時間:2019年08月29日 分類:科學技術論文 次數:
摘要:在我國油田開采過程中,往往會產生、排放大量油田污水,不僅嚴重污染了環境,而且浪費了寶貴的水資源。進入新時代以來,建設“綠色中國”、“美麗中國”已經成為基本國策。為節約資源、保護環境,創造石油生產的綠色發展方式,必須認真研究油田污水處理技術。本文將分析油田污水處理技術的現狀,并探索油田污水處理技術的發展方向。
關鍵詞:油田污水;處理技術;現狀;研究;探索
在國內油田采油生產中,往往會伴隨產生大量油田污水。如何處理油田污水,一直是石油生產中的一個難題。
1油田污水
1.1油田污水
我國石油資源多為重質稠油,油田自噴井數量少,自噴時間短。為保證采油量,全國各大油田基本采用注水開發方式,即向油層注入高壓水,保持油層壓力,驅動原油流動,方便抽油機抽取原油。但經過持續多年的注水后,注入油層的水會隨著原油被抽出,導致原油含水率不斷上升[1]。合格原油含水率不允許超過0.5%,但大慶油田綜合含水率早已超過77%。這就需要對原油進行脫水,從而產生油田污水。
1.2油田污水的性質及其危害
油田污水渾濁不清,含有大量細小的泥砂、粉砂、細菌、膠體等雜質,礦化度可超過每升數十萬毫克,伴有硫化氫異味,密度高于1g/cm3,粘度高于1mPa·S,具有較強的導電性。油田污水中含有鉀離子(K+)、鈉離子(Na+)、鈣離子(Ca2+)、鎂離子(Mg2+)、鍶離子(Sr2+)、鋇離子(Ba2+)、鐵離子(Fe3+、Fe2+)、氯離子(Cl)、氫氧根離子(OH)、碳酸氫根離子、碳酸根離子、硫酸根離子以及大量硫化物。油田污水水溫較高,往往超過40℃,乃至高達80℃,pH值變化大[2]。
由于油田污水中含有大量陰陽離子,因而污水中的電化學活動異常活躍,極易腐蝕、堵塞油管及注水管道,甚至造成采油生產中斷。若將油田污水直接排入江河,可形成大面積的油膜,切斷水體氧的來源,導致魚類死于缺氧。若將油田污水直接排入土壤,會破壞土層團體結構。人員長期接觸油田污水,其肺、腸、腎、胃、造血系統均可能發生病變。
2油田污水處理技術現狀
早在1963年,大慶油田便出現了油田污水問題。經過半個多世紀的生產后,目前,全國各大油田普遍進入二次采油開采的中后期,每生產一噸原油約注水2~3噸,一個油田外排的油田污水往往超過三千萬噸。目前,國內油田污水處理技術有:
2.1重力分離
原油的密度在0.85~1.09之間,水的密度只有1,因此油田污水中油珠的比重比水小。依靠油水比重差,通過重力進行較長時間的自然沉降,實現油水分離。重力分離法可去除直徑大于60微米的浮油、散油[3]。應用重力分離技術,須設置大型除油罐、沉降罐、隔油池,占地面積大,運行時間長。
2.2離心分離
將油田污水注入容器,再將容器安置在離心機上,然后進行高速旋轉,形成強大的離心力場,甩出質量較大的水珠,而質量較小的油珠則集中容器中心部位,從而實現油水分離。
2.3混凝沉降
向油田污水中加入氯化亞鐵、硫酸亞鐵等混凝劑,使油田污水破乳,油珠發生凝聚,逐漸變大,最后實現油水分離。這是國內油田常用的方法。
2.4粗粒化除油
粗粒料是國內石油研究機構用石蠟、聚丙烯、無煙煤、陶粒、石英砂、聚烯烴特制的直徑1~4mm的小球,油田污水在通過裝有粗粒料的容器時,油珠會從小變大,從而實現油水分離。粗粒法可去除粒徑大于10微米的分散油、乳化油[4]。
2.5氣浮法
在油田污水中注入空氣,產生氣泡,使污水中直徑在0.25~25微米的乳化油、分散油粘附在氣泡上,并隨氣泡上浮到水面加以回收,達到油水分離。還可在污水中投入硫酸亞鐵,加速油水分離。前蘇聯、美國的石油企業廣泛采用氣浮法進行油水分離,國內許多大油田從美國引進了葉輪浮選機處理油田污水。
2.6氧化法
氧化法以可分為化學氧化法、電解氧化法。化學氧化法即向油田污水中投入大量強氧化劑(如03,H2O2、KMnO4等),分離污水中油和COD,凈化污水。電解氧化法則是在污水中插入電極,通上直流電,廢水中的油、COD在電極陽極發生氧化反應,生成氯離子、鐵離子,從而凈化污水。
3油田污水處理中存在的問題
從整體上看,當前國內油田污水處理成本過高,藥劑投入量過大,始終難以解決管路、設備的腐蝕問題,在處理過程中還會產生大量絮體,堵塞管道;由于污水粘度不斷提升,傳統工藝油水分離的能力逐步下降[5]。油水處理站生產效率低,機械笨重,工人需要進行大量手工操作,勞動強度大。
4探索油田污水處理技術的發展方向
4.1膜分離技術
利用膜將污水中的離子分離出去,稱為膜分離技術。在膜分離技術中,使污水中的離子透過膜實現油水分離稱為滲析,使污水中的水透過膜實現油水分離稱為滲透。膜分離技術還可細分為電滲析、反滲透、超濾、微濾。微濾膜孔徑在0.1~0.2微米左右,膜間壓力在1.72×105~3.44×105Pa之間,可有效去除污水中的懸浮固體;超濾膜孔徑在0.01~0.1微米之間,膜間壓力在1.72×105~6.89×105Pa之間,可有效去除污水中的有機物;納濾膜孔徑在0.0001~0.01微米之間,膜間壓力在9.30×105~15.86×105Pa之間,可去除較大的無機離子。
目前,大慶油田已嘗試應用陶瓷膜進行超濾,取得了很好的效果。陶瓷膜過濾精度達0.04微米,單根膜處理污水量為每小時10立方米,設計膜面流速為3.5~5m/s,設計壓力為1.6MPa。但陶瓷膜處理技術造價高昂,運行成本較高,難以大面積推廣,亟待改進。
4.2微生物處理法
利用微生物的生物化學作用,使油田污水得到凈化。微生物處理法可分為厭氧微生物處理法與好氧微生物處理法,好氧微生物處理法還可細分為生物膜法、活性泥炭法、接觸氧化法。微生物處理法可去除粒徑在10微米以下的溶解油,實現徹底去油,成本低,保持污水水質的穩定,不會產生二次污染,并且抑制硫酸鹽還原菌等厭氧菌的生長。應用微生物處理法,須使環境溫度保持在15~35℃之間,環境壓力不能超過0.4MPa,水中溶解氧含量不能高于3mg/L。處理時間不能低于6小時,待處理的污水礦化度須低于100000mg/L,硫化物含量不能高于70mg/L。
2014年,大慶油田某聯合站應用微生物處理法進行了石油污水處理對比試驗。污水含油量達118mg/L,懸浮物含量達37.6mg/L,懸浮物粒徑中值為5.11微米。使用微生物處理法處理后的出水,含油量降為4.36mg/L(下降了96.3%,幾乎實現了徹底的油水分離),懸浮物含量降為8.54mg/L(下降了77.3%),懸浮物粒徑中值下降為1.52微米(下降了70.3%)。而使用原工藝處理后的出水,含油量為42.25mg/L(僅下降64%),懸浮物含量為21.54mg/L(僅下降42.7%),懸浮物粒徑中值為5.21微米(完全未能達標)。由此可見,微生物處理法處理效果更好,相較于傳統工藝具有明顯優勢,值得大面積推廣、應用。
結語
石油污水成分復雜,處理難度大;因此,我們應當知難而上,迎難而進,積極研究、應用各種新型石油污水處理技術,做好油水分離工作,降低石油污水對環境造成的污水,推動我國石油生產綠色轉型。
參考文獻
[1]焦海明.油田污水處理技術現狀及發展趨勢[J].化工設計通訊,2019,45(04):57.
[2]尚躍再,秦俊嶺,趙起鋒,徐慧,王木立.陽離子乳液型清水劑的制備及其在油田污水處理中的應用[J/OL].化工環保:1-7[2019-05-17].
[3]譚利敏.油田稠油污水處理方法現狀及發展趨勢[J].化工管理,2019(10):60-61.
[4]閆芮寧.油田污水處理中油田化學劑的應用分析[J].化工管理,2019(10):66-67.
[5]任師華.微生物處理技術在油田水處理中的應用研究[J].石化技術,2019,26(03):157.
化工師評職投稿期刊:《化工設計通訊》(雙月刊)1975年創刊,為化工類科技期刊,主要特色:以化肥及相關產品為主,兼顧無機化工、石油化工、醫藥及學術研究和工程設計項目信息報道等,旨在幫助讀者運用化工基礎理論與知識,解決化工研究與生產中所遇到的實際問題,提高行業生產技術水平,推廣和交流新產品、新技術、新材料、新設備、新工藝。