張高涵，鹿欽禮*，秦曉博，張大偉，馬永狀

（1. 遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001； 2. 撫順新鋼鐵有限責(zé)任公司， 遼寧 撫順 113001）

油田污水的油品回收及處理技術(shù)研究

張高涵1，鹿欽禮1*，秦曉博1，張大偉2，馬永狀1

（1. 遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001； 2. 撫順新鋼鐵有限責(zé)任公司， 遼寧 撫順 113001）

對(duì)某油田污水采用“N2氣浮厭氧—O2好氧強(qiáng)化A/O法”工藝流程實(shí)現(xiàn)油品回收，污水回注及排放的有效性和適用性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，在原水水質(zhì)中石油類在55~160 mg/L，COD含量在390 ~ 630 mg/L，BOD含量在70~110 mg/L，SS在40~200 mg/L，該工藝對(duì)石油類、懸浮物的去除率可達(dá)90%以上；通過(guò)厭氧處理裝置的水解酸化作用，可明顯改善生化處理?xiàng)l件，COD、BOD去除率接近85%。污水回注處理能夠達(dá)到《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)》B1級(jí)要求，污水排放處理能夠滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-1996》。

注水開(kāi)發(fā)； 達(dá)標(biāo)排放； 氮?dú)鈿飧。?純氧氧化

隨著油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，原油含水率不斷上升，采出水處理已成為油田的重要工作。各采油區(qū)對(duì)回注水質(zhì)要求越來(lái)越高，而污水中所含油類對(duì)環(huán)境也將造成影響。同時(shí)國(guó)家和地方政府基于環(huán)境保護(hù)的要求，提出了節(jié)能減排規(guī)劃，對(duì)石油石化類企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。因此開(kāi)發(fā)新工藝，研制新型設(shè)備和藥劑，應(yīng)用新技術(shù)成為油田污水處理發(fā)展的新方向[1]。本文研究的目的在于形成和完善一套適合油田污水特點(diǎn)的污水處理工藝，以達(dá)到油田污水的油品回收和水質(zhì)達(dá)標(biāo)的要求。

1 實(shí)驗(yàn)處理方案[2]

油田回注水考察的主要指標(biāo)有懸浮固體、含油量、SRB菌、腐蝕情況等，在處理水中各項(xiàng)指標(biāo)必須達(dá)到要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)行回注[3]。油田污水排放考察的主要指標(biāo)有懸浮固體、石油類、COD及BOD等[4,5]。依據(jù)油田污水各種處理工藝優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮回注及排放的技術(shù)指標(biāo)要求，形成了處理技術(shù)方案如圖1所示。

圖1 油田污水處理工藝流程簡(jiǎn)圖Fig.1 The schematic of oil-field wastewater treatment process

通過(guò)對(duì)以上方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究工作，考察回注處理及達(dá)標(biāo)排放處理中各組成部分在不同運(yùn)行工況下處理水水質(zhì)指標(biāo)狀況，考察處理工藝方面的技術(shù)可行性。實(shí)驗(yàn)主要目標(biāo)任務(wù)：

（1）N2-O2強(qiáng)化A/O工藝，使油田污水達(dá)標(biāo)排放的處理效果及工藝特性；

（2）氮?dú)鈿飧捬跆幚碓谟吞镂鬯刈⑻幚砉に嚨淖饔眯Ч捌涮攸c(diǎn)；

（3）氮?dú)鈿飧捬跆幚碓谟推坊厥辗矫娴淖饔谩?/p>

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

（1）氮?dú)鈿飧捬醴磻?yīng)部分[6]

氮?dú)鈿飧捬醴磻?yīng)裝置由氮?dú)鈿飧〔糠郑ˋ1）和厭氧反應(yīng)部分（A2）兩部分組成。本實(shí)驗(yàn)在氮?dú)鈿飧〕刂刑砑恿擞H油聚結(jié)填料，利用材料表面的聚結(jié)性能使細(xì)小油珠并聚，借助氣浮作用攜帶油珠上浮分離。

例如，在講解《桂林山水》一課的過(guò)程中，教師就可以將多媒體引入進(jìn)來(lái)，一邊為學(xué)生播放桂林山水的動(dòng)態(tài)視頻，一邊為學(xué)生播放男中音的課文朗讀等，讓學(xué)生們靜下心來(lái)認(rèn)真感受，為后續(xù)的文章閱讀打下基礎(chǔ)；而在這之后，教師就可以讓學(xué)生談?wù)勼w會(huì)、感想，使其帶著更多的積極性投入到后續(xù)閱讀中去，真正的彰顯其的主體地位，將閱讀教學(xué)的內(nèi)涵全方位的展現(xiàn)出來(lái)。

厭氧反應(yīng)階段采用升流式厭氧生物濾池，濾料采用塑料濾料。氣浮出水由底部進(jìn)入，向上流動(dòng)通過(guò)濾料層，處理水從濾池頂部旁側(cè)流出。消化氣未進(jìn)行收集。

氮?dú)鈿飧捬跹b置由10 mm厚有機(jī)玻璃制成，長(zhǎng)800 mm，寬400 mm，高度為400 mm，總?cè)莘e為128 L，有效容積為120 L，中間設(shè)置隔板，形成A1、A2兩部分，均設(shè)有承托裝置，分別在氣浮池和厭氧生物濾池中添加聚結(jié)填料和塑料濾料。氣浮池底部設(shè)直徑為10 mm的穿孔曝氣管，由氮?dú)馄窟M(jìn)行擴(kuò)散氣浮N2供給，氣壓可調(diào)。

（2）過(guò)濾罐

油田污水按回注水水質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾處理，設(shè)置為雙層濾料過(guò)濾器。過(guò)濾器主體選用直徑100 mm有機(jī)玻璃柱，高度為1 000 mm，上層無(wú)煙煤厚度600 mm，下層石英砂厚度250 mm。濾前水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)水要求懸浮物物含量≤50 mg/L，油含量≤20 mg/L，慮速控制在8 m/h。

（3）好氧反應(yīng)器

好氧反應(yīng)器采用純氧曝氣池形式，由有機(jī)玻璃制成，長(zhǎng)400 mm，寬200 mm，高度400 mm，容積為36 L，池底沿長(zhǎng)度方向設(shè)置2只直徑60 mm的微孔曝氣頭，與O2瓶通過(guò)軟管連接，氣壓可調(diào)。

1.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作

氣浮除油效率隨停留時(shí)間延長(zhǎng)而增長(zhǎng)，在相同氣浮強(qiáng)度下，實(shí)驗(yàn)在3種工況下運(yùn)行15 min：（1）氣浮池在無(wú)填料情況下氣浮運(yùn)行；（2）氣浮池在有聚結(jié)填料情況下氣浮運(yùn)行；（3）氣浮池在無(wú)填料加藥情況下運(yùn)行，投加藥劑種類為混凝劑（聚鋁）和絮凝劑（聚丙烯酰胺）。

2 實(shí)驗(yàn)方法及主要儀器設(shè)備

本文實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)步驟主要遵循《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）提供的標(biāo)準(zhǔn)方法，部分參照《碎屑巖油藏注水水質(zhì)分析方法》。在水質(zhì)分析及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用的主要儀器設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)分析主要儀器設(shè)備表Table 1 Main instrument list in experience

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 原水水質(zhì)分析

本文以某油田污水為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)污水中PH值、懸浮物、含油量、COD及BOD含量進(jìn)行了取樣分析[7]。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 油田污水水質(zhì)狀況及指標(biāo)要求Table 2 The oil-field wastewater quality and index

從上述水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，歡四聯(lián)油田污水水質(zhì)總體變化幅度較大，pH值和水溫變化較小，石油類、懸浮物及COD含量波動(dòng)較大，水質(zhì)相對(duì)不穩(wěn)定。指標(biāo)中BOD含量較低，且變化幅度較小，污水可生化指標(biāo)B/C值介于0.15~0.22之間，屬于難生物降解污水。

3.2 氮?dú)鈿飧?duì)油品及懸浮物的作用

在上述3種工況下進(jìn)行氣浮操作，發(fā)現(xiàn)油田污水在氣浮池中停留15~20 min之后，其含油量趨于穩(wěn)定，說(shuō)明理想的停留時(shí)間為15~20 min。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)去除情況大體相似，聚結(jié)氣浮處理與加藥氣浮處理對(duì)石油類去除效果良好，均達(dá)到80%以上，對(duì)懸浮物的去除，聚結(jié)氣浮處理效果低于加藥氣浮，但在COD、BOD處理效果方面較好些。同時(shí)，以上三種運(yùn)行對(duì)COD、BOD去除率很低，處理效果不明顯。石油類及懸浮物去除情況見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 氮?dú)鈿飧〕爻托蔉ig.2 The removal rate of oil with N2 flotation tank

圖3 氮?dú)鈿飧〕爻龖倚蔉ig.3 The removal rate of SS with N2 flotation tank

在氣浮操作中，對(duì)pH值進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)隨氣浮時(shí)間，pH值有增高的趨勢(shì)，但對(duì)除油效果沒(méi)有大的影響。分析這一現(xiàn)象的原因，可能是由于油田還有大量的碳酸鹽和碳酸氫鹽，氣浮過(guò)程使得水中的碳酸根和碳酸氫根以CO2的形式被吹脫，增加了水溶液的堿性所致。

3.3 N2—O2強(qiáng)化A/O工藝處理油田污水

通過(guò)強(qiáng)化A/O工藝A段和O段運(yùn)行工況［8］，完善生物反應(yīng)運(yùn)行條件，提高排放水處理效果。同時(shí)A段處理后出水，部分進(jìn)行回注處理，氮?dú)鈿飧捬跹b置使含油量、懸浮物量和溶解氧濃度大為降低，為后續(xù)過(guò)濾處理回注起到有力保障，為注水除氧防腐蝕奠定了基礎(chǔ)。

（1）SS和油類的去除效果

從圖4,5中可以看出，氣浮操作對(duì)油類的去除效果非常明顯，油品集中去除便于回收利用，氣浮對(duì)懸浮物有一定的去除；過(guò)濾操作中對(duì)懸浮物去除比較徹底，同時(shí)進(jìn)一步降低了含油量。綜合情況，懸浮物去除率達(dá)到97%以上，油類去除率也達(dá)到了92%以上，處理出水水質(zhì)達(dá)到了《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)》中B1級(jí)指標(biāo)要求。

圖4 油類沿程變化情況Fig.4 Oil situation along with the process

圖5 懸浮物沿程變化情況Fig.5 SS situation along with the process

（2）COD、BOD的去除效果

油田污水中COD含量較高，可生化處理性較差，工藝采取厭氧氧化方式使難降解有機(jī)物發(fā)生水解作用，降低COD含量，提高可生化性指標(biāo)，同時(shí)降低了SS含量。后續(xù)純氧氧化措施利用好氧微生物作用使COD、BOD進(jìn)一步代謝降解為無(wú)機(jī)物質(zhì)。

圖6 不同階段COD含量變化情況Fig.6 COD change in different stages

從圖6和圖7可以看出，經(jīng)過(guò)8~12 h厭氧處理，油田污水中約有50%左右的COD得到降解去除，使厭氧出水中B/C比由不到0.2提高到接近0.4左右，可生化性得到了很大程度改善，好氧出水中COD含量在70~100 mg/L之間，比較穩(wěn)定；

圖7 不同階段BOD含量變化情況Fig.7 BOD change in different stages

在厭氧段BOD去除效果不明顯，主要由于COD降解過(guò)程中的部分產(chǎn)物補(bǔ)充了BOD的降解量，使表觀上BOD降解量較低；從圖可以看到，厭氧出水中BOD含量較進(jìn)水中趨于穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)純氧曝氣池的好氧處理后，好氧出水BOD值降至20 mg/L左右。綜上所述，達(dá)標(biāo)排放工藝中COD綜合去除率在80%~90%之間，BOD綜合去除率在80%~85%之間，出水水質(zhì)中COD、BOD含量達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB 8978-1996》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié) 論

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)分析研究，得出N2—O2強(qiáng)化A/O工藝處理油田污水具有如下特點(diǎn)：

（1）突破傳統(tǒng)A/O法處理油田污水工藝，引入氮?dú)鈿飧〖夹g(shù)厭氧生物處理技術(shù)及純氧曝氣氧化技術(shù)，優(yōu)化了A/O法中A段和O段的工藝處理?xiàng)l件，達(dá)到了預(yù)期處理效果。

（2）在氮?dú)鈿飧⊙b置中，實(shí)現(xiàn)了油品的有效回收，節(jié)約了能源。在使用聚結(jié)氣浮填料情況下，該工藝在不投加任何藥劑時(shí)，也能達(dá)到良好收油效果，能夠降低藥劑費(fèi)用。

（3）根據(jù)油田污水去向，在進(jìn)行A段處理后，對(duì)外排污水進(jìn)行了O段純氧氧化處理，對(duì)回注污水進(jìn)行了雙濾料過(guò)濾處理，可達(dá)到對(duì)應(yīng)出水水質(zhì)要求。

［1］沈琛.油田污水處理工藝技術(shù)新進(jìn)展[M].北京：中國(guó)石化出版社，2008．

［2］Richard．G．Luthry Removal of emulsified oil with organic coagulants and dissolved air flotation[J]．Journal WPCF，1978(2)：331-346．［3］張金波，傅紹斌,等.油田采出水回注處理技術(shù)進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2000，20（10）：5-8．

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Oil Recycling From Oilfield Wastewater and Wastewater Treatment Technology

ZHANG Gao-han1，LU Qin-li1，QIN Xiao-bo1，ZHANG Da-wei2，MA Yong-zhuang1
（1. College of Petroleum Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China; 2. Fushun New Steel Co., Ltd., Liaoning Fushun 113001, China）

Oil-field wastewater was treated with the method " N2flotation anaerobiosis-O2oxidation of enhanced A/O method " to achieve the effectiveness and applicability of oil recycling，wastewater re-injection process and discharge process. The treatment results show that when oil content in the wastewater is 55~160 mg/L, COD is 390~630 mg/L, BOD is 70~110 mg/L, SS is 40~200 mg/L, removal rates of oil and suspended solids are above 90%, respectively. The anaerobic hydrolysis acidification treatment can significantly improve conditions of biological treatment, removal rates of COD and BOD are nearly 85%,respectively. The treated effluent for re-injection can meet B1-level requirements ofclasolite oil reservoir re-injection water quality recommended index. The treated effluent for discharge can meetthe integrated wastewater discharge standard GB8978-1996.

Re-injection development; Standard discharge; Nitrogen flotation; Oxygen Oxidation

TE 992

A

1671-0460（2011）11-1174-04

2011-09-28

張高涵（1988-），男，河南新鄉(xiāng)人，遼寧石油化工大學(xué)給水排水工程專業(yè)。E-mail：zgh19891020@163.com。

鹿欽禮（1977-），男，講師，碩士，研究方向：主要從事污水處理技術(shù)及管道系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的研究。E-mail：luqinli@sina.com。