采油廢水回注處理技術(shù)
引言
采出原油經(jīng)脫水處理后，水中一般含有一定量的油、硫化物、有機(jī)酚、氰、細(xì)菌、固體顆粒以及所投加的破乳劑、絮乳劑和殺菌劑等化學(xué)藥劑。在油田的開發(fā)進(jìn)入中、后期以后，油層壓力下降很大，通過注水采油是用來維持油層壓力的重要手段。大量的采出水外排既造成了環(huán)境污染，又浪費了寶貴的水資源。因此，采油廢水經(jīng)處理后回注成為減少環(huán)境污染、保障油田可持續(xù)開發(fā)、提高油田的經(jīng)濟(jì)效益的一個重要途徑。
廢水中的懸浮物和油是采油廢水回注中導(dǎo)致注水井和油層堵塞的兩個重要因素，而在除油處理工藝中往往伴隨著懸浮物的去除，因此，采油廢水的除油問題就成為廢水回注處理的一個重要研究課題。
1 采油廢水處理技術(shù)
根據(jù)采油廢水中油存在的五種形態(tài)1，主要有以下幾種處理方法：
1.1 隔油處理法
隔油處理法主要去除游離態(tài)和機(jī)械分散態(tài)油，靠自然上浮分離。常用的處理構(gòu)筑物類型有平流式隔油池、平板式隔油池、斜板式隔油池等。
1.1.1 平流式隔油池(API)
平流式隔油池其處理過程通常是靠重力作用進(jìn)行油水分離。合理的水力設(shè)計及廢水停留時間是影響除油效率的兩個重要因素。停留時間越長，除油效果越好。
1.1.2 平行斜板式隔油池(PPI)與波紋斜板式隔油池(CPI)
與平流池相比，平行斜板式與波紋斜板式隔油池的不同之處在分離槽中沿水流方向安裝傾斜平行板或波紋傾斜板。這些隔板可有效地縮短油珠垂直上升距離，使油珠在斜板下表面聚集成較大的油滴，不僅增加了有效分離面積，而且也提高了整流效果。其優(yōu)點是占地面積小、油水分離效果好、停留時間短、投資費用較低。處理低含油量采油廢水的處理結(jié)果表明[3,4]，API型隔油池要優(yōu)于CPI隔油池。
1.2 氣浮法
按照氣泡產(chǎn)生的方法，可分為加壓溶氣氣浮(DAF)、葉輪氣浮(IAF)、曝氣氣浮、引風(fēng)空氣氣浮、電解氣浮等。氣浮法常作為二級處理技術(shù)。為確保最佳除油效果必須結(jié)合絮凝法，對于去除膠態(tài)油與乳化油，DAF法中的化學(xué)處理步驟是非常重要的。
1.3 凝聚過濾法
凝聚過濾除油機(jī)理是小油珠凝聚和大油珠直接去除兩種機(jī)理的綜合。在適當(dāng)條件下達(dá)到良好的出水水質(zhì)，特別適用于含機(jī)械分散態(tài)油類廢水的處理。但不同性質(zhì)的含油廢水處理效果相差很大，特別是對低含油廢水，不宜采用單一的凝聚過濾方法進(jìn)行處理。
1.4 化學(xué)處理法和電解法
化學(xué)處理法主要用于去除乳化油。一般是直接用化學(xué)藥劑來削弱分散態(tài)油珠的穩(wěn)定性。通常是投加無機(jī)混凝劑常為鋁鹽和鐵鹽，然后通過沉降或氣浮法將分離的油去除。投加混凝劑后，氣浮除油的效率可提高10%～25%，最高可達(dá)95%以上(表1)。
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電解法去除乳化的油效果良好，且沒有二次污染。電解法主要有電解氣浮法和電解絮凝法。前者利用電解水產(chǎn)生的氧氣和氫氣形成微氣泡，進(jìn)行氣浮。由于氣泡微小，能夠去除較小的油珠和懸浮粒子，廢水處理后可用于回注。后者則采用消耗性電極，外加電壓使電極氧化而釋放出金屬離子。釋放出的金屬離子的水解產(chǎn)物具有混凝作用。要求被處理的廢水有足夠的導(dǎo)電性，以使電解池能進(jìn)行正常工作，并防止電極鈍化。
1.5 生物處理技術(shù)
采油廢水經(jīng)隔油池和氣浮處理后，可采用活性泥法、滴濾法、曝氣法或接觸氧化法等生化方法處理。一種代表性的工藝流程見圖1。國外也有報道在經(jīng)API隔油池和氣浮處理后采用氧化塘法進(jìn)一步處理，氣浮單元出水含油量為40mg／L，在氧化塘停留時間超過20天后，出水含油量低于18mg/L。中科院植物研究所和江蘇省植物研究所利用鳳眼蓮生態(tài)工程凈化處理采油廢水，結(jié)果表明，最佳控制條件為65mg/L＜COD＜130mg/L，臨界有效值為COD=262.6mg/L。
1.6 吸附法
吸附法是利用親油性材料來吸附水中的油。活性炭是常用的吸附材料。此外，煤炭、吸油氈、陶粒、石英砂、木屑、硼泥等也可作為吸附劑[9]。
活性炭吸附法由于處理成本高、再生難，使用上受到一定的限制。近年來國外已逐漸用它來對含油廢水進(jìn)行深度處理，以滿足日益嚴(yán)格的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。日本是較多采用粒狀活性炭進(jìn)行深度處理的國家，現(xiàn)在大約有30套工業(yè)裝置。美國目前進(jìn)行著采用粉末活性炭投加到生化曝氣池中處理含油廢水的技術(shù)研究。國內(nèi)也開展了使用粒狀活性炭處理采油廢水這方面的研究與實踐。由表2可以看出在很低的含油量條件下，活性炭除油效果非常顯著，可高達(dá)95%以上。
1.7 膜分離技術(shù)
近年來，越來越多的膜分離技術(shù)開始用于油田采出水處理。膜分離技術(shù)就是利用膜的選擇透過性進(jìn)行分離和提純的技術(shù)。當(dāng)廢水中油粒子粒徑為微米量級時，可用機(jī)械方法進(jìn)行前處理。膜法處理可根據(jù)廢水中油粒子的大小，合理地確定膜截留分子量，且處理過程中一般無相的變化，常溫下操作，有高效、節(jié)能、投資少、污染小的特點。
常應(yīng)用于采油廢水處理的五種膜分離技術(shù)為反滲透(RO)、超濾（UF）、微濾（MF）、電滲析（ED）和納濾（NF）。
微濾由于所需壓力小、易清洗、操作費用低等特點，因而應(yīng)用最為廣泛。微濾法處理含油廢水時，主要濾掉廢水中大顆粒物質(zhì)及固體懸浮物，也可作為超濾和反滲透的前處理。
超濾膜技術(shù)目前在含油廢水處理中應(yīng)用最多，美國在1991年前后研究了一種陶瓷超濾膜處理采出水用于油田回注。國內(nèi)華北油田、江漢油田、勝利油田都有應(yīng)用超濾膜技術(shù)的報道。與傳統(tǒng)的絮凝分離方法相比，超濾膜處理綜合費用更低。但是，用超濾膜處理含油廢水時，由于低分子能夠穿透濾膜，所以BOD和COD去除率不高，常將超濾透過水再經(jīng)反滲透（或活性污泥法等生物法）進(jìn)行深度處理。
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超濾膜的污染與清洗是目前超濾膜技術(shù)研究的重點問題之一。中科院上海原子核研究所通過使用表面活性劑對超濾膜進(jìn)行膜表面改性，來改善膜表面的親水性，從而有效地降低膜表面的污染
反滲透裝置第一次大規(guī)模應(yīng)用于油田采出水處理的是加利福尼亞的圣泡斯廢熱電站(Mt.Pose Co-generation Plant)。其水處理裝置包括除油、澄清、過濾、反滲透脫鹽裝置，處理后的水用于電站鍋爐給水。這套水處理裝置成功地將含鹽3000mg/L,硅6263mg/L,油3.5mg/L,總有機(jī)碳(TOC)16 ～23mg/L的采出水處理到鍋爐用水水質(zhì)。國內(nèi)有專利報道[13]，將鹽析和反滲透結(jié)合起來處理乳化油廢水，效果良好。
加拿大環(huán)境廢水中心自1990年開始，采用電滲析處理油田采出水，進(jìn)行了一系列的小型試驗，并解決了擴(kuò)大規(guī)模中試中的膜污染和處理高溫采出水兩大問題。
1.8 高效油水分離設(shè)備
近年來，處于環(huán)保和經(jīng)濟(jì)兩方面的考慮，國外許多大的石油公司開發(fā)研究諸多高效油水分離設(shè)備以減少過高成本和處理采出水費用，如加拿大工程研究中心(C-FER)開發(fā)研究出井下油水分離系統(tǒng)：將水力旋流分離器與經(jīng)過改進(jìn)的多流井下泵送系統(tǒng)配套使用，完成產(chǎn)油、油水分離及實現(xiàn)采出水同井回注。這項新技術(shù)在加拿大東部艾伯塔省阿萊恩斯油田得到良好地應(yīng)用。
2 采油廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀與展望
由于各油田所處環(huán)境不同，油田地層滲透率差別較大，對回注水水質(zhì)要求不同，國外油田采出水經(jīng)處理后，主要用于回注，其次用于農(nóng)田灌溉和用于蒸汽發(fā)生器或鍋爐給水。國內(nèi)目前各油田多數(shù)采用隔油除油—混凝或沉淀（或氣。—過濾三段處理工藝，再輔以阻垢、緩蝕、殺菌、膜處理或生化法處理等。由于有時采出水CODcr嚴(yán)重偏高，特別是對于稠油污水、聚合物采出水、高含鹽采出水經(jīng)處理外排時達(dá)標(biāo)率僅為50%左右。也有其它多種原因，致使采出水處理無法再次利用而只能外排。
國內(nèi)目前的“老三套”方法雖然有一定的效果，處理后都還存在很多問題，如隔油池只能去除大粒徑的油珠，不能去除水中乳化油和溶解油；氣浮法要加破乳劑，且油不易回收；活性炭吸附法成本高，活性炭不易再生等；而對于膜法處理則具有效率高、設(shè)備小、耗能少、操作簡便、易實現(xiàn)自控化，易工業(yè)化規(guī)模使用等優(yōu)點，加之國內(nèi)外對膜法處理油田采出水的研究的重視和深入，膜材料的不斷更新，膜成本的逐漸降低，使膜分離技術(shù)用于油田采出水的處理成為未來的重要發(fā)展方向。
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