油田含聚污水處理方法綜述

皇甫宇驥

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710000）

原油中的雜質(zhì)多，不同地區(qū)的原油有不同的特點(diǎn)，比如有些膠質(zhì)多，有些瀝青質(zhì)多等，因此如何合理有效地實(shí)現(xiàn)稠油、重油等資源的發(fā)掘，成為當(dāng)前稠油工業(yè)乃至整個(gè)石油工業(yè)合理發(fā)展的關(guān)鍵。針對(duì)這個(gè)問題，20世紀(jì)80年代中期，各大油田陸續(xù)采用化學(xué)驅(qū)采油，特別是聚合物P驅(qū)、表面活性劑／聚合物SP驅(qū)。

然而，隨著聚驅(qū)采油年限的增加，污水的成分變得復(fù)雜，一方面增加相間的空間位阻，使得油水更加的難以分離，同時(shí)也增加了成本。沒有采取合適的方法處理可能會(huì)嚴(yán)重污染地下水，與此同時(shí)，聚驅(qū)采出水是油水混合物，其中所包含的油品，也是一種寶貴的二次資源。對(duì)含油污水的回收是很好的資源節(jié)約，將資源利用最大化，否則將造成石油資源的浪費(fèi)。

1 含聚污水的主要特征

由于條件不同，油田采出水表現(xiàn)出來的特性也不同，但其中都包含有原油、懸浮固體顆粒、鹽類和微生物等成分。采出水由于含有可回收物，使得其相比于常規(guī)水驅(qū)采用具有不同的特性。殘余的聚合物對(duì)采出水的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）對(duì)含油滴粒徑的影響。使采出水中油珠分布更加均勻。通過粒徑測(cè)試發(fā)現(xiàn)含聚污水中粒徑＜64μm的油珠占到90%以上［1］。顯微觀測(cè)結(jié)果表明油田采出水中小油滴更為細(xì)小和密集且穩(wěn)定地分散于水中，形成O／W型乳狀液，使得污水處理難度增加，污水中含油量增加。

2）影響油水混合物的黏度。含油污水的黏度因采出水中聚合物而呈現(xiàn)增加的狀態(tài)。同種情況下，40℃下水驅(qū)污水的黏度一般為0.6mPa·s，甚至達(dá)到0.8～1.1 mPa·s。黏度的增加使分散相即油相移動(dòng)的空間位阻增加，同時(shí)使含聚污水的穩(wěn)定性增加，污水處理所需自然沉降時(shí)間增長(zhǎng)。

3）采出水中泥沙含量的影響。由于聚合物的吸附能量較強(qiáng)，導(dǎo)致含聚污水中所帶有的泥沙數(shù)量增多。一方面，泥沙的數(shù)量增加減少了反沖洗周期，增大了工作時(shí)間和降低工作效率。另一方面，由于所帶有的泥沙的增加，要求各個(gè)環(huán)節(jié)的排泥設(shè)施必須合理，必要時(shí)增加污泥處理次數(shù)［2］。

2 含聚污水的主要處理方法

2.1 物理法

2.1.1 重力分離法

重力分離法原理是油和水具有不同的密度和兩者不相互融合的特性，在靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)油滴、顆粒物與污水處理的方法。重力除油設(shè)備有橫向流除油器、波紋板聚結(jié)油水分離器、聚集型油水分離器、立式除油罐和斜板式隔油池等［3］。其處理污水的體積大、耗費(fèi)的經(jīng)濟(jì)低、使用方便，因此常常用于油田污水處理。缺點(diǎn)是需要大面積的土地，對(duì)特定的油品與水分離效果不好，污水在管道中流動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)［4］。

2.1.2 水力旋流法

水力旋流技術(shù)作為油田最常用的污水除油設(shè)備，由于其重量低、占地面積小、處理效率高的特點(diǎn)，因而常常應(yīng)用于海下管道的水處理［5］。夏福軍等［6］研究了利用水力旋流器簡(jiǎn)化含聚污水處理工藝的問題，流程為：首先用該設(shè)備對(duì)原水進(jìn)行油水分離，然后進(jìn)行兩種不同壓力級(jí)別下進(jìn)行過濾。經(jīng)過水力旋流法處理后，中滲透層注水水質(zhì)要求的各項(xiàng)指標(biāo)能夠得到滿足。

2.1.3 加藥氣浮法

氣浮法聽名字可以看出是通入空氣，使氣液固進(jìn)行充分的混合，在使聚合物的混合物附著在形成的氣泡上進(jìn)而浮出水面的技術(shù)。氣浮效果取決于于絮凝劑和浮選劑兩種因素的作用。

唐善法等［7］研究表明，單一氣浮技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用效果較為良好，除油的效率很高可以達(dá)到81%，但去除污水中殘余聚合物 （HPAM）的效果較差 （除聚率＜17%），有時(shí)甚至沒有效果。通過添加浮選劑 （CJSG系列）能夠有效的去除含聚污水中殘余聚合物，最高可達(dá)74.6%，同時(shí)發(fā)現(xiàn)藥劑種類影響除油效果，其中只有少數(shù)的同時(shí)具有兩種作用，對(duì)去除聚合物和油都有效果。

2.2 化學(xué)法

因?yàn)椴沙鏊泻胁蝗菀滋幚淼奈镔|(zhì)如沙粒、由品，并有侵蝕、結(jié)構(gòu)和微生物等問題，因此需用相應(yīng)的化學(xué)劑處理［8］。

2.2.1 絮凝劑

絮凝法也是很重要的處理途徑，它是通過加入試劑導(dǎo)致分離的速度增加，同時(shí)步腐蝕工藝。絮凝劑分類：非有機(jī)、有機(jī)化合物、復(fù)合化合物、微生物絮凝劑4大類。

2.2.2 水質(zhì)改性技術(shù)

該技術(shù)是使除去采出水的二氧化碳和碳酸氫根，使水的酸堿度由弱酸性調(diào)整為堿性［9］，使用之后重新用來注入地層，在水質(zhì)處理方面這項(xiàng)技術(shù)可以說是一種新的技術(shù)。

2.3 微生物法

在應(yīng)用微生物來降解污水時(shí)，污水分子結(jié)構(gòu)被破壞，由大分子變成成小分子，分結(jié)后可以作為微生物生存的能量，其作用可以使黏度下降，進(jìn)而完成對(duì)含油污水的處理。

2.4 微波處理法

微波的赫茲區(qū)間為3×108～3×1011Hz，波長(zhǎng)為1mm～1m。微波具有良好的熱效應(yīng)、高效的催化效應(yīng)和殺菌作用等優(yōu)點(diǎn)。微波加熱的方式為從物質(zhì)內(nèi)部和外部同時(shí)加熱；同時(shí)，加熱是具有選擇性的，即根據(jù)微波的吸收能力不同，其有不同的加熱效果。水具有較強(qiáng)的微波吸收能力，因此含有水分的物質(zhì)用微波加熱可以有良好的效果。因此，微波技術(shù)在水處理領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。

將微波技術(shù)應(yīng)用于含聚污水的處理受到越來越多研究者的青睞和重視。王鵬等［10］將微波輻射破乳和酸化破乳相結(jié)合，通過實(shí)驗(yàn)得知，酸化破乳能顯著提高破乳效率。Ferreira et al［11］對(duì)比分析了加熱時(shí)間，破乳劑加量對(duì)常規(guī)破乳與微波破乳效果的影響，結(jié)果表明，微波破乳具有耗時(shí)少和用量少的特點(diǎn)。Mohamme et al［12］研究了微波輻射功率，含水率及含鹽量對(duì)破乳效率的影響規(guī)律，結(jié)果顯示，微波輻射功率越大，破乳脫水效果越好；含水率越高，微波加熱越快；隨著無機(jī)鹽濃度的增加，微波破乳效率升高。Binner et al［13］進(jìn)行了鹽的含量對(duì)W／O型乳狀液破乳效率分析，實(shí)驗(yàn)表明，隨著含鹽量的增加，分離所需的時(shí)間減少，其原因?yàn)闊o機(jī)鹽越多，介質(zhì)損耗因子越大、微波加熱效率越高。

此外，鑒于離子液體是一種液態(tài)鹽，其具有性質(zhì)溫和、無污染、易回收、可循環(huán)多次使用的特點(diǎn)，因此，少數(shù)學(xué)者對(duì)離子液體促進(jìn)微波破乳效應(yīng)展開研究。Silva et al［14］研究了5種離子液體對(duì)W／O型乳狀液微波破乳效果的影響規(guī)律，結(jié)果顯示，離子液體對(duì)油水界面具有很好的親和力，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)可以與離子液體在界面上進(jìn)行反應(yīng)，促進(jìn)這些活性成分的解吸附，離子液體的對(duì)含油污水的吸附能力與烷基鏈的長(zhǎng)度有關(guān)；Lemos et al［15］研究了omimBF4和omimPF6兩種離子液體對(duì)W／O型乳狀液的破乳規(guī)律，結(jié)果表明，隨著離子液體濃度增加，常規(guī)破乳和微波破乳脫水效率均增大，但微波破乳更快、更高效。

3 結(jié)語

目前原油含聚采出污水的處理方法有很多種，本文通過系統(tǒng)分析物理脫水法、化學(xué)脫水法、微生物法、以及微波法等常用處理方法可以得出：

1）物理法對(duì)采出水的處理有量大、成本低、管理方便等優(yōu)點(diǎn)。僅用物理法對(duì)含油污水處理很難達(dá)到理想的情況，因此很少有油田對(duì)物理法進(jìn)行單獨(dú)使用。

2）化學(xué)法處理含聚污水主要通過添加絮凝劑和對(duì)水質(zhì)進(jìn)行改性。添加絮凝劑可以通過絮凝作用，較為有效地去除污水中的聚合物，但是也存在絮凝劑用量較大的問題，一般需要添加與聚合物同等量的絮凝劑。

3）綜合微生物處理含聚污水的研究可以看出，目前有關(guān)微生物分解含聚污水培養(yǎng)、篩選、評(píng)價(jià)的室內(nèi)研究階段，有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的報(bào)道相對(duì)較少，。微生物的類型是含聚污水處理的關(guān)鍵，因此如何獲得高性能微生物是今后主要研究方向。

4）由于聚合物的存在使得含聚污水的穩(wěn)定性大大增強(qiáng)，從微波處理含聚污水的研究中可以看出，單獨(dú)應(yīng)用微波破乳脫水往往達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，通常還需與化學(xué)法聯(lián)合使用。通過大量對(duì)比研究可以看出，微波法與化學(xué)劑聯(lián)合使用可以顯著改善破乳效果，常用的化學(xué)劑主要為無機(jī)鹽，但大量使用無機(jī)鹽會(huì)導(dǎo)致管線及設(shè)備腐蝕結(jié)垢問題更為嚴(yán)重。離子液體作為一種 “清潔”的液態(tài)鹽，引起了學(xué)者的關(guān)注，少數(shù)學(xué)者針對(duì)離子液體作為化學(xué)劑促進(jìn)微波破乳展開了研究，目前在現(xiàn)場(chǎng)鮮有應(yīng)用。因此探究高效、清潔、適應(yīng)性強(qiáng)的化學(xué)劑將成為微波化學(xué)法今后的主要研究方向。