稠油污水处理进展与研究

稠油污水处理进展与研究李柳逸（长江大学，湖北省，430100）摘要辽河油田采用蒸汽吞吐的方式开采稠油，这些数量巨大的稠油污水的合理处置是摆在油公司面前的一个非常严峻的经济和技术难题，已直接影响和制约了油田的可持续发展。显然解决油田蒸汽锅炉供水和稠油污水处理双重矛盾的最直接方法就是将稠油污水经过适当处理后回用于高压蒸汽锅炉。一方面可将稠油污水进行深度处理，不污染周围环境，另一方面又可为锅炉提供水温较高的补给水，变废为宝，具有较大的经济效益。关键词：稠油污水蒸汽锅炉AbstractLiaoheoilfielddiscoveredahumminginminingthicksteamintheway,.Thesehugeamountsofapropersewagedisposalofoilandoilcompaniesareinaveryseriouseconomicandtechnicaldifficulties,hasdirectimpactandrestrainthefieldofsustainabledevelopment.Clearlyresolvethethicksteamthewaterandoilwiththemostdirectwaytodoublethecontradictionsarethickwithproperwastetreatmentoilbacktonotetheboiler.Onsubstancecanbedealtwithindepththesewageanddoesnotpollutetheenvironmentaround,andtoprovidewaterforthehigherthesupplyofwater,makewasteprofitable,hassignificantefficiency.Keywords：thickenedoilwastewatersteamgenerator前言在油气田勘探开发过程中，随着原油和天然气的采出，通常会产生大量的含油污水。这部分污水被称为油气田污水、油气田含油污水或油气田采出水。根据油品性质的不同，油田污水又可分为稠油污水、稀油污水和高凝油污水等[1-3]。由于各油气田所处的油藏地质、开采工艺和开采年限等不同，因此不同的油气田污水，其水质水量迥异。即使是同一油藏区块，随着开采时间的变化，其水质水量也在不断发生变化。通常原油含水率由开采初期的5%~10%逐步上升到中后期的80%~90%。油井开采年限越长，原油含水率就越高，原油脱出水水量就越大，水质就越差，因而处理难度也就越大。在所有油气田污水处理中，稠油污水因其水质成分复杂、油水密度差小、乳化严重、处理难度最大。目前国内外对稠油污水合理处置的方法有三种：①
回注代替清水资源直接回注地层或配制聚合物后回注地层[4]；②回用处理后作为热采锅炉的给水；③外排处理后达到国家污水排放标准，直接排放。1稠油污水的基本特征1.1稠油的基本概念以及来源“稠油”是指在油层温度下脱气原油粘度大于100mPa·S，相对密度大于0.92的原油，国外称之为“重油”。稠油与其他原油的主要区别在于它的粘度高、流动性能差。在稠油的开采过程中，通常会产生大量的采出液，它是原油、砂和水的混合液。采出液中水与油的比例变化很大，取决于很多因素，包括油藏地质、油井年限以及油井和蒸汽之间的关系。然而在大多数情况下，采出液中水的体积是油的2~20倍，通常为4倍左右。从开采的含水稠油中分离出的含油污水常称为稠油污水，或稠油采出水。稠油开采及处理的典型工艺见图1-1。图1-1处理工艺图1.2稠油污水的毒性以及组成稠油污水水质较复杂，不仅被原油所污染，而且在高温高压的油层中还溶解了地层中的各种盐类和气体；在采油过程中，从油层里携带了许多悬浮固体；在油气集输过程中还掺进了各类化学药剂；稠油污水中还含有大量的溶解性有机物。总之稠油污水是一种水质比较复杂的污水。世界上许多地区，稠油污水都是经过一定的处理后回用于热采锅炉或回注地层。而在海上平台或其他地方，稠油污水一般是经过一定的处理直接排海或排到周围环境，这些数量巨大的污染物将严重污染周围环境。任由稠油污水直接外排是由于人们对稠油污水的组成及其对环境的副作用缺乏了解和认识[5]。2稠油污水处理工艺技术研究2.1稠油污水回用于热采锅炉的工艺流程简介稠油蒸汽开采起始于50年代后期，目前已成为稠油开采的主要方法。稠油热采所需蒸汽通常由蒸汽发生器产生提供，这些蒸汽发生器为平行加热炉，炉管为单向流布置，只能产生干度为70-80%的蒸汽，这些蒸汽以及液相中残留的20-30%的水全部注入到油层，不产生浓缩液，因此需要大量的补给水[6]。由于环境保护方面的原因，地下清水被限制使用。显然解决油田蒸汽驱锅炉供水和稠油污水的处理双重矛盾的最直接的方法就是将稠油污水经过适当的处理后回用于高压蒸汽锅炉。一方面可将稠油污水进行深度处理，不污染周围环境，另一方面又可为锅炉提供水温较高的补给水，变废为宝，具有较大的经济效益。然而绝大多数的油田蒸汽发生器需要的是不含油、零硬度、低二氧化硅和低盐度的补给水。但是许多稠油污水都是高含油量、高硬度、高二氧化硅和高含盐，稠油污水和锅炉补给水的典型水质的对比见表1-1。表1-1油田蒸汽发生器水质要求和稠油污水典型水质的对比参数蒸汽发生器补给水稠油污水典型水质油1200-2000悬浮物160-1500硬度0.5100-1500二氧化硅5030-300TDS7000~80003000-30000总铁0.050.1-2.0溶解氧0.01~0.04—锅炉给水必须不含Ca2+、Mg2+等离子，以防炉管或油层结垢。稠油污水的软化工艺不仅难以管理而且非常昂贵，当稠油污水的总硬度大于200mg/L时，就不能单独采用离子交换树脂，而应采用石灰软化与离子交换相结合的软化工艺。石灰软化可将硬度降至30mg/L左右，离子交换可降至0。当稠油污水中的TDS大于3000mg/L时，就需要采用酸碱联合再生的弱酸离子交换树脂，而不能采用价格便宜的盐再生的强酸钠离子交换树脂[7]。该工艺需要酸碱化学药剂储罐、进料系统和昂贵的再生液处理系统。2.2稠油污水回用于热采锅炉的工艺过程稠油污水回用热采锅炉的前段处理工艺与回注处理基本相同，都是采用物化法等成熟处理工艺，主要去除油及悬浮物[8]。后续深度处理主要着眼于污水的软化。与常规清水软化相比，油田污水的软化具有更大的技术难度。稠油污水处理后回用于热采锅炉的工艺流程其实可以归纳为三段分步处理，图1-2为稠油污水回用于注汽锅炉的典型处理工艺图，这个工艺流程包括油和悬浮物的去除、硬度和二氧化硅的去除以及硬度的最终去除[9-11]。如图1-2所示，油的去除通常是采用撇油罐、IGF和颗粒填料过滤等处理单元相结合。硬度的去除通常采用石灰软化和离子交换相结合的方法或单独采用离子交换，这主要取决于处理水中的硬度。如果二氧化硅浓度超标，那么就要采用热石灰软化或者温石灰软化去除二氧化硅。图1-2稠油污水处理的典型工艺流程稠油污水深度处理后回用，其水质应满足热采锅炉给水水质标准，中国石油天然气总公司在稠油集输及蒸汽系统设计规范（SY0027—94）中规定了热采锅炉给水的各项水质指标，详见表1-2。表1-2热采锅炉给水水质指标项目标准备注含油(mg/L)≤2.0不计溶解油悬浮物(mg/L)≤2.0总硬度(mg/L)≤0.1以CaCO3计总碱度(mg/L)≤2000以CaCO3计二氧化硅(mg/L)≤50可溶性固体(mg/L)≤7000总铁(mg/L)≤0.05pH7.5~11溶解氧(mg/L)≤0.052.3稠油污水水质特性对处理工艺的影响针对稠油污水黏度大、油水密度差小、乳化严重、水温高、水质水量变化大、处理难度大的特点，认为高效净水药剂的研制和开发是稠油污水深度处理的基础和关键[12-14]。强化前段除油效果，减轻后段过滤系统的压力，使整个工艺技术合理、紧凑和高效；同时必须充分考虑污水的均质均量，避免来水对整个工艺流程造成冲击。基于稠油污水的多变性和复杂性，本研究提出稠油污水处理应充分考虑和研究的几个方面：（1）强化调节池的功能。由于稠油污水油水密度差小以及水质水量变化较大的原因，因此强化调节池的功能显得非常重要，可以在调节池中布置曝气装置，对稠油污水进行预曝气，这将有利于提高油水密度差，有利于浮油的去除，有利于水质的稳定，有利于去除稠油污水中挥发性的有机物。（2）加强高效净水药剂的研制和开发。由于稠油污水乳化严重，为使油、水分离，破乳是先决条件。因此高效净水药剂的研制和开发是稠油污水深度处理的基础和关键，为使高效净水药剂发挥其高效的破乳功能，应通过实验来确定最佳投药量、加药点、搅拌方式以及反应时间等。（3）选择适合稠油污水处理的装置。为强化稠油污水处理效果，工艺流程中必须采用高效的油水分离设备，如斜板隔油和溶气气浮等设备。但它们也必须在投加高效的净水药剂以及保持良好的水力条件下方能发挥预期的作用。（4）稠油污水处理流程与原油脱水工艺应统筹考虑。原油脱水的水质对稠油污水处理效果的影响很大。原油脱水用的破乳剂与污水处理所采用的药剂应有良好的配伍性。另外应保证脱水中油含量的稳定性。（5）稠油污水处理工艺流程应紧凑、合理、高效以及耐冲击。由于稠油污水水质水量变化较大，因此高效、紧凑、合理以及耐冲击的工艺流程就显得极为重要。参考文献：[1]王临红,赵振兴,韩桂华,李芮丽.含油污水除油净水技术研究与发展[J].工业水处理,2005,25(2):5~8[2]陈进富.油田采出水处理技术与进展[J].环境工程,2000,18(1):18~20[3]孔凡贵.高级氧化技术处理油田水中污染物的研究.大庆石油学院硕士研究生学位论文,2003:1[4]杨云霞,张晓健.我国油田采出水处理回注的现状及技术发展[J].给水排水,2000,26(7):32~35[5]孙剑辉,王海燕.ASBR法研究进展与展望[J].环境污染治理技术与设备,2000,(1):84~89[6]戴友芝,冀静平,施汉昌,钱易.厌氧折流板反应器对有毒有机物冲击负荷的适用性[J].环境科学,2000,21(1):94~97[7]S.J.JuddandP.Hillis.OptimisationofCombinedCoagulationandMicrofiltrationforWaterTreatment[J].Waterresearch,2000,35(12):2895~2904[8]M.Gryta,K.KarakulskiandA.W.Morawski.PurificationofOilyWastewaterbyHybridUF/MD[J].Waterresearch,2001,35(15):3665~3669[9]袁群杰,李必文,阎安.陶瓷膜处理油田采出水时的膜污染清洗研究[J].石油机械,2003,31(1):1~2[10]尹赐禹,张洪良.超滤法处理油田含油污水的试验研究[J].石油机械,2003,31(8):1~3[11]谷玉洪,薛家慧,刘凯文.陶瓷微滤膜处理油田采出水试验[J].油气田地面工程,2001,20(1):18~19[12]梁立军,陈大年,蒋可觐,王守忠.大庆油田回注水过滤净化研究[J].膜科学与技术,1998,18(2):22~24[13]田依林,李明玉,马同森,李桂敏,燕启社,李德亮.Fenton试剂氧化水中芳香族化合物的机理[J].污染防治技术,2003,16(1):12~15[14]赵苏,杨合,孙晓巍.高级氧化技术机理及在水处理中的应用进展[J].能源环境保护,2004,18(3):5~8