陳雷, 祁佩時(shí), 南軍?
哈爾濱建筑大學(xué) 市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150008

　　摘　要：石油開采廢水經(jīng)處理后回注油層作為生產(chǎn)用水，是解決油田環(huán)境污染和節(jié)約水資源的有效途徑。今后應(yīng)重點(diǎn)開發(fā)相關(guān)的深度處理技術(shù)、材料和設(shè)備。?
　　關(guān)鍵詞：石油開采廢水；深度處理；廢水回用?
　　中圖分類號：X74
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
　　文章編號：1000-4602(1999)11-0033-03

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^［1］。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 。針對油粒的物理化學(xué)特性，目前多采用兩級除油法，即一級重力除油、二級混凝除油法。 ?
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?；凸薜?。?
　?、倭⑹匠凸?
　　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。?
　?、诖至；劢Y(jié)器?
　　粗?；劢Y(jié)屬于物理化學(xué)法，通常設(shè)在重力除油工藝之前。粗粒化聚結(jié)器是利用粗?；牧系木劢Y(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?；牧媳砻娑细?。經(jīng)過粗粒化處理后的污水，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?；劢Y(jié)器可去除水中粒徑在10μm以上的分散油和浮油。粗?；劢Y(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，通常采用二級混凝破乳除油。?
　?、倩炷迫閯?
　　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。?
　?、跉飧〖夹g(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，但對運(yùn)行管理的要求十分嚴(yán)格?；亓鞅纫话銥?0%～40%，溶氣罐壓力0.40～0.60MPa，停留時(shí)間2～4min，空氣吸入量約為廢水體積的6%～11%^［2］。
　　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^［3］。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)。?
　?、刍炷凸に?
　　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3m，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^［2］。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)而采用兩級過濾處理，第一級為雙層濾料過濾，濾料通常選用石英砂和無煙煤，第二級采用纖維素濾料進(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。

　　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?；劢Y(jié)工藝的除油效果較差。另外到目前為止，粗粒化聚結(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^［2］。總的說來有兩種觀點(diǎn)，即“潤濕聚結(jié)”與“碰撞聚結(jié)”?！皾櫇窬劢Y(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^{［4 ］}。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，而且稠油的相對體積質(zhì)量與水非常接近(≥0.95)，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)(0.45 μm濾器)必須＞4，污染物顆粒直徑必須＜0.45 μm，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0.45μm以上的顆粒，但超濾對其進(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^［6］。

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。??

參考文獻(xiàn)：

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　　電　話：(0451)6282109?
　　收稿日期：1999-03-01