稠油污水深度处理与回用技术探讨

超稠油污水净化处理技术探讨 前言

随着油田开采进入中后期,采出原油含水量高达60 %～90 % ,大量的含油污水直接排放到水环境中,一方面造成严重的环境污染,同时也造成宝贵的水资源和油资源的严重浪费。如何节能、降耗、保护环境,使能量、水资源重复使用,已成为石油工业的共性问题。超稠油分离出的污水水质复杂,一般具有高温(70℃以上) 、高含油量( > 10 000 mg/ L) 、高悬浮物含量的特性。所含超稠油粘度大、密度与水接近(0. 997mg/ L) 、流动性差(相变温度拐点> 58 ℃) 。该污水稳定性极强,室内放置几个月或更长的时间都不发生变化,其原因是在原油开采和处理过程中加入大量的化学助剂,污水形成了比较稳定的乳化液,很难破乳。另外,污水中油和悬浮物含量高,使普通净化剂对这种稳定的乳化液作用甚微。另因超稠油的粘度大极易给整个处理工艺,尤其是后续过滤工序带来致命的冲击,严重时整个处理工程面临报废的危险。为此,为了达到污水处理的预期目标,必须研制开发具有极强适用性的污水净化装置。本文介绍了新疆油田在稠油污水处理和回用方面的关键技术和成熟经验，采用强酸性树脂软化技术和化学清洗技术实现了稠油污水回用注汽锅炉。六九区污水处理站采用高效水质稳定技术，使处理后的污水达到了GB 8978一1996((污水综合排放标准》的二级标准，稠油污水在处理后符合GB 1576—2008((工业锅炉水质》的要求，大幅度降低了注汽锅炉的运行成本；将60℃以上的稠油污水替代清水回注稀油油藏，热水驱油，改善了驱油效果，同时根据污水温度较高的特点,对注水井井口的保温工艺进行改进，实现了稠油污水热能的综合利用，为油田污水治理和回用提供了借鉴。 引言

油田污水的处理和回用一直是油田科技工作者关注的焦点，特别是随着油田开发的不断深入，部分油田已进入高含水开采期，因而污水处理和回用工作显得更为重要。新疆油田公司重油开发公司经过多年的摸索，摸索出一套将稠油污水处理后用于油田注水和注汽锅炉给水的技术，可充分利用热采稠油含油污水温度高的特点，实现热能的综合利用和水资源的循环使用，对于降低稠油生产成本、保护环境和实现油田的可持续发展具有重要意义。 一、

油田污水处理的基本方法概述

油田污水主要包括原油脱出水（又名油田采出水）、钻井污水及站内其它类型的含油污水。油田污水的处理依据油田生产、环境等因素可以有多种方式。当油田需要注水时，油田污水经处理后回注地层，此时要对水中的悬浮物、油等多项指标进行严格控制，防止其对地层产生伤害。如果是作为蒸汽发生器或锅炉的给水，则要严格控制水中的钙、镁等易结垢的离子含量、总矿化度以及水中的油含量等。如果处理后排放，则根据当地环境要求，将污水处理到回注排放标准。我国一些干旱地区，水资源严重缺乏，如何将采油过程中产生的污水变废为宝，处理后用于饮用或灌溉，具有十分重要的现实意义。钻井污水成分也十分复杂，主要包括钻井液、洗井液等。钻井污水的污染物主要包括钻屑、石油、粘度控制剂（如粘土）、加重剂、粘土稳定剂、腐蚀剂、防腐剂、杀菌剂、润滑剂、地层亲和剂、油基解卡剂、消泡剂等，钻井污水中还含有重金属。其它类型污水主要包括油污泥堆放场所的渗滤水、洗涤设备的污水、油田地表径流雨水、生活污水

以及事故性泄露和排放引起的污染水体等。由于油田污水种类多，地层差异及钻井工艺不同等原因，各油田污水处理站不仅水质差异大，而且油田污水的水质变化大，这为油田污水的处理带来困难。现状油田污水主要包括油田采出水、钻井污水及其他类型的含油污水，油田水质特点和生产目的不同，处理方式不同。随着环保和油田回注水水质要求的提高，中外油田的污水治理技术已经得到了改进和提高，由原来的隔油一浮选除油一过滤技术，改变为隔油一混凝气浮一生化一过滤技术和物化预处理一水解酸化一生化一过滤技术。综合起来，油田污水的处理基本方法一般有以下三种。 1、物理法

膜分离法膜分离法是利用特殊膜所具有的选择透过性，对污水中某些微粒或离子性物质进行分离和浓缩的方法。近年来，加大了膜处理技术的研发力度。王农村等采用改性的PVC合金超滤膜法对油田采出水进行了深度处理。处理后水质达到了榆树林油田特低渗透油层要求的回注水水质指标。因此，各种膜处理方法的结合，或与其他方法的相互结合以及复合膜的研发是该方法的发展趋势。吸附法吸附法是利用吸附剂的多孔性和较大的比表面积，将油田污水中的溶解油和其他溶解性有机物吸附在表面，达到油水分离的目的。常用于含油污水的深度处理。其最新研究进展体现在高效、经济吸附剂的开发与应用。磁吸附分离法是其最新研究成果。郑学海等用炼钢厂排放的烟气和气溶胶凝聚物，通过静电除尘后的“红土”状细粉作磁性物质载体处理含油污水，除油率可达80％--90％。浮选法浮选法又称气浮法，应用广泛，一般与絮凝法结合使用。气浮法还具有充氧的功效，能提高微生物的生化降解性能，可作为生化法的预处理技术。目前中外对气浮法的研究多集中在气浮装置的革新、改进以及气浮工艺优化组合方面。水力旋流法水力旋流法是国外20世纪80年代末开始开发和应用的高效除油法，在陆上和海上油田均有应用Dz+la3，是油水分离技术的发展趋势。粗粒化聚结法该方法主要用于重力除油工艺之前，可大幅度提高除油效果。 2．2化学法

水解酸化法水解酸化法是在水解菌的作用下，难降解的大分子有机物发生开环裂解或断链，最终转化为易生物降解的小分子有机物，从而提高油田污水的可生化性，减少后续处理负荷。该方法需要和生化法结合使用，形成水解酸化一生化处理工艺。王新刚等采用水解酸化一生物接触氧化法处理高盐含油污水，将污水的可生化性提高了10．2％；当进水盐的质量浓度为12～189／L时，系统对有机物的去除率达到84．54％，除油率达到88．4％。化学氧化法化学氧化法是在催化剂作用下，用化学氧化剂将污水中呈溶解状态的无机物和有机物氧化成微毒或无毒物质，使之稳定化或转化成易与水分离的形态，以提高其可生化性。包括臭氧法、UV／O。氧化法、Uv／H。氧化法和催化氧化法等，一般作为预处理技术或与其他方法联用。超临界水氧化技术因其快速和高效的优点，近年来得到了迅速发展。王亮等[16]在间歇式超临界水氧化反应装置上进行的含油污水的超临界水氧化实验结果表明，该方法是一种高效、快速的有机废弃物处理技术。化学絮凝法化学絮凝法普遍应用于各油田，一般作为预处理技术与气浮法联合使用。常用的絮凝剂有无机絮凝剂、有机絮凝剂(合成类有机高分子和天然改性类有机高分子絮凝剂)和复合絮凝剂。有机高分子絮凝剂具有用量少、效率高、处理速度快和产生污泥量少等优点，因此近年来研究发展迅速，在油田污水处理中研究及运用较多。

2．3生化法

生化法利用微生物的生物化学作用使污水得到净化，包括厌氧生物处理法和好氧生物处理法(即活性污泥法、生物膜法、接触氧化法、纯氧曝气法等)。对含油污水分离和筛选优势菌种的研究是生化法的发展方向。吕荣湖等选用聚乙烯醇和海藻酸钠复配作为包埋固定化载体材料，通过包埋固定化微生物法固定除油菌，结果表明，在25--40℃、处理时间为6h的条件下，乳化油去除率达85％～90％，含油量由20---50mg／L降至5mg／L以下。

二、稠油污水水质分析

稠油污水水质较复杂，是含有多种杂质且水质波动较大的工业废水，具有如下特点:一是稠油平均密度为900 kg／m3以上，其原油颗粒可长期悬浮在水中；其次，超稠油污水温度较高，在开发稠油过程中为降低原油黏度一般将温度提高到60～80℃；乳化较严重，废水易形成水包油型乳状液，污水平均含油一般在500 mg／L。稠油污水含有大量的阴阳离子和有机成分，它们会影响稠油污水的缓冲能力、含盐量和结垢倾向。

稠油采出水不仅被原油污染，成分复杂多变，而且在高温、高压的开采过程中携带了许多悬浮固体、溶解了各种盐类；在采油和脱水处理过程中加入了各种化学药剂，使稠油采出水含有多种杂质成分。新疆油田稠油污水属NaHC0。型、偏碱性、不同区块污水矿化度在2000～6000 mg／L之间、温度60--80℃、有机物和悬浮物含量波动较大。根据稠油废水所含污染物种类和数量，以及热采锅炉用水水质指标，稠油废水处理用于回注和热采锅炉给水，主要应处理废水中油、悬浮物和硬度及其他易引起结垢和腐蚀的成分。超稠油污水经深度处理后回用于热采锅炉是解决稠油、超稠油污水处置问题的有效途径。热采锅炉是在高温、高压条件下运行的，对用水水质有着严格要求，不合格水质会对锅炉产生结垢、积盐、腐蚀三大危害。结垢时炉管表层形成的导热系数很低的垢层严重影响传热效率，造成管壁过热使其强度下降，甚至变形或发生爆管事故，积盐能降低锅炉的热效率，严重则会造成爆管。腐蚀造成炉管壁减薄和苛性脆化，影响安全生产，缩短锅炉使用寿命。所以锅炉入水必须进行处理，达到锅炉安全运行指标时才可以使用。

2稠油污水处理技术

2．1稠油污水处理技术原理

新疆油田公司六九区污水处理站采用“油田污水水质高效净化与稳定技术”处理稠油污水，超稠油污水中的石油类主要以浮油、分散油、乳化油和溶解油4种状态存在Ⅲ，平均浓度达到4 000 mg／L以上，完全具备回收利用的价值。超稠油污水预处理工艺应首先解决石油类的回收问题，相应CODcr也会大幅度降低。因此确定石油类、CODcr为超稠油污水预处理的主要目标污染物，选择合适的温度、水处理剂及其投加量，采用合理工艺，使污水中石油类、cODcr等指标达到下游污水场进水要求，从根本上解决对污水处理设施的冲击。大量的试验研究表明，保持较长的油水分离时间可以回收大部分的浮油与分油；破乳可使污水的乳化油

回收率高达90％以上，随温度升高，乳化油回收率有所增加；从原油比重随温度变化情况看，再对出水进行混凝浮选处理，COD、悬浮物等指标大幅度降低。 最终通过重力沉降、化学反应、混凝沉降、压力过滤等手段除去油、悬浮物、水中结垢与腐蚀因子，抑制细菌繁殖。

其主要机理：油田产出污水中乳化油破乳、固体颗粒聚并、腐蚀、结垢及细菌繁殖，均与离子有关，采用离子调整技术向水中加入特定的离子调整剂，调整水中有关离子含量，去除或减少水中具有腐蚀、结垢倾向的离子(如Ca2十、Fe2+、CO。2_、HCO。一等)，控制腐蚀、结垢，抑制细菌生长；对于水中的乳化油和固体悬浮微粒。则通过加入高价阳离子，中和其表面电荷，破坏其稳定性，使乳化油乳聚并成游离油而被分离，固体悬浮微粒聚并增大而迅速沉积；处理后的污水略偏碱性(pH=8)，在碱性条件下，细菌细胞中酶的活性降低，新陈代谢变慢，细菌逐渐死亡，最后投加絮凝剂使上述吸附了油的各种难溶性微粒、细菌残骸絮凝长大，并在重力作用下迅速沉降。

2．2稠油污水处理技术特点 采用旋流反应技术，使药剂在反应罐内充分反应，同“高效水质净化与稳定技术”配套使用，处理效率高、处理量大，现场生产稳定；将斜板沉降罐改为下进水、上出水，有利于水与悬浮物的分离；利用改性纤维球亲油憎水的特点和独特的压紧装置，实现了污水的精细过滤，采用一套工艺两套流程实现了污水回注和污水外排达到GB 8978—1996((污水综合排放标准》；混凝沉降段的4座加药反应罐、4座斜板沉降罐，采用单泵一单罐一单罐流程，避免了因偏流产生加药不均而造成的水质不稳定；沉降段2座9000 m3调储罐具有沉降功能，可相互调换使用，使系统具有较强灵活性，保证了来液有缓冲空间的同时对来液水质有一定平衡作用；全站采用集散控制系统进行自动控制，保证了水质稳定合格，减轻了员工的劳动强度。

2．3稠油污水处理效果分析

六九区污水处理站于2001年9月投产后，在经历了多次水质变化的冲击后。仍实现了处理后外排污水水质的稳定。选取六九区污水处理站投产以来，每年10月出水水质全分析数据，处理后污水水质指标与GB 8978—1996《污水综合排放标准》的对比 见表1。

表1表明：六九区污水处理站运行稳定，六九区污水处理站处理后的污水达到了GB 8978—1996((污水综合排放标准》的二级标准，可以达标排放。3稠油污水回用技术六九区污水处理站出水实现了达标排放，但是，在达标排放的同时造成油田水资源的严重浪费。通过对比符合GB 1576--2008{{工业锅炉水质》的要求， 如表2所示。

由表2看出：只需要将处理后的稠油污水中的悬浮物除去，再经过软化处理除去其中的金属离子，就能够满足注汽锅炉回用要求。六九区污水处理站将处理合格后的污水通过管道输送到各个注汽站，经过储罐沉降除去水中的悬浮物，再进行

软化处理，使稠油污水达到注汽锅炉给水标准后供给注汽锅炉。根据六九区污水特点和近年来树脂行业的发展情况，采用薄壳型强酸性树脂实现了污水软化，达到了注汽锅炉给水要求。研究和试验表明：薄壳型强酸性树脂是适合稠油污水软化的，其长期运行能力除与树脂本身性能有关外，与再生液浓度、运行参数有密 切关系，在国内油田首次实现了利用强酸性树脂回用稠油污水的工业化应用。处理后的稠油污水符合GB 1576～2008((工业锅炉水质》的要求，实现稠油污水的软化成为污水回用注汽锅炉的关键技术，结果见表2。

在大规模工业性试验一年(回用污水160654 m3)后，对炉管进行解剖检验，锅炉出口管线垢层厚度为278～328“1TI。炉解剖结果表明：实际运行情况与理论研究结果相符，炉管结垢与回用初期蒸汽干度过高有关。及时调整蒸汽干度，降低了结垢趋势。在进行可行性研究后，2002年两台注汽锅炉进行了试验。2003年1月在六九区进行了污水回用注汽锅炉大规模工业性试验，回用规模为3000 m3／d，在解决了关键技术问题后，稠油污水回用规模上升到回用量2．5×104 rn3／d，稠油污水回用锅炉获得成功，2008年根据六九区污水处理站的成功经验，在克浅十井区建成一座年处理量55万t的稠油污水处理站。六九区污水处理站处理后的稠油污水在满足回用锅炉需求后，水量还有部分完全利用。2003年，将 60℃以上的稠油污水替代清水回注稀油油藏，热水驱油，大大改善了驱油效果，同时根据污水温度较高的特点，对注水井井口的保温工艺进行改进，使用污水对注水井保温，实现了稠油污水热能的综合利用。

4 结论

近些年来，我国油田加大了环保的投入力度，积极治理老污染源，改进设备工艺、使用新型节能减排环保设施、加大环保工程建设，进行责任区划分和属汽完全可行，解决了超稠油污水外排污染环境、高温热能浪费和锅炉用清水资源紧张的问题，填补了国内在超稠油污水深度处理技术上的空白，达到了国际领先水平。该项目的研究成功对于超稠油污水深度处理批量化顺利实现提供了有力保障，具有积极的社会效益和经济效益，实现了稠油污水的工业化应用，降低了稠油开采成本，减少了对环境的危害，实现了水资源的循环利用和热能的综合利用，取得了可观的经济效益、环境效益和良好的社会效益。

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