油田污水处理研究

46油田污水处理研究李静°祁万军(中国石油集团工程设计有限公司北京分公司)(中海油能源发展股份有限公司监督监理技术公司)吉庆林王政威(中国石油大学(华东))摘要分析了油田污水的特殊性质，总结了其常规处理工艺及相关装置,重点分析了过滤技术在油田污水处理方面的重要性，并比较了常用过滤介质的性能特点。通过试验分析了油含量和聚合物含量对污水过滤处理的影响，指出了油田污水处理的难度所在。关键词过滤油田污水聚合物过滤介质污水处理0前言污水生化处理带来困难。目前，对油田含油污水的精细处理已经成为热(2)含油量高。高含油量的污水，回注容易门课题。随着国内外各油田进入中后开采期,注水堵塞地层，外排会造成油污染。开发方式被普遍采用，同时为了提高采收率,油田(3)水中含有s0,3-。硫酸盐容易滋生细菌,助剂也被大量使用，致使油田采出液含水量不断增细菌大量繁殖不仅腐蚀管线，而且还会造成地层严加、成分更加复杂，特别是随着聚合物驱油技术的重堵塞。日益成熟，采出水中所含的高分子聚合物使得污水(4)含有大量成垢离子。含有大量的HCO, "、处理难度进-步加大。为了增加经济效益和达到环Ca*、Mg*等成垢离子，容易在管道及容器内结保要求，油田采出水通常经过多道处理I序后用于垢。回注，如果处理不达标就回注，将导致管线腐蚀结(5) 悬浮物含量高。悬浮物含量高，颗粒微垢、渗油口堵塞、注水压力升高等- - 系列问题。某小，容易造成地层堵塞。些低渗透和特低透渗油田，对回注水要求其含油量(6)含高分子聚合物。 使污水水质恶化，净小于0.005 %e,悬浮物粒径小于1 μm,悬浮物浓化难度加大。度小于0.001 %。回注前对含油污水的处理涉及悬2油 田采出水常规处理方式(1-41浮杂质、防垢、防蚀、杀菌和隔氧等多个方面，其中，最难处理的是悬浮杂质,包括浮油、分散油、目前，国内油田采用的污水处理技术-般包，乳化油、悬浮固体、聚合物等。括:重力沉降技术、粗粒化技术、气浮技术、过滤技术等。重力沉降的处理效果完全依赖于污水中各1油田采出水性质成分的重力差以及化学药剂的效果，设备占地面积油田采出水成分复杂，是-种以水为主体,集大。粗粒化技术处理效果的好坏依赖于粗粒化材料固体杂质、油类等悬浮体、溶解气、盐类和- -些有的聚结性能，聚结性能好的粗粒化材料能使细小油机物为- -体的复杂混合物，-般含油量高、悬浮物珠变为大油珠，从而使得除油更容易。气浮技术在含量高、矿化度高。通过对国内主要油田污水水样油田含油污水处理中的应用主要是密闭加压溶气气的分析，发现具有如下特点:浮技术堂用气源为天妖气氢气也有所应用。此(1) 矿化度高。高矿化度会加速腐蚀，并给中国煤化工技术、三相旋流分TYHCNMHG●李静， 女，1983年生，硕士,助理工程师。北京市，000800《化工装备技术)第31卷第4期2010年47离技术等也是目前油田污水处理技术中的研究热当油田回注水中油与水的密度相差较大时，还点。下面介绍几种油田采出水的处理流程。可以采用气浮浮选处理加精细过滤工艺流程，其原2.1自然除油 +混凝除油+过滤流程(三段流程)理如图2所示。自然除油阶段利用重力进行油水分离，去除浮油。混凝阶段进- -步去除浮油和部分乳化油。经过白然核桃| 改性气浮L壳过纤维➢这两个阶段后污水中含油量较低，可以进行过滤操k~选滤器1球过:作，在过滤阶段主要去除污水中的悬浮物和微量油罐滤器」类。三段常规流程精细过滤段该流程形成于油田开发初期，其特点是适应性强，废水含油量变化幅度较大时，一般也能满足回82 气浮浮选-精细过滤流程注所需水质的要求，但该流程所需的构筑物比较3过滤技术在油田污水处理中的应用多。后来形成的不同处理流程，都是在此基础上完善、发展起来的。从上述污水处理的各种流程中可以看出，无论2.2混凝除油 +过滤流程( 两段流程)采用何种流程，过滤都是最后的关键步骤。这是因随着混凝技术的提高，利用高质量的破乳剂可为过滤技术具有处理精度高、运行成本较低、占地将经过一次混凝除油处理后的污水含油量控制在面积小、结构紧凑、消耗小、容易实现生产的自动0.1%以下，于是对原来的三段流程进行简化，形化操作和连续化操作等优点，而且对油田污水中的成了二段处理工艺，而构筑物的投资也仅为原来的悬浮物处理效果很好，因而一-直是油田采用的污水3/4。同时，处理技术和设备的更新也使该流程更深度处理技术和研究热点。随着理论水平和硬件设加实用，如无阀滤池技术与单阀滤罐的引进，使得备的不断完善，过滤技术取得了长足进步。滤罐可以自动反冲洗，减轻了操作工人的劳动强过滤技术作为油田含油污水处理的重要手段，度，节省了反冲洗泵和反冲洗罐的投资费和运行在油田的污水净化处理中应用非常广泛。我国油田费。应用最早、最多的是石英砂过滤器，目前应用较广2.3精细处理流程泛的还有双层滤料过滤器、多层滤料过滤器、双向对于低渗透油田，其回注水的水质要求更高，流过滤器和核桃壳过滤器等，大多为压力式。针对处理难度也更大。目前国内用于低渗透层油层回注低渗透油田对回注水水质的更高要求，近年来在国水的处理方法为:常规处理加“精细过滤”，即在内低渗透油田研究和应用的是精细过滤器，主要涉三段式处理工艺之后再加一套精细处理装置。常见及纤维球过滤器、微孔管过滤器、中空纤维过滤流程有:器、滤芯过滤器等。国外油田常用过滤设备有单层(1)水力旋流- -精细过滤流程滤料和多层滤料过滤器、双向流过滤器、硅藻土过当污水中油与水的密度相差较大时，即所含油滤器和简式过滤器、陶瓷膜过滤器、高精度滤芯过分中轻质油含量较高时，可采用水力旋流加精细过滤器和双层滤芯过滤器等。滤工艺流程，如图1所示。水力旋流器在分离密度按照过滤机理不同，目前油田采用的过滤技术差较大的混合物时处理效果好。有以下几种。.自然压力(1)深层过滤深层过滤是- -种常规过滤技术，其过滤介质是器多孔性颗粒或纤维滤料。其过滤原理是:料浆在压力的推动下通过滤料,料浆中的固体悬浮物被截留回注水4双滤料过滤器或改性纤维球过滤器在滤料之间的孔隙之中。目前油田使用最为广泛的深层过滤哭在工苎砂+当咒地铧壳过滤器、无烟煤石英中国煤化工经过这些过滤器图1水力旋流一精细过滤流程处理后MYHC N M H G参透油田的注水(2)气浮浮选一精细过滤流程要求(B级或C级标准)，原水水质较好的少数情48油田污水处理研究况可以达到A级标准。可见其处理精度不是很高，用微米级不锈钢纤维烧结而成，分长纤维烧结目前油田通常用作精细过滤的预处理技术。和短纤维烧结两类。有两层多孔纤维(粗滤纤维层(2)微孔过滤和精滤纤维层)，两层纤维滤层的两侧分别由支承微孔过滤是一种较为精细的过滤手段。其过滤金属网和保护金属网夹持，耐压性得以提高，能在原理是在压力的推动下，料浆穿过过滤介质,并依高温下过滤高粘度(102~10'Pa●. s)聚合物;空隙靠这种过滤介质的拦截作用实现过滤。可以看出这率高达70% ~90%，异物截留容量大(过滤寿命种处理方法对滤材的要求极高，通常要求滤材上分长);同时这种介质过滤精度高，压力损失小，洗布有均匀的微孔，孔径在2.5~250 μm。这种过滤涤再生性能也很优越。方法可去除粒径为0.5~5 μm的颗粒。滤材常采(3)聚乙烯烧结滤芯用烧结滤管，材料有陶瓷、玻璃砂、聚乙烯等。因聚乙烯烧结滤芯是用超高分子量聚乙烯配以其此，这种过滤方法- -般用作超滤过滤的强化预处理他辅助材料经高温烧结而成。在烧结过程中材料形手段。成微孔，控制烧结温度可得到不同孔径的滤管，适(3)预涂过滤用于过滤不同的杂质。随着技术的不断完善,这种预涂过滤器的核心元件是管式过滤器材或板框滤芯尤其适于处理固体颗粒在0.5~10.0 μm,或式过滤器材。在过滤之前先将预涂剂均匀涂布在过虽大于0.5 μm,但颗粒非刚性，易变形，颗粒之滤元件上，这样便生成新的过滤介质。预涂剂的质间及颗粒与过滤介质之间粘性大的难滤物料，并且量、预涂的操作参数对过滤效果的好坏影响重大，以其过滤精度高、化学性能稳定、无毒、无害、耐通常需要大量实验研究数据作为工程参考。-一个过腐蚀、抗压强度好等优点引起人们的广泛关注，在滤周期后需要对过滤介质进行反冲洗，反冲洗时预众多行业被广泛应用。涂剂被洗掉并形成废渣，需要集中处理。- -般预涂本文采用相同精度(10 μm)的三种滤芯进行过滤器对固体悬浮物的过滤效果较好。过滤对比试验。过滤料浆成分为:油含量0.01 %0、3.1 过滤介质5]固体悬浮物含量0.01 %o; 过滤速度均为0.917含油污水水质复杂，其中含有悬浮固体、菌m/h。试验结果如图3所示。体、浮油、分散油、乳化油等杂质，不但影响过滤0.09精度，而且由于油与固体悬浮物的结合,使杂质的粘性变大，导致过滤介质极易被污染，很难清洗，0.07 I50.06需要经常更换，这大大提高了操作难度和操作费R0.05用。如何在保证过滤精度的同时提高过滤介质的寿20.040.03命和抗污染性，是过滤技术，尤其是精细过滤技术60.02一金属经网的关键和研究重点。0.01采用精细过滤技术来处理回注水的效果很大程102030.40506070度上取决于过滤介质的特性，以下为油田污水处理过滤时间t/ min工艺中常用的几种过滤介质。图3不同材料滤芯过谑性能对比(1) 金属丝网烧结微孔过滤材料金属丝网烧结微孔过滤材料以多层不锈钢编织由图3可以看出:金属丝网、聚乙烯与烧结毡丝网为原料，通过丝网叠层复合压制和真空高温烧滤芯的过滤曲线都呈现相同的变化趋势,三条过滤结等工艺方法制备而成，从而使其强度和刚度等力压差趋势线都明显分为两个区域，图中竖线左侧压学性能大大提高。该滤材具有多孔材料较为理想的差增长速度明显大于竖线右侧。这是因为竖线左侧均匀孔隙分布和优异的流体渗透性能，有较高的分区域为深层过滤控制区，在此期间发挥主要作用的离效率和可靠的分离精度以及优异的再生性能。从是滤芯内部的孔道结构，在过滤初期滤芯中的较细而极大地提高了分离材料的使用寿命，使得净化分孔道““ 中国煤化工荒增长较快。竖线离工艺过程的连续化与自动化操作成为可能。右侧成，g滤芯状态已基(2)烧结金属毡介质本稳TYHCNMH G疏松的滤饼层，实现滤饼过滤，有效改善了过滤特性,所以过滤压《化工装备技术》第31卷第4期2010年49差平稳增长。浮物效果大大降低，同时过滤速度也大幅度下降，三种过滤介质的过滤压差随过滤时间延长均呈使整个污水净化过程难度大幅度增加。图5为污水明显上升趋势，聚乙烯滤芯的增幅要略大于另外两聚合物含量对过滤效果影响的试验结果。种滤芯。这是因为在过滤的过程中，由于聚乙烯滤0.12芯内的细孔道的拦截及吸附作用，流过滤芯的细小颗粒被截留在介质的细小孔道中，导致了过滤阻力0.增加较快。而另外两种滤芯主要靠机械拦截来滤除一含聚丙烯酰肢杂质，大的颗粒被拦截下来而小颗粒流过滤芯孔道- =含聚丙烯酰胺进人滤后水，所以其过滤阻力较小。0.025%03.2污水油含量对过滤的影响十含聚丙烯酰肢0.05%油田污水难以净化，其重要原因就是油类物质0.02的存在。油类分散于水中不仅增大了污水的粘度,l0203040使得过滤阻力增加，而且油类极易吸附在过滤介质过滤时间t/min的表面和内部孔隙中且难以脱离,使得过滤介质迅速失去过滤能力且难以再生。为了研究油田污水中图5聚合物含量的影响试验曲线固含量对过滤效果的影响，本文进行了不同油含量从图5可以看出，随着聚合物含量的增加，污的污水过滤对比试验，污水中固体悬浮物含量为水过滤压差增幅增加十分明显。0.05 %0，油含量分别为0、0.05 %o、 0.01 %o、 .目前虽然已有解决聚合物对油田污水水质影响0.3 %o;试验所用过滤介质为金属丝网滤芯( 10的成功案例，但没有得到大范围的推广。因此聚合μm)，过滤特性曲线如图4所示。物的处理仍然需要大量研究。0.184结论0.1620.14(1)随着科学技术的发展与进步，近年来油三0.12田污水的治理工艺在不断改善，但从含油污水的处0.1 t士油含最0。0.08- -油含量0.0%理流程上看，主要采用老三套含油污水回注处理工料0.06工抽含最0.1%艺，新型设备的不断引进使其处理效果不断改善;◆酒含量0.3%(2)由于油田污水成分的特殊性，使其对过滤介质的恶性影响远远超过常规料浆，过滤技术的5101:提高和新型过滤材料的研发对油田污水处理至关重过滤时间t/ min要;14 油含量的影响试验曲线(3)油田污水中的油类物质和高分子聚合物由图4可知，固含量相同，油含量增加会使过对精细过滤影响重大，如何解决这一问题尚需进一滤压差的增速大幅度增加，致使过滤特性恶化。油步研究。对过滤的影响主要是由于粘附效应的存在，使有效参考文献滤饼难以形成，过滤特性趋于恶化，造成过滤介质[1]邓秀英. 油田采出水处理技术综述[J] .工业用水与废水,的污染，使被堵塞后的过滤介质难以冲洗干净。故1999 (2): 7-9.油田采出水处理难度要远远大于一般性的液固分离[2]陈进富. 油田采出水处理技术与进展[J] .环境工程,的难度。200(2): 18-20..3 聚合物含量对过滤的影响[3]陈文兵， 张永齐，国内油田含油污水处理及展望[J] .太随着聚合物驱油技术规模的不断扩大，聚合物原理工大学学报，2001, 7: 384 -385.中国煤化工理现状及其深度处理驱产出液也将大幅增加，并直接影响系统的油水处理。聚合物对油田污水水质的影响主要表现在大幅[s]. CNMHG]北京:化学工业度增加污水的粘度，从而导致污水除油、除固体悬出版社，2008.(收稿日期: 2010 -04 -30)