油田污水的油品回收及处理技术研究

张高涵，鹿钦礼*，秦晓博，张大伟，马永状

（1. 辽宁石油化工大学石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺 113001； 2. 抚顺新钢铁有限责任公司， 辽宁 抚顺 113001）

油田污水的油品回收及处理技术研究

张高涵1，鹿钦礼1*，秦晓博1，张大伟2，马永状1

（1. 辽宁石油化工大学石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺 113001； 2. 抚顺新钢铁有限责任公司， 辽宁 抚顺 113001）

对某油田污水采用“N2气浮厌氧—O2好氧强化A/O法”工艺流程实现油品回收，污水回注及排放的有效性和适用性进行了实验研究。试验结果表明，在原水水质中石油类在55~160 mg/L，COD含量在390 ~ 630 mg/L，BOD含量在70~110 mg/L，SS在40~200 mg/L，该工艺对石油类、悬浮物的去除率可达90%以上；通过厌氧处理装置的水解酸化作用，可明显改善生化处理条件，COD、BOD去除率接近85%。污水回注处理能够达到《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》B1级要求，污水排放处理能够满足《污水综合排放标准GB8978-1996》。

注水开发； 达标排放； 氮气气浮； 纯氧氧化

随着油田开发的不断深入，原油含水率不断上升，采出水处理已成为油田的重要工作。各采油区对回注水质要求越来越高，而污水中所含油类对环境也将造成影响。同时国家和地方政府基于环境保护的要求，提出了节能减排规划，对石油石化类企业的生产过程提出了更高的标准和要求。因此开发新工艺，研制新型设备和药剂，应用新技术成为油田污水处理发展的新方向[1]。本文研究的目的在于形成和完善一套适合油田污水特点的污水处理工艺，以达到油田污水的油品回收和水质达标的要求。

1 实验处理方案[2]

油田回注水考察的主要指标有悬浮固体、含油量、SRB菌、腐蚀情况等，在处理水中各项指标必须达到要求的水质标准，才能进行回注[3]。油田污水排放考察的主要指标有悬浮固体、石油类、COD及BOD等[4,5]。依据油田污水各种处理工艺优缺点，综合考虑回注及排放的技术指标要求，形成了处理技术方案如图1所示。

图1 油田污水处理工艺流程简图Fig.1 The schematic of oil-field wastewater treatment process

通过对以上方案进行实验室研究工作，考察回注处理及达标排放处理中各组成部分在不同运行工况下处理水水质指标状况，考察处理工艺方面的技术可行性。实验主要目标任务：

（1）N2-O2强化A/O工艺，使油田污水达标排放的处理效果及工艺特性；

（2）氮气气浮厌氧处理在油田污水回注处理工艺的作用效果及其特点；

（3）氮气气浮厌氧处理在油品回收方面的作用。

1.1 实验装置

（1）氮气气浮厌氧反应部分[6]

氮气气浮厌氧反应装置由氮气气浮部分（A1）和厌氧反应部分（A2）两部分组成。本实验在氮气气浮池中添加了亲油聚结填料，利用材料表面的聚结性能使细小油珠并聚，借助气浮作用携带油珠上浮分离。

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厌氧反应阶段采用升流式厌氧生物滤池，滤料采用塑料滤料。气浮出水由底部进入，向上流动通过滤料层，处理水从滤池顶部旁侧流出。消化气未进行收集。

氮气气浮厌氧装置由10 mm厚有机玻璃制成，长800 mm，宽400 mm，高度为400 mm，总容积为128 L，有效容积为120 L，中间设置隔板，形成A1、A2两部分，均设有承托装置，分别在气浮池和厌氧生物滤池中添加聚结填料和塑料滤料。气浮池底部设直径为10 mm的穿孔曝气管，由氮气瓶进行扩散气浮N2供给，气压可调。

（2）过滤罐

油田污水按回注水水质进行过滤处理，设置为双层滤料过滤器。过滤器主体选用直径100 mm有机玻璃柱，高度为1 000 mm，上层无烟煤厚度600 mm，下层石英砂厚度250 mm。滤前水质指标进水要求悬浮物物含量≤50 mg/L，油含量≤20 mg/L，虑速控制在8 m/h。

（3）好氧反应器

好氧反应器采用纯氧曝气池形式，由有机玻璃制成，长400 mm，宽200 mm，高度400 mm，容积为36 L，池底沿长度方向设置2只直径60 mm的微孔曝气头，与O2瓶通过软管连接，气压可调。

1.2 实验准备工作

气浮除油效率随停留时间延长而增长，在相同气浮强度下，实验在3种工况下运行15 min：（1）气浮池在无填料情况下气浮运行；（2）气浮池在有聚结填料情况下气浮运行；（3）气浮池在无填料加药情况下运行，投加药剂种类为混凝剂（聚铝）和絮凝剂（聚丙烯酰胺）。

2 实验方法及主要仪器设备

本文实验方法及实验步骤主要遵循《水和废水监测分析方法》（第四版）提供的标准方法，部分参照《碎屑岩油藏注水水质分析方法》。在水质分析及实验过程中，使用的主要仪器设备见表1。

表1 实验分析主要仪器设备表Table 1 Main instrument list in experience

3 实验结果分析

3.1 原水水质分析

本文以某油田污水为实验对象，对污水中PH值、悬浮物、含油量、COD及BOD含量进行了取样分析[7]。实验分析结果见表2。

表2 油田污水水质状况及指标要求Table 2 The oil-field wastewater quality and index

从上述水质监测数据可以看出，欢四联油田污水水质总体变化幅度较大，pH值和水温变化较小，石油类、悬浮物及COD含量波动较大，水质相对不稳定。指标中BOD含量较低，且变化幅度较小，污水可生化指标B/C值介于0.15~0.22之间，属于难生物降解污水。

3.2 氮气气浮对油品及悬浮物的作用

在上述3种工况下进行气浮操作，发现油田污水在气浮池中停留15~20 min之后，其含油量趋于稳定，说明理想的停留时间为15~20 min。重复实验，发现各项检测指标去除情况大体相似，聚结气浮处理与加药气浮处理对石油类去除效果良好，均达到80%以上，对悬浮物的去除，聚结气浮处理效果低于加药气浮，但在COD、BOD处理效果方面较好些。同时，以上三种运行对COD、BOD去除率很低，处理效果不明显。石油类及悬浮物去除情况见图2和图3。

图2 氮气气浮池除油效率Fig.2 The removal rate of oil with N2 flotation tank

图3 氮气气浮池除悬效率Fig.3 The removal rate of SS with N2 flotation tank

在气浮操作中，对pH值进行了测定，发现随气浮时间，pH值有增高的趋势，但对除油效果没有大的影响。分析这一现象的原因，可能是由于油田还有大量的碳酸盐和碳酸氢盐，气浮过程使得水中的碳酸根和碳酸氢根以CO2的形式被吹脱，增加了水溶液的碱性所致。

3.3 N2—O2强化A/O工艺处理油田污水

通过强化A/O工艺A段和O段运行工况［8］，完善生物反应运行条件，提高排放水处理效果。同时A段处理后出水，部分进行回注处理，氮气气浮厌氧装置使含油量、悬浮物量和溶解氧浓度大为降低，为后续过滤处理回注起到有力保障，为注水除氧防腐蚀奠定了基础。

（1）SS和油类的去除效果

从图4,5中可以看出，气浮操作对油类的去除效果非常明显，油品集中去除便于回收利用，气浮对悬浮物有一定的去除；过滤操作中对悬浮物去除比较彻底，同时进一步降低了含油量。综合情况，悬浮物去除率达到97%以上，油类去除率也达到了92%以上，处理出水水质达到了《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》中B1级指标要求。

图4 油类沿程变化情况Fig.4 Oil situation along with the process

图5 悬浮物沿程变化情况Fig.5 SS situation along with the process

（2）COD、BOD的去除效果

油田污水中COD含量较高，可生化处理性较差，工艺采取厌氧氧化方式使难降解有机物发生水解作用，降低COD含量，提高可生化性指标，同时降低了SS含量。后续纯氧氧化措施利用好氧微生物作用使COD、BOD进一步代谢降解为无机物质。

图6 不同阶段COD含量变化情况Fig.6 COD change in different stages

从图6和图7可以看出，经过8~12 h厌氧处理，油田污水中约有50%左右的COD得到降解去除，使厌氧出水中B/C比由不到0.2提高到接近0.4左右，可生化性得到了很大程度改善，好氧出水中COD含量在70~100 mg/L之间，比较稳定；

图7 不同阶段BOD含量变化情况Fig.7 BOD change in different stages

在厌氧段BOD去除效果不明显，主要由于COD降解过程中的部分产物补充了BOD的降解量，使表观上BOD降解量较低；从图可以看到，厌氧出水中BOD含量较进水中趋于稳定，经过纯氧曝气池的好氧处理后，好氧出水BOD值降至20 mg/L左右。综上所述，达标排放工艺中COD综合去除率在80%~90%之间，BOD综合去除率在80%~85%之间，出水水质中COD、BOD含量达到了《污水综合排放标准GB 8978-1996》一级标准。

4 结 论

通过以上实验分析研究，得出N2—O2强化A/O工艺处理油田污水具有如下特点：

（1）突破传统A/O法处理油田污水工艺，引入氮气气浮技术厌氧生物处理技术及纯氧曝气氧化技术，优化了A/O法中A段和O段的工艺处理条件，达到了预期处理效果。

（2）在氮气气浮装置中，实现了油品的有效回收，节约了能源。在使用聚结气浮填料情况下，该工艺在不投加任何药剂时，也能达到良好收油效果，能够降低药剂费用。

（3）根据油田污水去向，在进行A段处理后，对外排污水进行了O段纯氧氧化处理，对回注污水进行了双滤料过滤处理，可达到对应出水水质要求。

［1］沈琛.油田污水处理工艺技术新进展[M].北京：中国石化出版社，2008．

［2］Richard．G．Luthry Removal of emulsified oil with organic coagulants and dissolved air flotation[J]．Journal WPCF，1978(2)：331-346．［3］张金波，傅绍斌,等.油田采出水回注处理技术进展[J].工业水处理，2000，20（10）：5-8．

［4］浦鹏程.冀东油田含油污水的处理现状及发展方向[J].承德石油高等专科学校学报，2007，9(3):2-3．

［5］邓述波，周抚生,等.油田采出水的特性及处理技术[J].工业水处理，2000，20（7）：10-12．

［6］张继武，张强,等.浮选技术在含油污水处理中的应用进展[J].石油化工环境保护，2003，26（1）：12-16．

［7］国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].北京：中国环境科学出版社，2002．

［8］董卫华，杨健,等.纯氧曝气的研究进展[J].中国资源综合利用，2006，24（11）：28-30．

Oil Recycling From Oilfield Wastewater and Wastewater Treatment Technology

ZHANG Gao-han1，LU Qin-li1，QIN Xiao-bo1，ZHANG Da-wei2，MA Yong-zhuang1
（1. College of Petroleum Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China; 2. Fushun New Steel Co., Ltd., Liaoning Fushun 113001, China）

Oil-field wastewater was treated with the method " N2flotation anaerobiosis-O2oxidation of enhanced A/O method " to achieve the effectiveness and applicability of oil recycling，wastewater re-injection process and discharge process. The treatment results show that when oil content in the wastewater is 55~160 mg/L, COD is 390~630 mg/L, BOD is 70~110 mg/L, SS is 40~200 mg/L, removal rates of oil and suspended solids are above 90%, respectively. The anaerobic hydrolysis acidification treatment can significantly improve conditions of biological treatment, removal rates of COD and BOD are nearly 85%,respectively. The treated effluent for re-injection can meet B1-level requirements ofclasolite oil reservoir re-injection water quality recommended index. The treated effluent for discharge can meetthe integrated wastewater discharge standard GB8978-1996.

Re-injection development; Standard discharge; Nitrogen flotation; Oxygen Oxidation

TE 992

A

1671-0460（2011）11-1174-04

2011-09-28

张高涵（1988-），男，河南新乡人，辽宁石油化工大学给水排水工程专业。E-mail：zgh19891020@163.com。

鹿钦礼（1977-），男，讲师，硕士，研究方向：主要从事污水处理技术及管道系统优化运行的研究。E-mail：luqinli@sina.com。