二氧化氯在油田水处理应用中的探讨

张皓月（大庆油田水务公司，黑龙江大庆163514）

0 引言

二氧化氯是一种十分常见强氧化剂，近些年来广泛被用于油田的污水处理中，其起作用的主要机理便是应用自身强氧化性的化学性质，对有油井内的水进行杀菌，抑制油井内的微生物进行繁殖，进而防止这些微生物在繁殖过程中生成的产物（如：FeS以及乳化油等等）腐蚀或堵塞油井管道。

1 油井中微生物对管道的危害

油田的污水中含有多种有机物以及气体，为细菌的繁殖提供了适宜的环境，大量的微生物可以在油田污水中快速的繁殖。油田中的细菌主要分为以下几大类：硫酸还原菌、腐生菌以及铁细菌。

1.1 硫酸还原菌

硫酸还原菌是一种厌氧菌，其最适宜生长的PH 值为6.5-7.5，油田污水是其比较适宜繁殖的环境之一。在繁殖的过程中，可以在无氧的环境下将硫酸盐等物质还原成硫化物。生成的硫化物以固体的形态附着在油田管道的管壁处，长期积累会造成管道的堵塞，且硫化物具有较强的腐蚀性，会逐渐的对石油管道进行腐蚀，造成管道的泄露。

硫化物在污水中产生的硫离子与溶液中的钙离子生产不易溶于水的硫化钙，如果长时间不对其进行清理，会逐渐堆积，直至堵塞管道。

1.2 腐生菌

腐生菌，又称粘泥生成菌，是一种进行有氧呼吸的菌种，其适宜在低矿化度的环境生存，并且适宜生长的温度是25～35℃，在有氧条件下可以将有机物转化为粘膜。在大量繁殖的条件下会产生众多的生成物，并且会与藻类等生物在管道内形成共生，生成大量的生物垢与堵塞物，严重的堵塞石油管道以及石油供水设备。

1.3 铁细菌

铁细菌并不是自身与铁或铁化物进行反应的细菌，而是一种在氧化亚铁转化为高价铁化合物的过程中起到催化作用的菌种，会加速铁质管道的腐蚀，其自身依靠吸收铁元素在反应的过程中产生的能量进行繁殖。铁细菌是一种好氧菌，并且不适宜生存在碱性环境，但是满足以上充足氧气以及偏酸性环境，铁细菌是极易生存的，只需存在微量的铁元素，铁细菌便可以大量繁殖。

2 二氧化氯的水处理中对细菌的作用机理

二氧化氯是少数在自然界中完全或者几乎完全以单体游离原子团形态存在的化合物之一，其极易溶于水，可作为溶解的气体保存在溶液中。二氧化氯见光或受热后会分解成氯气和氧气，而氯气溶于水后的生成物HClO 也可作为氧化剂和杀菌剂。二氧化氯在油田水处理中的主要作用机理便是抑制管道内微生物的繁殖，从而防止管道的堵塞以及腐蚀。

2.1 破坏细菌的细胞结构

二氧化氯溶解在水中，会和细菌的细胞结构产生剧烈的化学反应。二氧化氯对细菌的细胞壁有吸附和穿透能力，细胞壁是细菌控制物质进出的重要结构，而二氧化氯会利用自身的强氧化性与细胞壁上的酶进行化学反应，使细菌的细胞壁失去活性，更多的二氧化氯进入细菌细胞内部，与细菌的内部的细胞器以及蛋白质发生化学反应，从而使细菌彻底丧失生物活性。

2.2 氧化细菌的生成产物

二氧化氯溶于水后水中含有的二氧化氯、氯气以及次氯酸都具有十分强的氧化性，这些物质会与S2-等细菌产物发生剧烈的氧化反应，也可将游离于水中的二价铁离子氧化成三价铁离子，从而分解及减少附着在管道中的污垢，缓解管道腐蚀及地层堵塞问题。同时对于腐生菌形成的粘膜等物质也具有非常强的去除作用，进而清除管道内的污垢。

3 二氧化氯对污泥形成的抑制作用

3.1 污泥的主要构成

油田水处理过程中的产生的污泥有多种物质构成。其中的一部分是由于在原油开采过程中产生的泥沙堆积，多是一些较为细小的沙石颗粒，其附着能力相对较差，也更便于处理。另一部分是细菌繁殖的生成物，多是一些硫化物、油状物以及藻类生物混合在一起的粘状物。一部分则是Ca2+产生的沉淀物，为调节污水的PH 值，需要向污水中投入石灰乳，当石灰乳投入的量过多时，溶液中的OH-会与Ca2+生成Ca(OH)2，Ca(OH)2在水中的溶解度非常低，因此会产生大量的沉淀。还有一部分是除去污水中的有毒有害元素时产生的沉淀。

对于沙石颗粒的处理仅需简单过滤即可，对沙石过滤之后的污水中，细菌的产生物以及去除有害离子产生的污泥仅占污泥总量的10%～20%，而与OH-生成的沉淀物约占污泥总量的80%～90%。

3.2 二氧化氯对不同污泥的作用

在不同的PH值下，二氧化氯的反应存在着一定的区别，当污水的pH值在6.5～7.5区间时，此时与二氧化氯反应的物质主要为细菌产生的硫化物以及乳化物，生成可溶于水的氯化物，增强物质的溶解度，降低污水中的污泥量。

当污水的pH 值大于8.0 时，污水中会存在Ca(OH)2、CaCO3以及其他的不易溶于水的沉淀。向污水中加入二氧化氯可对污水的pH值起到一定的调节作用，中和部分OH-，减少污水中的结垢量。

4 二氧化氯的制备方法

二氧化氯不稳定，见光或预热易分解为氯和氧。常温常压下其沸点为11℃,在-11℃时变成红色的液体,在-59℃时形成结晶。当ClO2在空气中的浓度高于10%，或溶液中的浓度高于30%时，易发生低水平爆炸，在有机蒸汽环境下，这种爆炸可能变得剧烈。二氧化氯在工业中的应用不适合经过长途的运输，并且必须避光保存，正因为如此,在实际应用中，二氧化氯一般是在使用现场进行制备后，直接投入使用。

4.1 化学法

化学法主要是利用化学反应制备二氧化氯，技术比较成熟。根据原料不同二氧化氯的制备方法可分为氯氧化法、甲醇法、R1法、R2法、盐酸-氯酸钠法、盐酸-亚氯酸钠法等。目前比较常见的方法是盐酸-氯酸钠法，反应方程式为：2NaClO3+4HC1→2C102+C12+2H2O+2NaC1，以及盐酸-亚氯酸钠法，反应方程式为：5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O。盐酸-亚氯酸钠法生成二氧化氯的纯度较高，该生产工艺简单、易于操作；而氯酸钠相比亚氯酸钠的价格要便宜许多，盐酸-氯酸钠法生产成本较低，且产物二氧化氯及氯气均具有较强的氧化性。

4.2 电解法

电解法制备二氧化氯有多种方法，造成这些区别的主要原因便是电解液的不同，目前成本较低的电解法制二氧化氯的方式是电解饱和食盐水，这种制备方式原材料的成本相对较低，但是对于设备的要求非常高，目前电解饱和制二氧化氯的技术关键在于电解液中的离子膜以及电极阳极的材料选择。

5 结语

二氧化氯是一种十分有效的氧化剂以及杀菌剂，具有很强的氧化性，应用范围非常广泛，对于环境的要求也不高，生产成本相对较低，制备工艺及操作方法也相对简单，并且病毒、细菌等微生物不会对二氧化氯产生抗药性。综合以上特点，二氧化氯是一种十分适合于油田水处理的化学物质。不过在制备和使用二氧化氯的操作过程中，一定要秉承着安全操作的原则，要合理利用二氧化氯，避免在使用过程中对人体造成伤害。