油田含聚污水处理方法综述

皇甫宇骥

（西安石油大学，陕西 西安 710000）

原油中的杂质多，不同地区的原油有不同的特点，比如有些胶质多，有些沥青质多等，因此如何合理有效地实现稠油、重油等资源的发掘，成为当前稠油工业乃至整个石油工业合理发展的关键。针对这个问题，20世纪80年代中期，各大油田陆续采用化学驱采油，特别是聚合物P驱、表面活性剂／聚合物SP驱。

然而，随着聚驱采油年限的增加，污水的成分变得复杂，一方面增加相间的空间位阻，使得油水更加的难以分离，同时也增加了成本。没有采取合适的方法处理可能会严重污染地下水，与此同时，聚驱采出水是油水混合物，其中所包含的油品，也是一种宝贵的二次资源。对含油污水的回收是很好的资源节约，将资源利用最大化，否则将造成石油资源的浪费。

1 含聚污水的主要特征

由于条件不同，油田采出水表现出来的特性也不同，但其中都包含有原油、悬浮固体颗粒、盐类和微生物等成分。采出水由于含有可回收物，使得其相比于常规水驱采用具有不同的特性。残余的聚合物对采出水的影响主要表现在以下几个方面：

1）对含油滴粒径的影响。使采出水中油珠分布更加均匀。通过粒径测试发现含聚污水中粒径＜64μm的油珠占到90%以上［1］。显微观测结果表明油田采出水中小油滴更为细小和密集且稳定地分散于水中，形成O／W型乳状液，使得污水处理难度增加，污水中含油量增加。

2）影响油水混合物的黏度。含油污水的黏度因采出水中聚合物而呈现增加的状态。同种情况下，40℃下水驱污水的黏度一般为0.6mPa·s，甚至达到0.8～1.1 mPa·s。黏度的增加使分散相即油相移动的空间位阻增加，同时使含聚污水的稳定性增加，污水处理所需自然沉降时间增长。

3）采出水中泥沙含量的影响。由于聚合物的吸附能量较强，导致含聚污水中所带有的泥沙数量增多。一方面，泥沙的数量增加减少了反冲洗周期，增大了工作时间和降低工作效率。另一方面，由于所带有的泥沙的增加，要求各个环节的排泥设施必须合理，必要时增加污泥处理次数［2］。

2 含聚污水的主要处理方法

2.1 物理法

2.1.1 重力分离法

重力分离法原理是油和水具有不同的密度和两者不相互融合的特性，在静止或运动状态下实现油滴、颗粒物与污水处理的方法。重力除油设备有横向流除油器、波纹板聚结油水分离器、聚集型油水分离器、立式除油罐和斜板式隔油池等［3］。其处理污水的体积大、耗费的经济低、使用方便，因此常常用于油田污水处理。缺点是需要大面积的土地，对特定的油品与水分离效果不好，污水在管道中流动时间长［4］。

2.1.2 水力旋流法

水力旋流技术作为油田最常用的污水除油设备，由于其重量低、占地面积小、处理效率高的特点，因而常常应用于海下管道的水处理［5］。夏福军等［6］研究了利用水力旋流器简化含聚污水处理工艺的问题，流程为：首先用该设备对原水进行油水分离，然后进行两种不同压力级别下进行过滤。经过水力旋流法处理后，中渗透层注水水质要求的各项指标能够得到满足。

2.1.3 加药气浮法

气浮法听名字可以看出是通入空气，使气液固进行充分的混合，在使聚合物的混合物附着在形成的气泡上进而浮出水面的技术。气浮效果取决于于絮凝剂和浮选剂两种因素的作用。

唐善法等［7］研究表明，单一气浮技术在现场中的应用效果较为良好，除油的效率很高可以达到81%，但去除污水中残余聚合物 （HPAM）的效果较差 （除聚率＜17%），有时甚至没有效果。通过添加浮选剂 （CJSG系列）能够有效的去除含聚污水中残余聚合物，最高可达74.6%，同时发现药剂种类影响除油效果，其中只有少数的同时具有两种作用，对去除聚合物和油都有效果。

2.2 化学法

因为采出水中含有不容易处理的物质如沙粒、由品，并有侵蚀、结构和微生物等问题，因此需用相应的化学剂处理［8］。

2.2.1 絮凝剂

絮凝法也是很重要的处理途径，它是通过加入试剂导致分离的速度增加，同时步腐蚀工艺。絮凝剂分类：非有机、有机化合物、复合化合物、微生物絮凝剂4大类。

2.2.2 水质改性技术

该技术是使除去采出水的二氧化碳和碳酸氢根，使水的酸碱度由弱酸性调整为碱性［9］，使用之后重新用来注入地层，在水质处理方面这项技术可以说是一种新的技术。

2.3 微生物法

在应用微生物来降解污水时，污水分子结构被破坏，由大分子变成成小分子，分结后可以作为微生物生存的能量，其作用可以使黏度下降，进而完成对含油污水的处理。

2.4 微波处理法

微波的赫兹区间为3×108～3×1011Hz，波长为1mm～1m。微波具有良好的热效应、高效的催化效应和杀菌作用等优点。微波加热的方式为从物质内部和外部同时加热；同时，加热是具有选择性的，即根据微波的吸收能力不同，其有不同的加热效果。水具有较强的微波吸收能力，因此含有水分的物质用微波加热可以有良好的效果。因此，微波技术在水处理领域受到广泛的关注。

将微波技术应用于含聚污水的处理受到越来越多研究者的青睐和重视。王鹏等［10］将微波辐射破乳和酸化破乳相结合，通过实验得知，酸化破乳能显著提高破乳效率。Ferreira et al［11］对比分析了加热时间，破乳剂加量对常规破乳与微波破乳效果的影响，结果表明，微波破乳具有耗时少和用量少的特点。Mohamme et al［12］研究了微波辐射功率，含水率及含盐量对破乳效率的影响规律，结果显示，微波辐射功率越大，破乳脱水效果越好；含水率越高，微波加热越快；随着无机盐浓度的增加，微波破乳效率升高。Binner et al［13］进行了盐的含量对W／O型乳状液破乳效率分析，实验表明，随着含盐量的增加，分离所需的时间减少，其原因为无机盐越多，介质损耗因子越大、微波加热效率越高。

此外，鉴于离子液体是一种液态盐，其具有性质温和、无污染、易回收、可循环多次使用的特点，因此，少数学者对离子液体促进微波破乳效应展开研究。Silva et al［14］研究了5种离子液体对W／O型乳状液微波破乳效果的影响规律，结果显示，离子液体对油水界面具有很好的亲和力，胶质、沥青质可以与离子液体在界面上进行反应，促进这些活性成分的解吸附，离子液体的对含油污水的吸附能力与烷基链的长度有关；Lemos et al［15］研究了omimBF4和omimPF6两种离子液体对W／O型乳状液的破乳规律，结果表明，随着离子液体浓度增加，常规破乳和微波破乳脱水效率均增大，但微波破乳更快、更高效。

3 结语

目前原油含聚采出污水的处理方法有很多种，本文通过系统分析物理脱水法、化学脱水法、微生物法、以及微波法等常用处理方法可以得出：

1）物理法对采出水的处理有量大、成本低、管理方便等优点。仅用物理法对含油污水处理很难达到理想的情况，因此很少有油田对物理法进行单独使用。

2）化学法处理含聚污水主要通过添加絮凝剂和对水质进行改性。添加絮凝剂可以通过絮凝作用，较为有效地去除污水中的聚合物，但是也存在絮凝剂用量较大的问题，一般需要添加与聚合物同等量的絮凝剂。

3）综合微生物处理含聚污水的研究可以看出，目前有关微生物分解含聚污水培养、筛选、评价的室内研究阶段，有关现场应用的报道相对较少，。微生物的类型是含聚污水处理的关键，因此如何获得高性能微生物是今后主要研究方向。

4）由于聚合物的存在使得含聚污水的稳定性大大增强，从微波处理含聚污水的研究中可以看出，单独应用微波破乳脱水往往达不到标准，通常还需与化学法联合使用。通过大量对比研究可以看出，微波法与化学剂联合使用可以显著改善破乳效果，常用的化学剂主要为无机盐，但大量使用无机盐会导致管线及设备腐蚀结垢问题更为严重。离子液体作为一种 “清洁”的液态盐，引起了学者的关注，少数学者针对离子液体作为化学剂促进微波破乳展开了研究，目前在现场鲜有应用。因此探究高效、清洁、适应性强的化学剂将成为微波化学法今后的主要研究方向。