油田污水生物化學處理技術研究

黃貴花，何 接，唐 康

（西安石油大學，陜西西安 710065）

油田污水生物化學處理技術研究

黃貴花，何 接，唐 康

（西安石油大學，陜西西安 710065）

現(xiàn)在我國油田出油含水量已達80%～90%。隨著油田開發(fā)時間的增長，產出的污水也隨之增多，如何將采油過程中產生的污水變廢為寶，處理后飲用或灌溉，具有十分重要的現(xiàn)實意義。本研究以陜北子長采油場余加坪集油站水處理點未處理水為研究對象。先測取未經(jīng)處理的原水的濁度，COD等各項指標，再利用聚硅酸鐵鋁，聚合氯化鋁，氯化鐵三種混凝劑對原水進行混凝預處理，測量經(jīng)三種混凝劑處理后的污水的各項水質指標并與未處理前原水的各項指標進行對比，通過比較三種混凝劑對原水的濁度和COD的去除率來確定最佳的混凝劑。最后取最佳的混凝劑處理后的混凝出水，用造紙廠采購的厭氧顆粒污泥進行厭氧處理，觀察厭氧顆粒污泥對混凝出水COD的去除效果。

油田污水；生物化學；混凝；厭氧

油田采出水主要是原油在生產處理過程中脫出的污水。油田污水處理的目的是去除水中的油、懸浮物以及其他有礙注水、易造成注水系統(tǒng)腐蝕、結垢的不利成分。目前主要的油田污水處理方法包括:物理法，化學法和生物法[1]。從20世紀90年代起，我國部分油田開始進行生物污水處理技術工程化應用和試驗研究。勝利、大港油田進行了生物接觸氧化加污泥回流處理技術,粉煤灰吸附加生物氧化塘技術的工程應用，取得了好的成效。河南油田、冀東油田開展了厭氧、好氧的A/ O新型處理工藝技術的現(xiàn)場小試，取得了初步成效。纖維球過濾技術在克拉瑪依油田已成功應用。在工程應用中，李海濤等[2]用釕銥錳錫鈦多元氧化物涂層電極作陽極，鈦作陰極對某海洋油田產生的有機污水進行循環(huán)電解，將該污水降解至GB 8978－1996《污水綜合排放標準》一級標準以下。Madian E.等報道的Mobil石油公司處理印度尼西亞Arun油田采油廢水的工藝流程。采用化學破乳除油、氣浮、生化聯(lián)合組成的工藝替代了過去的混凝-過濾或混凝-氣浮-過濾工藝。Campos J等將粗砂濾過的高鹽度采油廢水經(jīng)纖維酯膜（MCE）進行微濾，去除一些大分子有機物，再進入用聚苯乙烯顆粒作填料的生物濾池內進行處理，COD、TOC和苯酚類的去除率分別為65%、80%和65%。隨著油田的不斷開發(fā)，油井采出液不斷增加，造成油田污水越來越多，給油田污水的排放和處理帶來很大的困難。為了能夠解決含油污水處理過程中的一系列問題，本次實驗主要做以下研究:（1）通過實驗分析油田污水水質指標；（2）采用混凝-厭氧生物處理油田污水，測定處理出水水質指標，優(yōu)化處理方法，并進一步分析處理機理。對油田含油污水必須進行處理回用，才能為油田帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益[3-6]。

1 實驗過程

本實驗通過分光光度法測定原水中的含油量；通過用真空泵進行抽吸過濾，將懸浮物截留在濾膜上，烘干后，通過質量差的形式測定原水中的懸浮物含量；通過pH計測量pH值；通過原子吸收分光光度法，EDTA滴定法，碘量法等測定其他離子含量，分析得到原水水質具有如下特點:氯離子及含鹽量高；原水為氯化鈣水型；含油量中等；懸浮物、COD含量較低。

混凝劑的原理是破壞污水中細小顆粒的穩(wěn)定性，使其互相接觸而凝聚在一起，形成絮狀物，并下沉分離。利用混凝劑治理污水綜合了混合、反應、凝聚、絮凝等九個過程。厭氧顆粒污泥可以在混凝處理的基礎上進一步對上清液中的COD進行去除，從而達到較好的處理效果。

1.1 混凝預處理

混凝預處理是比較常見的廢水預處理方法，通過加入絮凝劑或者混凝劑，在適當?shù)臈l件下，形成絮體與水相的非均相混合物，利用重力作用，達到絮體與水相的分離，進而達到去除污染物的目的。

1.1.1 混凝處理的方法與步驟 對返排液進行混凝預處理時，實驗的步驟如下:（1）在相同原水、相同攪拌條件及常溫條件下，分別將相同的250 mL油田采出水樣加入燒杯中，分三組實驗；

（2）然后分別將各個燒杯中的油田采出水倒入GJ-3S型高速攪拌機中，在200 r/min的轉速下邊攪拌邊向燒杯中分別加入聚合氯化鋁（PAC）、氯化鐵，聚硅酸鐵鋁，攪拌2 min；

（3）然后將三組攪拌機的轉速都調節(jié)為30 r/min，攪拌10 min使絮凝劑與污水充分混合；

（4）取出少量混合液放入試管中，并編號；

（5）增加混凝劑的投加量，重復（2～4）的步驟；

（6）將所有混凝處理后的水樣靜沉 30 min左右，使絮體自由沉降，取上層清液測定各項水質指標來比較三種不同混凝劑對含油污水的濁度及COD的去除效果，由此確定最佳的投藥量和最佳操作條件。

1.2 厭氧顆粒污泥的培養(yǎng)

厭氧顆粒污泥是由產甲烷菌，產乙酸菌和水解發(fā)酵菌等構成的自凝聚體，是指給水或者生活污水處理的過程中，采用各種污水處理工藝，以便去除溶解于水、懸浮顆?；蚰z體狀物質，并因此而產生的泥渣的物質。按水的處理方法及性質將污泥分為生活污水廠污泥、給水污泥以及工業(yè)廢水污泥。本實驗采用的是在造紙廠購買的厭氧顆粒污泥。

1.2.1 污泥培養(yǎng)方法 用量筒量取90 mL污泥顆粒，用清水洗凈，再向量筒加入300 mL之前所儲存的混凝出水，以及6 mL微量元素母液和2.7 mLN:P母液，蓋上瓶蓋，保持厭氧環(huán)境。每天定時向量筒中添加等量的微量元素母液，同時放氣。按預定時間測定厭氧出水的COD值。

2 實驗結果分析

2.1 不同混凝劑的投加量對濁度及COD去除的影響

2.1.1 不同混凝劑的處理效果對比 不同混凝劑投加量對原水濁度及COD去除的處理效果對比（見圖1，圖2）。

圖1 不同混凝劑的投加量對濁度去除率的影響

圖2 不同混凝劑的投加量對原水COD去除率的處理效果的影響

由圖1濁度去除率隨聚硅酸鐵鋁，聚合氯化鋁，氯化鐵的投加量的變化曲線可以看到，在相同的原水水樣及相同的溫度下，當投加量分別達到34 mg/L，50 mg/L和23 mg/L時，濁度去除率分別達到最大值，然后隨著投加量的增加，濁度去除率逐漸減小。產生這種趨勢的主要原因是:在投入混凝劑初期，由于混凝劑投入水中，大多可以提供大量的陽離子。陽離子能把膠體粒子表面所帶的陰離子中和掉，使其顆粒間排斥力減小，從而容易靠近并凝聚成絮狀細粒，實現(xiàn)了使水中細小膠體顆粒脫穩(wěn)并凝聚成微小細粒的過程，所以使得含油污水中的濁度逐漸減小，若絮凝劑加入量較少，則不能很好地使膠體脫穩(wěn)，不足以將膠粒架橋聯(lián)接起來，導致形成的絮體不夠多、大，不能起到很好的吸附卷掃作用，絮凝效果不夠理想。若加量偏多，則會使其帶上相反的電荷，會使膠粒的吸附面均被無機PAC高分子覆蓋，兩膠粒接近時，就受到高分子之間的相互排斥而不能聚集，產生“膠體保護”作用，使絮凝效果下降甚至重新穩(wěn)定，即“再穩(wěn)”，從而使得含油污水的再次濁度增加。

由圖2COD去除率隨聚硅酸鐵鋁的投加量的關系曲線可以得到，在其他條件相同的情況下，隨著聚硅酸鐵鋁，聚合氯化鋁，氯化鐵投入量的增加，COD去除率逐漸增大，在投入量分別達到23 mg/L，95 mg/L，58 mg/L時，原水的COD去除率達到一個相對最大值，之后繼續(xù)投加混凝劑，其對原水的COD去除率又逐漸減小。產生這種趨勢的主要原因是:在投入混凝劑初期，由于混凝劑投入水中，大多可以提供大量的陽離子。陽離子能把膠體顆粒表面所帶的陰離子中和掉，使其顆粒間排斥力減小，從而容易靠近并凝聚成絮狀細粒，實現(xiàn)了使水中細小膠體粒子脫穩(wěn)并凝聚成微小細粒的過程所以使得含油污水中的COD逐漸減小，直到達到絮凝劑的最高絮凝效果以后，如果再繼續(xù)投加絮凝劑，會使得水中帶上相反的電荷，從而產生電斥力作用，使原本已經(jīng)凝聚的離子分離，使得含油污水的COD反而增加。聚硅酸鐵鋁處理含油采出水時，集電中和凝聚-吸附架橋-沉淀網(wǎng)捕于一體，具有高效優(yōu)良的混凝沉淀效果；PAC的混凝機理屬于多核羥基絡合物表面絡合，表面水解和表面沉淀的過程。三氯化鐵水解產生氫氧化鐵膠體，通過電性中合、吸咐架橋、網(wǎng)捕沉淀去除水中雜質。從圖中可以看到，相較于其他兩種混凝劑，聚硅酸鐵鋁能夠在投加量小的情況下達到很好的處理效果。

2.1.2 用聚合硅酸鹽絮凝劑處理后的廢水水質 比較聚合硅酸鹽絮凝劑處理前后的廢水水質，可以得到，混凝處理后，廢水的含油量，懸浮物含量都明顯降低，濁度去除率高達98.6%，COD去除率高達85.1%，而礦化度，pH及一些微量元素含量基本保持不變。從而說明，聚硅酸鐵鋁對含油采出水的濁度及COD具有明顯的去除效果。

2.2 采出水的厭氧處理

采出水進行混凝處理后，用混凝出水對污泥進行培養(yǎng)，每24 h測一次COD，然后再換水繼續(xù)培養(yǎng)，記錄COD的變化情況，含油采出水經(jīng)混凝，厭氧處理后的COD去除率隨時間的變化可以做出柱狀圖（見圖3）。

圖3 含油采出水經(jīng)混凝，厭氧處理后的COD去除率

通過柱狀圖3，可以看到，通過更換培養(yǎng)液，厭氧污泥對混凝出水的COD去除率逐漸增加，在第二天以后，厭氧污泥對混凝出水的COD去除率達到60%左右，隨后逐漸趨于穩(wěn)定，基本維持在50%以上。產生這種現(xiàn)象的原因是:在用混凝出水培養(yǎng)厭氧顆粒污泥的初期，厭氧顆粒污泥有一個適應期，隨著時間的延長，厭氧顆粒污泥得到馴化，對COD的去除效果慢慢趨于穩(wěn)定，趨于穩(wěn)定之后，厭氧顆粒污泥對混凝出水的COD去除率保持在50%以上，但由于其他因素的影響，其對COD的去除效果也有一些波動，但整體的去除效果較好。廢水厭氧生物處理在早期又被稱為厭氧消化、厭氧發(fā)酵；是指在厭氧條件下由多種（厭氧或兼性）微生物的共同作用下，使有機物分解并產生和的過程。

3 實驗結論與展望

通過比較三種混凝劑對原水的濁度和COD的去除率來確定最佳的混凝劑。最后取最佳的混凝劑處理后的混凝出水，用造紙廠采購的厭氧顆粒污泥進行厭氧處理，觀察厭氧顆粒污泥對混凝出水COD的去除效果。通過實驗，得到以下結論:

（1）采用聚硅酸鐵鋁，聚合氯化鋁，氯化鐵三種混凝劑對油田污水進行處理，通過比較三種混凝劑對油田污水中濁度及COD的去除率，可以得到在三種混凝劑中聚硅酸鐵鋁對含油污水的處理效果最好。

（2）實驗表明，聚硅酸鐵鋁的投加量以34 mg/L左右為宜，此時濁度去除率可達98.45%。COD去除率可達78%；在投加量相同的條件下，其濁度去除率比聚合氯化鋁處理后的污水的濁度去除率大10%左右，COD去除率大20%左右，比氯化鐵處理后的污水的濁度去除率大2%左右，COD去除率大13%左右，對含油污水的處理效果較好。

（3）聚硅酸鐵鋁，聚合氯化鋁，氯化鐵三種混凝劑對含油污水處理的作用機理基本相同，都是通過電性中和、吸咐架橋、網(wǎng)捕沉淀去除水中雜質。

（4）用聚硅酸鐵鋁處理后的混凝出水培養(yǎng)厭氧顆粒污泥，混凝出水的COD去除率在厭氧處理過后基本可以達到50%以上。厭氧顆粒污泥處理含油廢水就是將含油廢水中的有機物進行分解產生和的過程。

（5）經(jīng)過聚硅酸鐵鋁混凝，厭氧顆粒污泥進行厭氧處理過后的含油采出水，濁度相較于原水下降了69NTU左右，COD下降了50%左右，說明生物化學方法共同處理油田污水可以達到一個較好的處理效果。

隨著油田進入特高含水期，新的矛盾不斷出現(xiàn)，新的難題需要解決。除了大力推廣新技術，新工藝，新設備，加大對油田污水系統(tǒng)改造的投入外，關鍵的是依靠科技進步，加強科技攻關，針對油田急需解決的難題開展研究，開發(fā)一批實用新技術，滿足油田開發(fā)的需要。

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Study on biochemical treatment technology of oilfield sewage

HUANG Guihua，HE Jie，TANG Kang
（Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

Now our country oilfield oil containing water has reached 80%～90%.With the growth of the oilfield development,sewage output increased rapidly,how will be generated in the production process of the sewage waste to treasure,after drinking or irrigation,with important and practical significance.After processing the three untreated station long this study in northern Shanxi oilfield Jiaping oil water treatment water as the research object.First measured without the treatment of raw water turbidity,COD and other indicators,and then use poly silicon ferric aluminum,polymerization aluminum chloride,ferric chloride coagulant of raw water coagulation pretreatment and measurement by three kinds of coagulant treatment of sewage water quality indexes and untreated raw water before the index contrast,by comparing the three coagulants of raw water turbidity and COD removal rate to determine the optimal coagulant.Finally take the best coagulant coagulation effluent with papermaking factory procurement of anaerobic granular anaerobic treatment,observed in the anaerobic particles of mixed coagulation effluent COD removal effect.

oilfield wastewater；biochemistry；coagulation；anaerobic

TE992.2

A

1673-5285（2017）04-0034-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.04.009

2017－03-17

2017－03-30