油田采油废水处理技术应用及研究进展

宗 悦

(沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168)

随着石油相关产业的发展日渐成熟，我国大多数油田已经处于开采中后期。原油中的含水量不断增加，甚至可达到90%[1,2]。虽然部分污水可通过处理作为回注水使用，但是实际处理后的污水很难达到回注水质量指标，另外部分油田不存在回注条件，仍会产生大量含油污水[3]。如果未经处理达标直接排放，大量无机和有机污染物可以释放到大气、水体以及土壤中，危害生态环境和人类健康。采油废水中污染物的种类和性质相对复杂，属于难降解工业废水。因此，针对废水的污染物特性，通常采用多种处理技术组合使用，合理高效地降低污染物的含量，从而实现采油废水的达标排放。但是目前处理工艺在实际应用中仍存在许多问题，需要进一步优化改善，以取得更好的处理效果。

1 采油废水的组成及其危害

油田采油废水中含有油类物质、悬浮固体、无机盐类、酚类、烃类、醇类、酯类等多种成分[4]。

采油废水如若未经处理直接排放，会对生态环境产生多种危害[5]。

1.1 水资源污染

废水中的浮油以连续相漂于水面，影响气水之间的物质互动及水生植物的光合作用，溶解氧含量下降，水质不断恶化。

1.2 土壤污染

采油废水不仅会降低土壤的透水性和透气性，石油中的污染物质还会与磷和氮等元素结合，降低土壤的肥力，影响各种植物的生长。油类物质会损坏植物根部甚至造成植物死亡，造成农业生态经济的严重亏损。

1.3 大气污染

采油废水中部分污染物质通过挥发进入大气，随着污染物浓度的不断升高，造成严重的大气污染。

1.4 危害人类身体健康

石油污染物质通过呼吸、皮肤接触和食物链进入人体后，对人体健康造成极大损害，引发贫血、恶性肿瘤等各种疾病。

2 采油废水处理工艺研究现状

2.1 物理法处理工艺

2.1.1 气浮法

气浮法的主要处理对象是密度接近于1的细微悬浮颗粒和胶体，污染物微粒黏附在大量微气泡表面上浮至液面，形成浮沫被去除。气浮法主要包括电解气浮、加压溶气气浮、化学气浮和曝气气浮，该方法具有处理效率高、占地面积小等优点，被广泛应用于处理含油废水。

张吉库[6]等采用电解气浮/过滤工艺处理沈阳采油厂废水，以含油量和SS为主要水质污染指标，探究电流强度、停留时间、极板间距、温度等因素对气浮处理效果的影响。结果表明，在水温60℃，电流强度为1.2A，极板间距为20mm，停留时间为18min时，SS去除率达到79.19%，除油率达到93.13%。

2.1.2 吸附法

吸附法是利用固体吸附材料比表面积大和表面活性强的特性吸收去除污水中的污染物质的过程。因其去除效果好，避免二次污染，出水水质稳定等优点被广泛应用[7]。近年来，常用的吸附剂有活性炭、树脂吸附剂、聚乙烯、炭石纤维等。

He Lei[8]等通过氨基化氧化石墨烯，加入磁性Fe3O4纳米粒子，并涂覆聚乙二醇制备了可重复使用的纳米吸附剂去除油田废水中Mg2+和Ga2+。试验结果表明，在10min时，对Mg2+和Ga2+的去除率分别达到61.1%和69.8%，并且该纳米吸附剂在第5次回收时的重复利用率达到了79.1%。用纳米吸附剂处理过的油田废水用于岩心驱替实验中的采油，采油效率较之前显著提高了11.8%。

2.1.3 膜分离法

膜分离法是利用膜的孔径大小产生的选择透过性将污染物小分子或颗粒分离去除的过程，具有分离效率高、操作简单、出水稳定且水质好等优点，逐渐受到国内外研究者的重视[9]。膜依据其材质大致可以分为纤维膜、聚酯膜、陶瓷膜等。

曹婷婷[10]等采用无机陶瓷膜过滤处理采油废水，结果表明，陶瓷膜过滤对采油废水中Ba2+去除率达到92%，TP去除率达到69%，TS去除率达到59%。但膜组件运行一段时间后膜通量下降，表面附着有机污染物、碳酸钙等导致膜堵塞，建议与其它工艺结合使用处理采油废水。

2.2 化学法处理工艺

2.2.1 化学混凝法

化学混凝法主要是处理废水中的不溶污染物，投加化学药剂可以降低油的乳化性，使水中胶体粒子和微小悬浮物聚集沉淀，净化污水的过程。常用的絮凝剂有PFS、PAM、PAC等。混凝法操作简单，但由于COD去除效果差，存在二次污染等问题，一般作为采油废水的预处理阶段。

王孝[11]等采用混凝-气浮组合工艺处理三元驱和聚合驱采油废水，确定除油效果较好的药剂组合。结果表明，投加一定量硫酸铝作为絮凝剂及少量PAM和破乳剂，在pH为8时，含油量从300mg·L-1降至5.2mg·L-1。结合气浮工艺，提升了整体的除油效率。

2.2.2 高级氧化法

高级氧化技术主要针对处理高浓度含油废水，利用羟基自由基(·OH)促进氧化分解难降解的大分子有机物，达到污染物无毒无害化的过程。常用的技术有电化学氧化法、Fenton氧化法、臭氧氧化法等。该技术具有氧化无选择性、反应速度快、效率高等优点，具有良好的应用前景[12]。

孟宁等[13]采用O3/H2O2氧化组合工艺处理某油田外排水，通过探究氧化反应时间、O3质量浓度、H2O2投加量、pH等因素对废水处理效果的影响，确定了O3/H2O2处理工艺的最佳运行条件。结果表明，在O3浓度为30mg·L-1、pH为8.50、H2O2投加量为0.24g·L-1、反应时间为60min的最佳条件下，COD去除率达到55%以上，B/C提升至0.440。相比单独使用O3氧化法，COD去除率提高了26.9%，B/C值增加了0.192。

2.3 生物法处理工艺

2.3.1 好氧生物处理

好氧生物处理法是借助好氧微生物(包括兼性微生物)进行好氧代谢将有机污染物降解为无机物，使其稳定、无害化的处理方法。好氧生物处理主要分为活性污泥法和生物膜法，主要处理中、低浓度的有机废水。常用的处理工艺有SBR、A/A/O、MBR、曝气生物滤池等。

2.3.1.1 SBR处理工艺

该工艺采用间歇式曝气，集均化、生物降解、沉降于一体，具有运行方式灵活、占地少、出水水质好等优点。王玫[14]等采用SBR工艺处理辽河油田高含盐采油废水，利用嗜盐菌减少废水的含盐量，探究工艺的最佳运行参数。结果表明，在pH为5.5、反应时间4～10h的最佳运行条件下，COD的去除率在32.2%～76.2%。

2.3.1.2 曝气生物滤池法

该方法因为处理效率高、运行稳定等优点被广泛应用于实际工程中。张齐[15]等采用三级内循环BAF-超滤联合工艺处理东北某油田采油废水，以气水比为影响因素考察了BAF对各污染物的降解效果。结果表明，三级内循环BAF对COD的去除率达到60%以上，PAM的去除率高于40%，氨氮和SS去除率始终高于95%。经联合工艺处理后，最终出水满足SYT5329—2012渗透层注水水质标准。

2.3.2 厌氧生物处理

厌氧生物处理是在隔绝氧气条件下，厌氧菌和兼性菌通过自身代谢对大分子有机物进行生化降解的过程，可以分为3个阶段，水解阶段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段。厌氧消化具有应用范围广、能耗较低等优点，但出水水质较差，一般需进一步经过好氧处理。

李薇[16]等采用UASB-SMBR组合工艺模拟处理油田废水，以COD、SS、氨氮、石油类、挥发酚为主要水质污染指标，考察该工艺的可行性。结果表明，经过UASB消化作用，含油废水的可生化性B/C从0.14提高到0.35。UASB出水经好氧处理后，废水中各类污染物质的去除率均高于96%，出水满足行业和国家排放标准。

2.4 组合工艺处理采油废水

虽然使用单一工艺可以部分降低采油废水中各污染物质的浓度，但是处理效果并不能达到预期，出水不能达到回用水标准或者国家排放标准。因此，组合工艺的使用就显得尤为重要，进一步优化处理效果，成为科学有效处理油田采油废水的最佳选择。

2.4.1 物化法组合工艺

物理法和化学法一般作为一级处理工艺[17]，物化法组合工艺具有占地小，反应时间快等优点，但由于其处理能力有限且存在二次污染，一般后面结合生物法共同处理采油废水。王维[18]等采用混凝-Fenton氧化技术处理新疆某油田污水，结果表明，混凝阶段，在pH为9，PAC投加量为700mg·L-1，APAM投加量为1.43mg·L-1时，COD降低至300mg·L-1，去除率可以达到62%；经Fenton氧化处理混凝出水，当H2O2投加量为0.55g·L-1，FeSO4投加量为0.65g·L-1时，出水中COD从832mg·L-1降至166mg·L-1，原油类物质基本除尽。

2.4.2 物化加生化法组合工艺

生化法主要作为二级处理工艺[17]，对一级处理的出水进行生物降解处理，具有处理效率高、无二次污染等优点，物化加生物法组合工艺在实际处理采油废水中应用最为普遍。

研究以COD、SS、油类物质、聚丙烯酰胺为主要水质污染指标考察了气浮-酵母生物反应器-上流式厌氧污泥床-曝气生物滤池组合工艺对油田污水的处理效果。结果表明，在优化条件下，COD、SS、油和聚丙烯酰胺的总去除率分别为95.7%、88.8%、99.6%和97.0%，最终出水达到国家一级污水排放标准[19]。

王泽正[20]等采用MBR与陶瓷平板膜过滤技术相结合的工艺处理中海油高盐度采油废水，考察该工艺对COD和氨氮的去除效果。结果表明，在DO的质量浓度在2～3mg·L-1条件下，C-MBR工艺对废水中COD的去除率达到95%以上、NH4+-N的去除率达到98%以上，出水水质较好。

3 结论与展望

通过上述研究与讨论可知，由于油田采油废水产量大、成分复杂，各油田废水成分不尽相同，采油废水的处理工艺也随之相对复杂多变。国内外学者研究发现很多处理采油废水的新技术，也逐渐在实际处理中得到应用。但使用单一的、传统的处理工艺并不能彻底解决采油废水处理达标的问题，因此，在实际处理采油废水过程中，各油田应结合自身情况，同时考虑运行成本、工艺可行性、出水水质等因素，选择最佳的组合工艺。并且不断地发展新的处理技术以优化组合工艺，保证更加科学高效地提升油田采油废水的处理效率，最大程度地减少对生态环境的污染，实现我国在石油开采与污水处理2方面均可持续发展的可能。