气提预氧化技术在油田污水处理中的运用分析

邓佳美

摘 要：油田注采水普遍存在腐蚀、结垢、细菌、悬浮物以及含油超标等问题。当污水中含有HCO3-和溶解CO2、H2S等气体时，污水往往呈酸性，具有较强的腐蚀性，在处理过程中，一旦物理条件发生变化，CO2溢出会导致结垢。腐蚀结垢产物又导致悬浮物增加。因此，由于水质的复杂性，同时含有碳酸氢根和氯离子的油田污水，往往也同时存在腐蚀、结垢、悬浮物超标等问题。气提预氧化装置具有脱除CO2、氧化S2-、Fe2+等不稳定物质、提高污水的pH值，从而降低污水腐蚀性，提高污水水质的稳定性等功能。

关键词：油田污水处理；气提预氧化；硫化氢；侵蚀二氧化碳

1 脱除油田污水中的S2-、Fe2+的常用方法

已有研究表明，含HCO3-和溶解CO2等酸性气体的油田污水，其腐蚀性主要源于酸性条件下H+引起的电化学腐蚀。而当污水pH值提高到7.0以上时，腐蚀速率显著下降。同时，在碱性环境下，污水中的CaCO3、MgCO3以及黏土颗粒等，更容易絮凝沉淀。另外，酸性污水中往往还会含有Fe2+和S2-等不稳定离子，这两种离子沉淀后会导致悬浮物增加、水变黑；

因此，对含HCO3-和溶解CO2油田污水处理技术的研究，集中体现在如何脱出CO2、提高pH；如何去除Fe2+和S2-等关键性因素上。

目前提高油田酸性污水pH值、去除S2-、Fe2+的方法主要有三种：

一种是直接向污水中加入碱性物质，包括NaOH和Ca（OH）2等。但是该方法的使用受到污水中HCO3-含量的限制，当HCO3-含量高时，会消耗大量碱性物质，使得加碱量剧增，提高污水pH值的经济性变差。同时，向污水中引入Ca（OH）2等物质，会产生严重结垢现象和大量沉淀，增加了污水处理负担。

另一种方法是电化学预氧化技术，在对Fe2+、S2-等不稳定物质进行预氧化的同时，附加产生一定的NaOH，但由于产生的量有限，对于含CO2、HCO3-离子较高的污水，提高pH值还是要靠再投加一定量碱性物质。使得该方法同样存在结垢严重等问题，且电耗较高。

第三种方法是采用传统曝气技术，氧化S2-、Fe2+，或者用气提塔或填料塔气提出CO2等酸性气体，提高污水pH值。该方法存在设备大、速度慢、效率低，同时因为反应速度慢，也存在设备结垢等问题。

2 气提预氧化技术特点

在总结分析水质改性、传统气提、电化学预氧化试验的基础上，研究开发一种新技术，兼具上述成熟技术的优势，摒除其缺点。该装置具有提高污水pH值时，不添加化学药剂；反应速度快，装置紧凑高效；达到去除CO2，提高污水pH值的目的，协同解决腐蚀结垢以及悬浮物等问题。

2.1 技术思路

气提预氧化装置原理：用空气快速从污水中气提解吸出CO2，不添加化学药剂，快速提高pH值实现改性而减少结垢，同时定量氧化脱除Fe2+和S2-等不稳定物质，实现沿程水质稳定。工艺过程：在污水进入反应器同时，将一定量的空气打入污水中，气体与污水在反应器内流动，内部特殊的结构为气液两相提供了充分接触的机会和强烈的湍流条件，使气、液间质的传递快速有效的进行。根据亨利定律，通过降低CO2的气相分压，进而降低CO2在水中的溶解度，析出的CO2通过旋流分离排出。通过空气与污水的快速超细化混合，引发的化学反应：

①CO2从污水中快速解吸，导致pH值升高和成垢离子沉淀两类反应；

②空气中的O2进入污水形成溶解氧DO，引发氧化反应，脱硫除铁和杀菌。

2.2 主要技术特点

①提高pH值时，不添加药剂。3～5秒内，快速将污水pH值提高到7.0～7.5；

②有效驱除转化游离CO2，有效抑制污水腐蚀性；

③可控活性氧含量，抑制厌氧菌滋生；

④彻底消除污水发黑现象；

⑤提高水质稳定性，有效降低后续流程可能导致的水质指标恶化；

⑥气提预氧化装置的操作弹性大，适应2～3倍的流量变化，pH值在5.5～7.5范围变化，操作简易，运行稳定。

3 气提预氧化技术的运用效果

胜利油田某污水站于1989年10月建成投產，采用重力混凝沉降工艺。2013年10月该站进行了扩建，采用“重力除油+气提预氧化+混凝沉降+过滤”处理工艺，设计污水处理规模5000m3/d，目前该站实际处理量为4300m3/d，处理后水质达到含油量≤10.0mg/L，悬浮固体含量≤4.0mg，粒径中值≤2.5μm。该污水站S2-含量14.5mg/L，Fe2+含量3.6mg/L，侵蚀CO2含量384mg/L，使用气提预氧化装置后，污水中的Fe2+、S2-均被氧化，经检测含量均<0.1mg/L；CO2被解析脱除，侵蚀CO2降到50mg/L以下；污水的pH由6.39值升高至7.12，水性由酸性变成了碱性。经该装置处理后，降低了污水的腐蚀性，污水中不稳定离子氧化去除，目前该污水站水质能稳定达标。

4 结语

氣提预氧化装置具有脱除CO2、氧化S2-、Fe2+等不稳定物质、抑制SRB菌生长、气浮除油有利于絮凝沉降等多功能性，从而协同解决腐蚀、水质不稳定等问题，改变了以往酸性污水采用加碱改性的方式，过程不添加化学药剂，高效节能、绿色环保，具有油田污水处理的普遍适用性，与其它预氧化方式相比，运行费用大幅降低。

参考文献：

[1]曾英.化工原理[M].北京：科学出版社，2013.

[2]陆恩赐，张慧娟.化工过程模拟：原理与应用[M].北京：化学工业出版社，2011.