油田含油污水处理方法对比研究

目前，油井产物中的水量远大于油量，油田综合含水率达 90% 以上，每年从污水中回收原油高达40万吨。含油污水因其产生量大、污染范围广等特点成为国内外各大油田污水处理的重要任务。含油污水的超标排放将会对水体环境、自然生态以及人类造成极大影响。为此，选择经济、合理、有效的油田污水处理方法，可有效解决油田污水的污染问题，同时还可降低油田开发对周围环境的影响。

1 油田含油污水的来源及分类

1. 1 油田含油污水的来源

油田开采的中后期，水成为开采的重要介质，各大油田基本都采用注水的方式作为主要开发手段， 用高压水来稳定油层压力，减少死油区，以提高油采出率。其来源于在油气生产过程中所产出的地层伴 生水。为获得合格的油气产品，需要将伴生水与油 气进行分离，分离后的伴生水中含有一定量的原油 和其它杂质，这些含有一定量原油和其它杂质的伴 生水称之为含油污水。

1. 2 油田含油污水的分类

油田采出水中的原油以大小不同的油珠分散在水中，采油后期含水量大，在显微镜观察下，采出液 是“水包油”的乳状液[1]。根据油类在水中分散的粒径大小不同，可以将油类物质划分成四种形态:

( 1) 浮 油: 油珠颗粒的粒径大，通常大于100 μm，一般占污水含油量的 65% ～ 70% ，易漂浮在水面上形成油层或油膜。

( 2) 分散油: 油珠的粒径为10 ～ 100 μm，以悬浮状态分散在水中，分散油不稳定，在静置一段时间后，自然聚集成较大直径颗粒的油滴浮到水面，从而形成油膜。

( 3) 乳化油: 油珠的粒径一般小于 10 μm，非常 微小，约占 5% ～ 8% ，因为有表面活性剂的存在，它可以稳定地分散在水中，不易上浮水面，单纯用静置 的方法很难使其与水相分离。

( 4) 溶解油: 粒径一般 < 0. 1 μm，分散在水中用 肉眼看不到，非常稳定，约占 2% ～ 5% ，有时达到几 纳米，一般方法难以去除。

2 油田含油污水主要处理方法及比较

2. 1 油田含油污水的处理方法

对油田采出水进行处理的任务是去除水中的油质及悬浮物，以满足油田采出水回注工艺要求，回注 达标后会有剩余含油污水，也需要经过严格处理后 达标排放。一般油田含油污水处理阶段包括: ①去 除水中的悬浮物质; ②去除胶体物质及某些溶解的 有机无机污染物; ③要处理的是一些具有特殊性质 的物质，最终达到回注或排放的标准要求。

含油污水的处理方法按照性质被分为物理，化 学，生物和物理化学四大类。

2. 1. 1 物理法

物理法主要是通过物理的方法去除水中的油质、固体悬浮物和矿物质。主要用到重力分离法、粗 粒化法、膜分离法及过滤法等。

①重力分离法: 利用密度原理使水中的油颗粒在重力作用下依靠水的浮力慢慢上升到水表面，通过收集浮上来的油脂使污水达到油水分离的目的。

②粗粒化法: 将污水通过放有粗粒化材料的机 器，使含有乳化油和溶解油的污水达到油水分离的效果。

③膜分离法: 通过微滤、超滤、纳滤和反渗透几 种方法来处理乳化油和溶解油，其原理是利用膜的 选择透过性对污染物进行提纯和分离，从而达到油水分离的目的。

2. 1. 2 化学法

化学法是向水中投加化学药剂，来处理物理法或生物法不能单独清除的溶解性物质，所以常用的方法有絮凝法和盐析法等。

①絮凝法: 此方法是将絮凝剂加入含油废水中， 水解后带正电荷的胶团与带负电荷的乳化油发生电中和，乳化油的油粒聚集、粒径变大，与此同时生成 絮状物吸附细小油滴，然后通过沉降或气浮的方法 实现油水分离。

②盐析法: 盐析法是去除乳化油的有效方法，原理是向乳化废水中投加无机盐类电解质，去除乳化 油珠外围的水化离子，压缩油粒于水界面处电层厚度，减少电荷，使双电层破坏，从而使油粒脱稳，油珠间吸引力得到恢 复，而互相聚集，以达到破乳目的。从而使油水分离。常用的电解质有 CaCl2 、NaCl、MgCl2 、MgSO4 、CaSO4 等。

2. 1. 3 生物法

生物法是向水体中投入微生物，在微生物的作用下将污水中的有机物分解，转变成简单的无机物， 利用微生物的分解特性和生存能力。目前处理工艺 较成熟并常用到的两种方法主要是活性污泥法和生 物滤池法。

①活性污泥法: 对于比较难处理的水质一般采用活性污泥法，它是通过微生物形成的大量菌胶团 吸附溶解水中的溶解油脂。通过曝气给微生物提供所需的氧气，在有氧条件下菌体把溶解油大量同化为自身组成部分，或氧化成二氧化碳和水等物质，从而使污水得到净化。

②生物滤池法: 生物滤池在处理污水中有着广泛的应用，主要去除水中的溶解油，它在生物滤池内，使微生物附着在固定的载体( 滤料) 上，污水从 上而下散布，在流经滤料表面过程中，污水中的有机 物质便被微生物吸附和分解。

2. 1. 4 物理化学法

物理化学法在油田污水处理中主要有气浮法和吸附法两种。

①气浮法: 又称为浮选法，适用于去除分散油和乳化油，此法是向含油污水中通入空气，使水中油珠粘附在大量气泡上，随着气泡浮力带油珠一起浮升至水面实现分离。

②吸附法: 吸附法是利用材料的特殊性质来吸附水中的油，其可吸附污水中的乳化油和溶解油。吸附可以分为表面、离子交换和专属吸附3种类型。活性炭是常用的吸附材料，但由于活性炭处理成本高、再生难，使用上受到一定的限制，一般仅 用于含油废水的深度处理。

2. 2 各处理阶段方法的选择

在处理含油污水的过程中，一般通过对污水的水质、水量以及处理程度等问题，采用分级的方式对含 油污水进行处理，在中国一般通常分为三级处理，一 级处理是对污水的预处理，主要用到的是一些基本方 法，二级处理能去除污水中 90% 以上的悬浮物质及可 降解的有机物，三级处理主要对难降解有机物以及有毒重金属物质等。各级处理方法见表 1。

2. 3 不同油形含油污水处理方法

在油田采油污水中，根据原油粒径的不同分为四种油形。中国大多数油田常采用一级处理也就是 预处理去除浮油，二级处理来破乳和去除分散油，深 度处理主要是除掉溶解油。富含不同油形含油污水 常用处理方法具体见表 2。

2. 4 各种方法去除 COD 效果比较

油田含油污水中 COD含量较高，一般COD高达20 000 mg /L ～ 30 000 mg /L，各种方法处理 COD的效果不同，去除效率具体见表 3。

由表 3 可见，以上八种具体处理方法对COD 的 去除效率都能达到 85% 以上，其中粗粒化法和生物滤池法对 COD 的处理都达到 95% 以上，效果最佳，

COD 含量较高的油田含油污水可采用粗粒化法和生物滤池法来有效去除。

2. 5 不同油形含油污水处理方法经济技术比较

含不同油形污水从高去除效率、低经济费用两方面进行比较，比较结果见表 4。

由表 4 可见，浮油含量高污水无论去除效率、运行投入费用方面分析，重力分离法均最优; 分散油含 量高污水从去除率角度分析浮选法、过滤法较优，但运行投入费用分析，优选粗粒化法; 乳化油含量高污水从去除效率和运行投入费用两方面分析优选膜分离法; 溶解油含量高污水从去除效率和运行投入费用两方面分析，分别优选活性污泥法和生物滤池。

3 结论

通过研究发现:

( 1) 含油污水分为三级处理，一级处理是预处 理主要处理浮油，二级处理主要去除分散油、乳化 油; 三级处理主要处理溶解油。

( 2) 油田含油污水中 COD去除率物理化学法相对低，可达 80% ; 生物法相对高，可达 95% 。

( 3) 富含浮油污水优选重力分离法进行处理; 富含分散油污水优选浮选法、过滤法进行处理; 富含乳化油污水优选膜分离法进行处理; 富含溶解油污水优选活性污泥法进行处理。

来源：《环境科学与管理》  作者:赵光楠等