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油田废水处理技术一览

  油田开采过程中会产生大量废水,尤其是大规模油田开采,采出液中含水量相对更高。油田废水是组成复杂的液态混合物,其主要成分有水、原油、可溶性气体、固态悬浮物、电解质、细菌和各种油田化学添加剂等物质,直接排放,不仅会对环境造成严重危害,污染地表水和农田,导致动植物的死亡和人类潜在疾病,给当地人民的生活造成严重危害。而且,油田废水中酸性气体或盐类会加速管线设备腐蚀;油田废水中固体悬浮物会堵塞地层;油田废水中工业细菌会腐蚀管线、堵塞管线,并使水质恶化。油田废水处理,主要是指将原油开采过程中产生的废水回注地层前,将水中的原油、悬浮杂质、有害的化学离子分离开来,以免对地质结构和地表环境造成污染和破坏。油田废水处理技术有物理法、化学法、生物法以及综合性的物理化学方法。

  (1)物理法

  物理法是通过物理作用分离和去除油田废水中不溶于水的悬浮物的方法。物理处理法所用的设备大都比较简单、操作方便,分离效果良好,使用极为广泛,根据物理作用的不同废水处理主要有重力分离法、离心分离、压力沉降、粗粒化法以及过滤法等,都是利用不同的水处理设备将油田废水中有害物质除去或降低其含量。

  重力分离也叫重力沉降、自然除油,基本原理是利用油田废水中油、水两相的密度不同,使油水混合物在重力场中发生相对运动,最终实现油、水分离。重力分离的设备为重力隔油罐,适用于油田废水的前期处理。

  离心分离也是利用油水密度差,在液流高速旋转时,受到不等离心力的作用而实现油水分离。其特点是设备体积小、分离效率高。但其对原油相对密度大于0.9的含油废水适应能力差。

  压力沉降除油技术是在除油设备中装填有使油珠聚结的材料,当含油废水经过聚结材料层后,细小油珠变成较大油滴,加快了油的上升速度,从而缩短了废水停留时间,减小了设备体积。其特点是设备综合采用了聚结斜板技术,大大提高了除油效率,但其适用于来水水量变化、水质变化的能力要比隔油罐差。

  粗粒化是指油田废水通过粗粒化除油罐时,粗粒化材料使油田废水中的油珠粒径由小变大的过程。粗粒化法主要在重力沉降除油工艺前使用。

  过滤技术利用多孔介质从水中分离不溶解固体的技术,常用于废水的末段处理,所用的过滤器有重力过滤器和加压过滤器。水质推荐标准,悬浮物固体含量为1.0~5.0 mg/L,颗粒直径为2.0~5.0μm。

  (2)化学法

  化学处理法是指利用化学反应,通过向废水中加入化学药剂或采用电化学等方式除去有害物质的方法。主要有絮凝法、电化学法、化学氧化法、臭氧-生物碳法、光化学催化氧化法、Fenton试剂催化氧化法等。

  絮凝法主要是通过向废水中加入絮凝药剂,使废水中的悬浮物形成絮凝物聚结下沉,该过程不仅可以除去废水中的悬浮物和胶体粒子,降低COD值,而且,还可以除去细菌等。在絮凝剂的作用下,油田废水中的胶体和细微悬浮物发生静电中和、吸附或桥接,最终生成絮凝体被除去。絮凝法作为预处理技术在各大油田中被广泛应用,常与气浮法联合使用。

  电化学法分为内电解法和电化学氧化还原法,电化学法处理废水,不仅能降低成本,且不会造成污染。内电解法(又称为“铁-碳法”),一般以 Fe 作为原电池的阳极,以油污中的惰性导电物质作为阴极。通电后,阴极和阳极会发生一系列的化学反应,最后生成具有絮状结构、吸附力极强的Fe(OH)2、Fe(OH)3。电化学的氧化处理主要有直接氧化处理和间接氧化处理两种。电化学的直接氧化法是通过电解作用产生的强氧化物质直接与被氧化物发生反应,从而分解油污中的酸性硫化物等无机物质。而间接氧化法则是不需要通过电解作用产生具有强氧化性的物质,只是把氯气作为氧化物质注入油污中,间接氧化有助于去除油污中的苯、苯酚类物质。电化学法以其低成本、污染少等优点得到油污处理企业的广泛应用。

  化学氧化法是转化废水中污染物的有效方法,能将废水中呈溶解状态的无机物和有机物转化为微毒、无毒物质或转化成容易与水分离的形态。化学氧化是利用氧化剂(如O2、O3、Cl2、ClO2、NaClO、H2O2、KMnO4、K2FeO4 、漂白粉等)氧化分解废水中油和COD等污染物质以达到净化废水。

  臭氧用作除水中色臭味以及生物吸附之前的预处理。它利用氧化性去除水中的溶解性有机物及产生异味物质,不产生二次污染,还可用对微生物消毒与杀菌的深度处理。它对油田污水中 COD 的去除为后续的生物处理改善生物降解能力,大大提高了生物的可生化性。生物碳是使吸附在活性炭上的污染物在有氧条件下利用微生物对有机物的降解作用使活性炭再生的工艺。

  光化学催化氧化法是近20多年来发展迅速的一种高级氧化技术,以半导体材料(如TiO2、Fe2O3、WO3等)利用太阳光能或人造光能(如紫外灯、日光灯等)使废水中的油和 COD 等污染物质降解以达到净化废水的目的。

  Fenton试剂催化氧化法的应用最为广泛,一般的生化和物化法难以处理的有机污染物,可以用此方法处理。Fenton 试剂的活性成分为氧化剂 H2O2和催化剂Fe2+。在酸性环境下,通过 Fe2+来激活、使 H2O2发生Fenton反应分解出水、氧气和羟基自由基。通过产生活性极强的羟基自由基(・OH),・OH几乎能将废水中的有机污染物氧化降解成无毒或低毒的小分子物质,从而降低COD。

  (3)生物法

  生物法是利用微生物的生化作用,将复杂的有机物分解为简单的物质,将有毒的物质转化为无毒物质,从而使废水得以净化。生物处理技术是目前世界上应用最广泛的废水处理技术,该技术较物理或化学方法成本低,投资少,效率高,无二次污染,广泛为各国化工行业采用。我国城市废水采用生物处理法的占85%以上,油田采用生物处理法的相对较少,生物膜法、活性污泥法和氧化塘是运用的比较多的油田废水处理的方法。

  生物膜法可以去除油田废水中的溶解性有机物质,通过油田废水与生物膜的直接接触,生物膜中的固体物质与油田废水中的液体物质相互进行交换,进入生物膜内的有机物被微生物氧化,同时膜内的微生物数量不断增加,这样就促进吸收油污的良性循环,最终净化了油田废水。

  活性污泥法主要通过微生物来吸收油田废水中的溶解性有机物。油田废水一旦进入生物絮凝体中,其中的微生物就开始分解油污中的溶解性有机物质,不仅净化水质,也为自己的生长、繁殖提供能量。同时,油田废水中的胶体或不溶性物质虽不能被微生物分解,却会被生物絮凝体吸附,并与胞外酶起水解反应,最后成为微生物能够吸收的物质。

  氧化塘法是能够提供有机物分解的大型浅池,塘内有大量好氧微生物和藻类。氧化塘的特点是投资少,管理简单,但占地面积较大。氧化塘除暴气塘需要机械薄气外,其他各种氧化塘皆不依赖动力来充氧,而是充分发挥天然生物净化功能。氧化塘一般采用水面自然复氧和藻类光合作用复氧,其运行情况随温度和季节的变化而变化。该技术要求废水停留几天或几个月,因此,处理措施的耗时较长。

  (4)综合性的物理化学方法

  综合性的物理化学方法是运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法。物理化学法在油田废水处理中主要有气浮法、吸附法、膜分离法和电渗析法。

  气浮法(又称浮选法)是较常用的物化法除去油污的方法之一,借助于浮力,通过很多微气泡包裹在油污的周围,把油污带出水面,最终使油污与水达到分离的目的。

  吸附法是利用多孔吸附剂对废水中的溶解油进行或是物理吸附(范德华力)或是化学吸附(化学键力)或是交换吸附(静电力)来实现油水分离。

  膜分离技术被认为是“21世纪的水处理技术”,是一大类技术的总称。主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等几类。这些膜分离产品均是利用特殊制造的多孔材料的拦截能力,以物理截留的方式去除水中一定颗粒大小的杂质。特别是超滤,己经在除油的相关研究中取得了—定的进展,逐渐从实验室走向实际应用阶段。

  电渗析是利用电场驱动使阴阳离子定向移动,且阴离子只能通过阴离子交换膜,阳离子只能通过阳离子交换膜,从而使中间部位离子浓度降低,达到离子分离的目的的工艺。

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