油田采油廢水處理方法研究

摘" " " 要： 采油廢水成分復雜，極難處理。采油廢水按處理方法原理的不同主要歸納為物理法、化學法、物理化學法和生物法。介紹了采油廢水及其外排和回注標準，并論述了四種方法處理油田采出水的優缺點及適用條件。

關" 鍵" 詞：采油廢水；物理法；化學法；生物法

中圖分類號：X131.2" " " 文獻標識碼： A" " " 文章編號： 1004-0935（2023）02-0306-04

含油污水是指在石油和天然氣分離、脫水后，隨著原油流入地層而形成的污水。在生產過程中，除含原油外，還存在各種鹽類、有機物、有害氣體及大量的懸浮物，并在石油、天然氣開采、運輸過程中加入多種化學藥劑。由于其鹽度高，微生物數量多等特性，是一種獨特的極其難降解的有機廢水。

原油是以油滴形式存在于油田采出水中，按其粒度可劃分為4種：

①浮油：顆粒直徑超過100 μm。

②分散油：顆粒直徑10～100 μm。

③乳化油：顆粒直徑0.1～10 μm。

④溶解油：顆粒直徑小于0.1 μm。

油田采出水中，存在著上述四種分散性的油珠，各自所占比例不同。

1" 油田采油廢水的危害

1.1" 油田回注水存在的隱患

油田回注水是通過注水井對儲層進行注水，以補償因開采而產生的地下虧空，維持地層壓力，提高采收率。但是，污水中含有的大量石油和懸浮物質會堵塞地層，同時，水中的各種有害微生物也會侵蝕管線，影響油田的開發。

1.1.1" 對洗井次數的影響

含油污水中的機械雜質、油、垢離子等雜質會在井口附近堆積，從而形成濾渣，導致孔眼狹窄、堵塞，阻礙微粒深入。濾餅積聚過多會降低吸水率，提高注水壓力，進而降低采收率。

1.1.2" 對地質結構的影響

回注水對地質結構的破化主要體現在兩方面，一是由于滲透性的作用回注水向周邊土壤滲透，引起土壤pH值的突然變化，造成土壤的酸堿化。另一方面，回注水和地層水的互不兼容，會造成地層巖石堵塞、腐蝕、結垢，從而影響油田的滲透率和采收率。

1.1.3" 對回注設施的影響

高離子和高礦化度的回注水都能提高水的導電性能。與金屬接觸的時間越長，就會產生原電池腐蝕、二氧化碳腐蝕、硫化物腐蝕和氯離子腐蝕等；腐蝕產物會導致套管的堵塞，從而降低吸水性。

1.2" 外排的危害

油田采油廢水不經處理直接外排，污水中所含的各種難降解的有機物質和無機物質將對周圍土壤、水體、大氣產生難以恢復的影響。

1.2.1" 土壤污染

污水滲入土壤后，會在土壤表層及孔隙中產生一層油膜，從而破壞土壤的團粒結構；滲透率下降，對微生物生長繁殖有一定的影響。此外，由于污水中的油脂附著在農作物的根上，也會對農作物的生長產生不利影響。

1.2.2" 水體污染

油田采油污水中含有大量石油類污染物，排入水體后，會形成一層油膜，并在水中擴散。由于油膜的阻隔，水中的DO得不到及時補充，從而造成大量的生物窒息死亡。原油中的多環芳烴、石油類、苯和酶等有機污染物進入水中，被水中生物吸附富集后導致生物產生變異，最終通過食物鏈危害人體健康。

1.2.3" 空氣污染

油田采油污水在擴散形成油膜后，會揮發產生大量的有毒、有害物質，從而對環境和大氣產生不利影響。

2" 采油廢水處理方法

油田采油廢水根據原油生產過程中的特征，從油、懸浮固體、大分子有機物等方面進行處理；對其進行脫鹽、硬度降低等處理。含油量和懸浮物是影響采油廢水化學特性的重要因素。當前，采油廢水的回收利用方式有以下幾種：

1）外排：污水經處理后，各項指標符合國家標準后，可直接排放。

2）回注：油田采油廢水經高效工藝處理后，可滿足回注要求，并可回注至原有地層或其它油田。國內油田采油污水經處理后，90%以上的污水都被用來進行回注。

3）油田作業：在油田開采過程中，可以采用處理后的采油廢水進行清潔和維護。

4）其他：經過深度處理的油田采油污水可以被用來灌溉農田，畜牧養殖，甚至可以用作飲用水。

通過對國內外有關含油污水處理的研究，本文將其歸結為四大類：

2.1" 物理法

物理法主要有重力分離法、物理吸附法、蒸餾法、膜法等。物理處理技術是以機械或液體的剪切作用為基礎，對污水中的油類、懸浮物進行脫除。

2.1.1" 重力分離法

重力分離法中的自然沉降法、解吸法、水力旋流法、氣浮法等是目前國內外研究熱點。重力分離技術運行穩定，維護管理方便，成本低，適應性好。但其不足之處在于難以實現自動化，且不適于大規模油田污水處理。

2.1.2" 物理吸附法

活性炭，高分子材料，有機粘粒，樹脂，分子篩等多孔介質對含油污水中的有機物具有良好的吸附性能。物理吸附法對油田采油廢水中的石油烴具有良好的去除效果。

2.1.3" 膜處理法

膜工藝是一種新型工藝。它的分離效率高，出水穩定，水質優良，具有操作簡單、自動化程度高等特點。Motta[1]提出了一種聚結微濾技術，用于降低采出水含油率，使處理后的水滿足回注或排放要求，或將其回收利用。該聚結器是一種具有0.43～1.28 mm的空心纖維膜的陽離子交換樹脂。試驗結果顯示，在穩定情況下，聚結器除油率為36%～48%，聯合工藝除油率可達到96%。出水含油量不超8 mg·L-1，不僅能滿足回注水的要求，也可以回收利用。

2.2" 化學處理法

化學法可以將含油廢水中的乳化油進行有效去除，經過化學處理，可以將廢水中的污染物變成無害物質，保證水質達到一定的標準。

采用化學法進行采出水處理，出水基本滿足排放要求，或達到油田回注要求。但是，該工藝一般成本較高，且能量消耗大。

目前比較常見的化學法主要有電化學處理法、鹽析法和化學破乳法。

2.2.1" 電化學處理法

王兵[2]等利用電化學技術對油田三次采油中的聚驅采油廢水進行處理，并對酸堿值、反應時間、電流強度等因素進行分析。結果顯示：pH值為3.25， COD去除率達85.03%，HPAM去除率達98.66%；在0.8 A電流強度下，COD和 HPAM的去除率分別可達85.24%和99.63%；當pH值為3.25，電流強度為0.8 A時，COD、HPAM的去除率隨著時間的推移而增大，并在30 min后保持穩定。

2.2.2" 鹽析法

其工作原理是向廢水中注入一定量的鹽，從而使油與水之間的雙電層間的厚度減小，使油在不穩定狀態下相互聚集。該方法具有操作簡便、費用低廉等優點。

2.2.3" 化學破乳法

所謂破乳法，就是將化學藥劑加入到廢水中，經過水解，生成帶正電荷的膠體，與乳化油發生電化學反應，降低其表面電勢。在經過處理后，可以使油顆粒聚集，顆粒直徑增大，同時浮力也隨之增大。這樣，就可以有效實現油水分離。

2.3" 物理化學法

氣浮法、混凝法、吸附法是物化法中最常見的方法。氣體通入廢水后，會形成大量的分散泡沫，與水體中的疏水型固體、液體顆粒形成水-氣-粒子三相混合體系。

物理化學法可以應用于預處理和深加工。這是目前油田常用的一種處理方法。其處理效果良好，但在長時間的使用中會產生二次污染，產生大量淤泥，給環境帶來新的問題。強化此工藝，尋求新的環境治理途徑是當務之急。

2.4" 生物法

生物法主要有好氧、厭氧和自然生物法。其主要功能是將污水中的有機物轉化為微生物的生命物質，從而將廢水中的污染物轉移到微生物體內，達到一定的處理效果。

2.4.1" 好氧生物處理法

在有氧環境下，通過好氧微生物（兼性微生物）對有機物進行生物代謝，使其穩定、無害化。好氧生物工藝有兩大類：一是生物膜法，二是活性污泥法。生化法通常占地空間大，作業周期長。出水能夠滿足油田排水標準，但難以達到回注水標準。由于其本身存在的缺陷，以及其生長周期較長等原因，目前還沒有得到普遍應用。

李繼紅[3]在聚驅采油污水處理中采用膜生物反應器。以含油量、COD、HPAM為主要污染物，考察了MBR工藝中的水停留時間、溫度、溶解氧等因素對MBR工藝的影響。實驗結果顯示，在溫度30 ℃，DO 2～4 mg·L-1條件下，對石油、COD、HPAM的去除率分別為96.7%， 78.9%， 75.0%。

2.4.2" 厭氧生物處理法

在厭氧狀態下，污水中的厭氧菌（兼性厭氧菌和專性厭氧菌）可以利用生物降解的方式將污水中的難降解有機物轉化成低分子量的有機物質或無機物質。

厭氧生物處理工藝是一種非常高效的處理方法。厭氧生物處理工藝可以使污水中難以直接降解的多環芳烴和其他有機物，轉化為醇、有機酸，同時還能去除一部分S2-，從而改善采油污水的可生化性。

3" 結 論

通過對四種油田采出水處理方法的研究，得出如下四個結論：

1）二級處理單元處理過程中一般采用物理法，只能去除部分懸浮物和乳化油，無法滿足采油廢水處理日益復雜的水質要求。

2）化學處理法處理效率高，污水基本能達到排放標準，甚至達到油田注水標準。但該方法成本高、能耗高，且大部分技術仍處于實驗室或中試階段。

3）前處理工藝和深度處理工藝可采用物化法。這是目前大部分油田普遍采用的處理工藝。

4）生化法一般占地面積大，工作時間長，有二次污染，且耐鹽、耐聚合物微生物難以培養和繁殖，目前在油田采出水處理中沒有得到廣泛使用。

參考文獻：

［1］MOTTA A， BORGES C， ESQUERRE K，et al．Oil produced water treatment for oil removal by an integration of coalescer bed and microfiltration membrane processes[J]. Journal of Membrane Science，2014，469 （7）：371-378．

［2］王兵，李潔，任宏洋．電化學法處理聚驅采油廢水的研究[J].安全與環境學報，2015，15（6）：245-249．

［3］李繼宏，胡筱敏，李亮.膜生物反應器處理聚驅采油廢水研究[J].環境污染與防治，2013，35（2）：28-33.

［4］殷碩，郝蘭鎖，吳濤．油田反相破乳劑及其配套技術在油田現場的應用研究[J].遼寧化工，2022，51（4）：508-511．

［5］陳春燕．原油脫水技術研究進展[J].遼寧化工，2019，48（6）：546-547．

［6］王永軍，李成成，郭海軍，等．聚丙烯酸酯乳液類反相破乳劑除油機理[J].當代化工，2021，50（2）：352-356．

［7］肖峰曹，智鵬，馬文杰，等．含油污水高級氧化技術研究與應用進展[J].遼寧化工，2018，47（11）：1134-1137．

［8］劉星．油田回注水水質的問題與應對[J].化工管理，2022（14）：213-214．

［9］楊瑞，張翻．含油廢水處理技術進展[J].當代化工，2018，47（08）：1695-1697．

［10］王孝，李長波．混凝-氣浮法在采油廢水處理中的應用研究[J].應用化工，2018，47（02）：234-237．

［11］曹婷婷，許鐵夫，趙紀豪，等．混凝-氣浮法在采油廢水處理中的應用研究[J].應用化工，2018，47（02）：234-237．

［12］孟寧，孫賢波，唐林．O3/H2O2氧化法處理油田采油廢水的試驗研究[J].工業水處理，2019，39（08）：86-89．

［13］陳藝敏．組合工藝處理含油廢水研究綜述[J].寧夏工程技術，2019，18（03）：271-274．

［14］王澤正，劉小寧，王敦球，等．C-MBR工藝處理高鹽度采油生產廢水中試研究[J].水處理技術，2019，45（03）：125-128．

［15］繆欣怡，王廣智，王東東．面向海上油田采油廢水的抗污染膜制備的研究進展[J].工業水處理，2022，42（3）：16-22．

［16］周焱斌，何逸凡，章威．海上注水開發油田單井經濟極限含水率分析[J].巖性油氣藏，2019，31（3）：130-134．

［17］胡天佑，唐瑾，陳志莉．石油工業含油廢水處理進展[J].水處理技術，2021，47（6）：12-17．

［18］袁林成．仿生硅化涂覆聚偏氟乙烯膜及其油水分離性能的研究［D］. 哈爾濱：哈爾濱工業大學，2020.

［19］姜維瑋．油田污水處理技術現狀及發展趨[J].化學工程與裝備，2019（08）：308-309．

［20］孟寧．遼河油田采油廢水預處理技術研究[D].上海：華東理工大學，2019.

［21］付永川，楊海蓉，張君，等．含油廢水吸附處理技術研究進展[J].應用化工，2017，46（10）：2035-2038．

［22］HE L， YANG L T， ZHANG L X， et al．Removal of Ca2+ and Mg2+ from oilfield wastewater using reusable PEG/Fe3O4/GO-NH2 nanoadsorbents and its efficiency for oil recovery[J]. Journal of Environmental Chemical Engineering，2021，9（1）．

［23］宗悅．油田采油廢水處理技術應用及研究進展[J]. 農業與技術，2021，41 （11）：107-109．

［24］焦健．LDHs 制備和表面改性后對含油污水吸附效果的研究[D].西安：西北大學，2019.

Study on Treatment Methods of Oil Field Produced Wastewater

XV Chi

（Shenyang Jianzhu University， Shenyang Liaoning 110168， China）

Abstract： The composition of oil extraction wastewater is complex and extremely difficult to treat. According to the different principles of treatment methods， the wastewater treatment methods can be mainly summarized as physical method， chemical method， physical-chemical method and biological method. In this paper， the standards of oil production wastewater and its effluents and reinjection were introduced， and the advantages， disadvantages and applicable conditions of four methods for treating oil field produced water were discussed.

Key words： Oil extraction wastewater; Physical method; Chemical method; Biochemical method