油田废水处理设备

1、概述      
       油田废水来源于油气开采中采油、钻进、洗井等过程产生的废水。油田废水成分复杂，主要含有水、原油、可溶性气体、固态悬浮物、电解质、细菌和各种油田化学添加剂等物质，直接排放，会对环境造成严重危害，污染地表水和农田，导致动植物的死亡和人类潜在疾病，给人们的生活造成严重危害。 
2、油田废水的来源及特点
（1）采油废水
      采油废水的来源：
      我国大部分油田都是采用注水的方式开发的，采出的原油中含有大量的水，采油废水随原油进入原油集输系统的脱水转油站进行脱水、脱盐处理，这些被“脱出来”的废水进入废水处理站，形成油田特有的含油废水。

       采油废水的特点：
        a. 含油量高   一般采油废水含原油1000～2000mg/L，有些可能高达5000mg/L。采油废水中含有浮油、分散油、乳化油和溶解油，其中90%左右的油类以粒径﹥100μm的浮油和10～100μm的分散油的形式存在，另外10%主要是0.1～10μm的乳化油，粒径﹤0.1μm的溶解油含量很低。
        b. 含悬浮固体颗粒   颗粒粒径一般为1～100μm，主要包括黏土颗粒、粉砂和细砂等。
        c. 含盐量高  采油废水无机盐含量一般从几千到十几万毫克/升，根据油田、区块不同区别较大。
       d. 含细菌   采油废水中主要含腐生菌和硫酸盐还原菌。
       e. 水温高和pH值高   采油废水还具有高温（40～80℃）和高pH值的特点。
（2） 钻井废水
      钻井废水来源
       在钻井过程中，由于起下钻作业时泥浆的流失、泥浆循环系统的渗漏、冲洗地面设备及钻井工具上的泥浆和油污形成的废水，称为钻井废水。
       钻井工程常用的泥浆是黏土、水、处理剂按一定比例配制而成的。浅层钻井时多处理剂用量和品种少，有害物质较少，污染程度低。但钻井深度越深，化学处理剂的品种和数量增多，甚至还需混入一定比例的原油或废油，其污染程度增大。
        钻井废水的特点：
        不同的油气田、不同的钻探区、不同的井深，在钻井过程中所产生的废水性质也不尽相同，一般来说，浅层清水钻井时，钻井废水中含油量超标，使用PAM泥浆时，废水中的悬浮物、酚、铬、油超标；作用普通泥浆，含油量超标，悬浮物、酚、铬个别超标；钻控深井时，油、酚、铬、悬浮物超标率增大。由以上可以看出，钻井废水中的主要有害物质为悬浮物、油、铬和酚等。
（3）洗井废水
       洗井废水的来源
       注水井是向油层注水的井。为防止注入水中的悬浮固体物堵塞地层，在注水管端头装有配水器滤网，经过一段时间的运行，由于滤网截留的悬浮固体增加，使管路压力逐渐增高，注水量降低。当达不到需要的注水量时，需对注水井进行清洗，以去除滤网上沉积的固体和微生物，从而产生的洗井废水。
        洗井废水的特点：
       a. 色度高   通常洗井废水呈黑褐Se； 
      b. 悬浮物浓度高；
      c.  pH值高   洗井废水一般呈碱性；
      d.  洗井废水中含有六价铬和油。
（4）采气废水
       采气废水是指伴随采气带出的地层水或气田水，采气废水主要含有凝析油、盐分、固体悬浮物、硫化氢及一些添加剂（有机物）。其中采气废水中的Cl－含量可达几万毫克/升，此外还含有硫及锂、钾、溴、锌、镉、砷等元素。
3、油田废水中油的去除方法
        油田废水中的存在浮油、分散油、乳化油和溶解油四种形态。不同形态的油处理方法不同，具体方法如下表。

4、油田废水的处理方法
        油田废水处理，主要是指将原油开采过程中产生的废水回注地层前，将水中的原油、悬浮杂质、有害的化学离子去除，以免对地质结构和地表环境造成污染和破坏。油田废水处理设备常用处理方法主要有物理化、化学法、生物法和综合性的物理化学方法。
（1）物理法
       物理法是通过物理作用分离和去除油田废水中不溶于水的悬浮物和油的方法。根据物理作用的不同，主要有重力分禽法、离心分离法、压力沉降法、粗粒化法及过滤法等。
       重力分离法
       重力分离法也叫重力沉降法，是利用油与水存在密度差，在重力作用下，油自动浮于水面与水分离，去除水中浮油和大部分散油。重力分离法是既经济又有效的除油措施，也是目前常用的初级除油方法，用以去除粒径较大的浮油和部分分散油，重力分离法常用的构筑物是隔油池。
        压力沉降法
        压力沉降除油技术是在除油中装填有使油珠聚结的材料，当含油废水经过聚结材料层后，细小油珠变成较大的油滴，加快了油的上升速度，从而缩短废水的停留时间，提高了除油效率。
       粗粒化法
        粗粒化是指油田废水通过粗粒化除油罐时，粗粒化材料使油田废水中的油珠粒径由小变大的过程。粗粒化法主要在重力沉降除油工艺前使用。
       过滤法
        过滤技术是根据滤后水质的要求不同分为粗过滤、细过滤和精细过滤。过滤技术利用多孔介质从水中分离不溶解固体的技术，常用于废水的末段处理，所用的过滤器有重力过滤器和加压过滤器。过滤的中心技术是滤料的选择与再生。采用粒状材料为滤料（如石英砂、核桃壳和无烟煤等）通过润湿聚结和碰撞聚结作用，除去废水中的油和悬浮物。其优点是出水水质好，设备投资少，缺点是运行费用较高，适应负荷变化能力弱，易堵塞。
       离心分离法
       该法是指借助离心机械所产生的离心力，将油水分离。离心机有卧式和立式两种。在离心力的作用下，水相从离心机的外层排出，油相从离心机的中部排出。
        气浮法
       气浮工艺是将空气通入到孔化液废水中，气泡从水中析出的过程，油类等污染物粘连在气泡上，因其密度远小于水而浮出水面。气浮前采取破乳的措施常选择选择投加混凝剂，破坏乳化油的稳定性，形成絮凝体，吸附油珠和悬浮物共同上浮，也有在气浮法中加入含羟基团的羟基乙其纤维、聚乙烯甲基醚等油水分离剂。
       超滤法
       超滤法是一种物理破乳法，它是使乳化油废水通过超滤膜过滤器，利用超滤膜孔径比油珠孔径小的特点，只允许水通过，而将比膜孔径大的油粒阻拦，从而达到乳化油水分离的目的。
（2）化学法
        化学处理法是指利用化学反应，通过向废水中加入化学药剂或采用电化学等方式除去有害物质的方法。
       絮凝沉淀法
       絮凝法主要是通过向废水中加入絮凝药剂，使废水中的悬浮物形成絮凝物聚结下沉，该过程不但可以除去废水中的悬浮物和胶体粒子，降低COD值，而且，还可以除去细菌等。是指在絮凝剂的作用下，油田废水中的胶体和细微悬浮物发生静电中和、吸附或桥接，*终生成絮凝体被除去。化学絮凝法作为预处理技术在各大油田中被应用，常与气浮法联合使用。
        絮凝法的技术中心在于研发新的化学药剂，来提高去污效率，扩展去污范围。油田水处理用的絮凝剂主要分为无机、有机和生物絮凝剂三类。
       无机絮凝剂主要有无机化合物（如硫酸铝、明矾、三氯化铁、硫酸亚铁等）和无机聚合物（聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝（PAS）、聚合硫酸铁等高聚物）。
       有机絮凝剂有低分子量的阳离子聚合物（如聚胺等）和高分子量的聚合物（如聚炳烯酰胺及其衍生物）。与无机高分子絮凝剂相比，它的用量少，产生的絮体大、沉降速度快、受共存盐、pH值和温度的影响小，效果明显、且种类繁多，在油田水处理中得到较广应用。在企业的日常油田废水处理中，运用化学絮凝法时，大多以丙烯酰胺和丙烯酸的二元及三元共聚物作为有机高分子絮凝剂来吸附油污。
       电化学法
        运用电化学法处理废水，不但能降低成本，且不会造成污染。油田废水处理的电化学法主要有两种方法，分别是内电解法和电化学氧化还原法。
        内电解法（又称为“铁-碳法”），一般以 Fe 作为原电池的阳极，以油污中的惰性导电物质作为阴极。通电后，阴极和阳极会发生一系列的化学反应，**生成具有絮状结构、吸附力极强的Fe(OH)₂、Fe(OH)₃。由于密度较大的油污会阻碍内电解法的化学反应速率，故此方法只适用于处理油污过程中较靠后的阶段。内电解法在处理油污的过程中，化学反应所产生的电流还能使油污中的微生物的新陈代谢加快，提高微生物分解油污的效率。

        电化学的氧化处理主要有直接氧化处理和间接氧化处理两种。电化学的直接氧化法是通过电解作用产生的强氧化物质直接与被氧化物发生反应，从而分解油污中的酸性硫化物等无机物质。而间接氧化法则是不需要通过电解作用产生具有强氧化性的物质，只是把氯气作为氧化物质注入油污中，间接氧化有助于去除油污中的苯、苯酚类物质。电化学氧化法起作用的主要是氧化物质，而电化学还原法是与氧化法相对的，直接电解油污中的有机物，这样可以有效降低油污中的硫化物。电化学法以其低成本、污染少等优点得到油污处理企业的应用。
        化学氧化法
       化学氧化是转化废水中污染物的有效方法，能将废水中呈溶解状态的无机物和有机物转化为微毒、无毒物质或转化成容易与水分离的形态。化学氧化是利用氧化剂（如O₂、O₃、Cl₂、ClO₂、NaClO、H₂O₂、KMnO₄、K₂FeO₄ 、漂白粉等）氧化分解废水中油和COD等污染物质以达到净化废水。
        臭氧-生物碳技术
        臭氧用作除水中色臭味以及生物吸附之前的预处理。它利用氧化性去除水中的溶解性有机物及产生异味物质，不产生二次污染，还可用对微生物消毒与杀菌的深度处理。它对油田污水中 COD 的去除为后续的生物处理改善生物降解能力，有效提高了生物的可生化性。生物碳是使吸附在活性炭上的污染物在有氧条件下利用微生物对有机物的降解作用使活性炭再生的工艺。
       光化学催化氧化法
        光化学氧化法是近20多年来发展迅速的一种高级氧化技术，以半导体材料(如TiO₂、Fe₂O₃、WO₃等)利用太阳光能或人造光能(如紫外灯、日光灯等)使废水中的油和 COD 等污染物质降解以达到净化废水的目的。
         Fenton 试剂催化氧化法
        Fenton 试剂催化氧化法的应用较多，一般的生化和物化法难以处理的有机污染物，可以用此方法处理。Fenton 试剂的活性成分为氧化剂 H₂O₂和催化剂Fe2+。在酸性环境下，使 H₂O₂发生Fenton反应分解出水、氧气和羟基自由基。通过产生活性极强的羟基自由基（・OH），・OH几乎能将废水中的有机污染物氧化降解成无毒或低毒的小分子物质，从而降低COD。
（3）物化法
        物化法是运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法。物理化学法在油田废水处理中主要有气浮法和吸附法。
         气浮法
         气浮法（又称浮选法）是较常用的物化法除去油污的方法之一。气浮法是借助于浮力，通过很多微气泡包裹在油污的周围，把油污带出水面，*终使油污与水达到分离的目的。由于组成空气中的微小气泡大多是非极性分子，易与油污中的油粘合在一起，油污随着微气泡的上浮力而被快速带出水面，这样，加快油水分离的效率。
        吸附法
        吸附法是利用多孔吸附剂对废水中的溶解油进行或是物理吸附（范德华力）或是化学吸附（化学键力）或是交换吸附（静电力）来实现油水分离。
        油田废水处理中采用的吸附主要是利用亲油材料来吸附水中的油。常用的吸附剂有活性炭、活性白土、纤维素、高分子聚合物及吸附树脂等。活性炭，由于其吸附容量有限，且成本高，再生困难，使用受到一定的限制，无法得到较广应用，一般只用于含油废水的深度处理。
（4）生物法
        生物法是利用微生物的生化作用，将复杂的有机物分解为简单的物质，将有毒的物质转化为无毒物质，从而使废水得以净化。生物处理技术是目前世界上应用较广的废水处理技术。
        生物法从微生物对氧的需求上可分为好氧生物法和厌氧生物法。
         好氧生物处理是在水中有充分溶解氧的情况下，利用好氧微生物的活动，将废水中的有机物分解为CO₂、H₂O、NH₃和NO3-等。一般好氧生物处理法分为活性污泥法、生物膜法(生物滤池、生物转盘、生物氧化塔)、接触氧化法、氧化塘法等。厌氧生物处理的主要特点是可以在厌氧反应器中稳定的保持足够的厌氧生物菌体，使废水中的有机物降解为CH₄、H₂O和CO₂等。厌氧反应器主要有厌氧活性污泥法、厌氧滤池、升流式厌氧污泥床(UASB)、内循环反应器(IC)和膨胀颗粒污泥床(EGSB)等。
        油田废水处理常用的生物处理法有：A/O法、SBR法、生物膜法、活性污泥法和氧化塘法等。
        生物膜法
        经过物化法去除油田废水中的不溶性有机物质之后，油田废水的污染物主要为溶解性有机质，而生物膜法可以去除油田废水中的溶解性有机物质。通过油田废水与生物膜的直接接触，生物膜中的固体物质与油田废水中的液体物质相互进行交换，进入生物膜内的有机物被微生物氧化，同时膜内的微生物数量不断增加，这样就促进吸收油污的良性循环，达到净化油田污水的目的。
        活性污泥法
        生物法中的活性污泥是一种人工培养的生物絮凝体，主要通过微生物来吸收油田废水中的溶解性有机物，活性污泥法主要就是用这种生物絮凝体来处理油田废水。油田废水一旦进入生物絮凝体中，其中的微生物就开始分解油污中的溶解性有机物质，不但净化水质，也为自己的生长、繁殖提供能量。同时，油田废水中的胶体或不溶性物质虽不能被微生物分解，却会被生物絮凝体吸附，并与胞外酶起水解反应，**成为微生物能够吸收的物质。
         氧化塘法
         氧化塘法是能够提供有机物分解的大型浅池，塘内有大量好氧微生物和藻类。氧化塘的特点是投资少，管理简单，但占地面积较大。氧化塘除暴气塘需要机械薄气外，其他各种氧化塘皆不依赖动力来充氧，而是充分发挥天然生物净化功能。氧化塘一般采用水面自然复氧和藻类光合作用复氧，其运行情况随温度和季节的变化而变化。该技术要求废水停留几天或几个月，因此，处理措施的耗时较长。
        A/O法
       A/O法也叫厌氧好氧处理法，A是厌氧段，主要用于脱氮除磷，O是好氧段，用于除去水中的有机物。在厌氧段，厌氧菌将油田废水难降解有机物水解酸化，降解成小分子有机物，提高后续好氧处理能力。其优点是除了使有机物得到降解之后，还具有一定的脱氧除磷功能，是将厌氧水解技术用做活性污泥的前处理。A/O具有流程简单、投资较少、总氮去除高的特点。
         生物接触氧化处理技术
        生物接触氧化法又称浸没式生物滤池，兼具活性污泥法与生物膜法的特点。生物接触氧化池内设置的填料浸没于废水中，在填料表面附着生长生物膜，填料间隙生成活性污泥，废水与生物膜和活性污泥接触而得到净化。为了提高废水净化效率，需使生物接触氧化池内的废水不间隔循环，反复与生物膜和活性污泥接触而得到净化。