吸附在懸浮物上;三是濾料本身對油具有一定的截留吸附作用。經(jīng)過一段時(shí)間的過濾后，一部分原油會殘留在過濾層中，這時(shí)可以利用反沖洗使濾層再生，使其重新恢復(fù)過濾能力。

　　采出水所用的過濾器有壓力式和重力式兩種。目前我國油田普遍采用的是壓力式，有石英砂過濾器、核桃殼過濾器、雙層濾料過濾器、多層濾料過濾器等。尤其是核桃殼過濾器，由于濾料親油性能好、截污能力大、質(zhì)地較輕、反沖洗能耗小等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。但是，由于核桃殼濾料粒度小，反沖洗易流失，尤其是其濾料具有親油性，反洗時(shí)必須采用清洗劑，增加了反洗水的處理負(fù)擔(dān)。近年來，隨著纖維材料的應(yīng)用和發(fā)展，以纖維材料為濾料發(fā)展起來的深床高精度纖維球過濾器，在食品、制藥、釀造等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多。其濾料纖維細(xì)密，過濾時(shí)可以形成上大下小的理想濾料空隙分布，納污能力大，去除懸浮物的效果高于石英砂、核桃殼濾料，而且反洗時(shí)不會出現(xiàn)濾料流失的現(xiàn)象。

　　趙東風(fēng)對低滲透油田注水特性進(jìn)行了研究，結(jié)合寶浪油田的實(shí)際情況，在壓力過濾預(yù)處理的基礎(chǔ)上，采用核桃殼濾料精細(xì)過濾技術(shù)，開發(fā)出一套采油廢水處理組合工藝。這一技術(shù)在寶浪低滲透油田已有應(yīng)用，先將含油污水經(jīng)粗粒化罐和壓力沉降除油罐初步除油后，進(jìn)入二級核桃殼過濾器(預(yù)濾器)，在正常操作條件下，可以濾除95%~98%的懸浮物和90%~95%的未溶解的石油類物質(zhì)，然后再進(jìn)入中心濾芯過濾裝置(精濾器)，濾芯采用聚丙烯纖維制成。試驗(yàn)證明，經(jīng)此裝置濾掉的最小懸浮顆粒粒徑為0.5..m，可以滿足寶浪油田寶北區(qū)塊低滲透油藏的注水要求，采油廢水的回注率可以控制在98%。張偉[10]針對薩北油田進(jìn)入高含水開發(fā)后期，油田深度污水處理難度日益加大的問題，引進(jìn)改性纖維球?yàn)V料，通過試驗(yàn)，優(yōu)化深度污水處理站的過濾組合，選用“一級石英砂單向過濾、二級改性纖維球過濾”組合工藝，使濾后水含油≤5.0mg/L、懸浮物含量≤5.0mg/L，減少了占地面積，并節(jié)省了投資。潿洲12-1A平臺采用改性纖維過濾器取代已經(jīng)老化廢棄的核桃殼過濾器對經(jīng)水力旋流分離器處理后的污水進(jìn)行處理，進(jìn)口含油30mg/L，出口含油小于5mg/L，達(dá)到了回注的水質(zhì)要求。

　　2.4膜分離技術(shù)

　　膜處理技術(shù)是利用微孔膜攔截油粒，它主要用于去除乳化油和溶解油。濾膜又可分為超濾膜、反滲透膜和混合濾膜。超濾膜的孔徑一般為0.005~0.01..m，比乳化油粒要小的多，反滲透膜的孔徑比超濾膜的還要小。因此，在受壓情況下含油廢水中的油粒無法通過濾膜而被截留下來，這兩種膜常被制成中空纖維管過濾器，以增大膜的過濾面積。隨著膜技術(shù)的日益發(fā)展和水平的提高，采出水的膜處理工藝已引起了人們的廣泛關(guān)注。由于采用膜分離方法處理的含油污水可以達(dá)到低滲透油田注水或外排標(biāo)準(zhǔn)，并且適用于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。因此，人們對其進(jìn)行了大量的研究。Mueller等[11]用AL2O3陶瓷膜處理原油污水，探討了不同操作條件下膜通量的變化。試驗(yàn)表明陶瓷膜具有很好的截留性能。ChenAS[12]及Humphery等[13]采用Membralox陶瓷膜進(jìn)行陸上和海上采油平臺的采出水處理，適當(dāng)?shù)念A(yù)處理后的含油廢水經(jīng)過陶瓷微濾膜處理，出水油含量在5mg/L以下，固體懸浮物含量在1mg/L，遠(yuǎn)低于低滲透油田的回注水標(biāo)準(zhǔn)。劉立軍、陳雪梅[14]等人利用自制的內(nèi)壓式聚砜中空纖維超濾膜對含油污水進(jìn)行處理研究，并結(jié)合自動(dòng)控制技術(shù)完成油水分離的全過程。研究結(jié)果表明：中空纖維超濾膜能夠?qū)⒑�油污水�?5%以上的油分子進(jìn)行截留，較好地完成了油水分離，同時(shí)發(fā)現(xiàn)采用洗滌劑清洗含油污水造成的膜污染，恢復(fù)率可以達(dá)到95%以上。李發(fā)永[15]采用外管式聚砜超濾膜裝置現(xiàn)場處理采油污水，研究了操作壓力、膜面流速等操作條件對超濾膜通量的影響及膜污染的清洗方法，處理過的污水達(dá)到低滲透油田注水標(biāo)準(zhǔn)。石油大學(xué)藺愛國等人采用荷電膜(一種通過改性往膜材料接枝上與水中顆粒帶相反電荷的膜)處理勝利辛一站污水，進(jìn)口污水懸浮物含量20~100mg/L，含油量2~20mg/L，懸浮物粒徑4~17μm，出口懸浮物含量0.8mg/L，含油量0.5mg/L，懸浮固體粒徑中值0.72μm，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)SY/T5329-94D的A1級。

　　3展望

　　無論是何種分離技術(shù)，其都不是萬能的，不同的分離技術(shù)適用于不同的含油污水水質(zhì)情況，只有將幾種技術(shù)有機(jī)結(jié)合、取長補(bǔ)短，合理運(yùn)用才能使得這些技術(shù)發(fā)揮最大的效果。因此，開發(fā)出多種組合工藝及多功能集成的一體化設(shè)備，集高效、經(jīng)濟(jì)、簡單易用等特點(diǎn)于一體的小型采油廢水處理裝置將在區(qū)塊采油開發(fā)中發(fā)揮重要作用，將是今后一段時(shí)間的研究熱點(diǎn)。(來源:廣東化工  作者:沈震 等)