污水处理技术与工艺

1、贺建庆贺建庆 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 油田污水来源于在油气生产过程中油田污水来源于在油气生产过程中所产出的地层伴生水。为获得合格的所产出的地层伴生水。为获得合格的油、气产品，需将伴生水与油气进行油、气产品，需将伴生水与油气进行分离，分离后的伴生水中，含有一定分离，分离后的伴生水中，含有一定量的原油及其他杂质，这些分离出来量的原油及其他杂质，这些分离出来的伴生水称之为含油污水。的伴生水称之为含油污水。p5 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 含油污水经过处理后，要作为油田回含油污水经过处理后，要作为油田回注水、人工举升井动力液等。

2、处理含油污注水、人工举升井动力液等。处理含油污水的目的是要求回注水达到相应的回注标水的目的是要求回注水达到相应的回注标准，同时应充分考虑防止系统内腐蚀。准，同时应充分考虑防止系统内腐蚀。含油污水处理的目的及优含油污水处理的目的及优点点 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司污水回注的优点：污水回注的优点：污水中含表面活性物质，能提高洗油能力；污水中含表面活性物质，能提高洗油能力；高矿化度污水回注后，不会使粘土颗粒膨胀高矿化度污水回注后，不会使粘土颗粒膨胀而降低渗透率；而降低渗透率；污水回注保护了环境，提高了水的利用率。污水回注保护了环境，提高了水的利用率。污水回注应注意的问题：污水回注应注意

3、的问题：水质要达标！水质要达标！ 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 (1) (1) 含油污水的物理性质含油污水的物理性质 含油污水通常带色，浑浊不清，矿化度高，含油污水通常带色，浑浊不清，矿化度高，有硫化氢、汽油等特殊气味，密度多大于有硫化氢、汽油等特殊气味，密度多大于1000Kg/m1000Kg/m3 3 ，粘度大于，粘度大于1 mPa S，导电性强。，导电性强。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 (2) (2) 含油污水的化学成分含油污水的化学成分 含油污水化学成分复杂，所含离子、元素含油污水化学成分复杂，所含离子、元素种类甚多，其中常见的离子为：种类甚多，其中常见的离子为

4、： 阳离子：阳离子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、H+、Fe2+、Fe3+等。等。 阴离子：阴离子：Cl-、SO42-、CO32-、HCO3- 。 其中常以其中常以Na+、（、（K+）、）、Ca2+、Mg2+及及Cl-、SO42-、CO32-、（、（HCO3-）几组离子为主。）几组离子为主。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 (3) (3) 含油污水的类型含油污水的类型 要了解含油污水的性质，只有对含油污水要了解含油污水的性质，只有对含油污水中离子含量有定量的了解，才能从本质上认中离子含量有定量的了解，才能从本质上认识含油污水的性质。按水中几组离子的当量识含油污水的性质。按水中几组

5、离子的当量比例来划分水质，可分为以下四种类型：比例来划分水质，可分为以下四种类型： 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 (3) (3) 含油污水的类型含油污水的类型 硫酸钠（硫酸钠（ NaSO4）水型：）水型： 当当Na+ / Cl- 1，用（，用（ Na + - Cl- ）/ SO42- 比值来定水型比值来定水型 ，当（，当（ Na + - Cl- ）/ SO42- 1时，时， （ Na + - Cl- ） SO42- ， Na+ 和和Cl- 化化合后多余的合后多余的Na+ 将与将与SO42-化合，生成化合，生成NaSO4水型。水型。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 (3)

6、(3) 含油污水的类型含油污水的类型 碳酸氢钠（碳酸氢钠（ NaHCO3 ）水型：）水型： 当当Na+ / Cl- 1，（，（ Na + - Cl- ）/ SO42- 1 ，生成，生成NaHCO3水型。水型。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 (3) (3) 含油污水的类型含油污水的类型 氯化镁（氯化镁（ MgCl2）水型：）水型： 当当Na+ / Cl- 1，（，（ Cl- - Na + ）/Mg 2+ 1 。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 (3) (3) 含油污水的类型含油污水的类型 氯化钙（氯化钙（Ca Cl2）水型：）水型： 当当Na+ / Cl- 1，（，（ Cl

7、- - Na + ）/ Mg 2+ 1 时，则（时，则（ Cl- - Na + ） Mg 2+ ，形成，形成CaCl2水型。水型。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 (4) pH(4) pH值值 含油污水的含油污水的pH值是判断腐蚀与结垢趋势的值是判断腐蚀与结垢趋势的重要因素之一，一般的说，水的重要因素之一，一般的说，水的pH值越高，值越高，结垢的趋势就越大；若水的结垢的趋势就越大；若水的pH值较低，则结值较低，则结垢的趋势减小。垢的趋势减小。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 (5) (5) 悬浮固体含量（悬浮固体含量（TSS)TSS) 在已知体积的油田含油污水中，用薄膜过在

8、已知体积的油田含油污水中，用薄膜过滤仪过滤出来的固体数量是估计水的结垢堵滤仪过滤出来的固体数量是估计水的结垢堵塞趋势的一个重要依据。塞趋势的一个重要依据。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司膜滤系数（膜滤系数（ MF ）是在一定的滤膜直径、平均孔径、）是在一定的滤膜直径、平均孔径、过滤压力和过滤水体积的条件下，水通过滤膜所需时过滤压力和过滤水体积的条件下，水通过滤膜所需时间的函数。间的函数。 在在SY/T5329-94标准规定的条件下，使标准规定的条件下，使1000 ml水水通过滤膜所需的时间为通过滤膜所需的时间为MF值，用下式计算值，用下式计算:MF=1000/20t;式中式中 t过滤

9、过滤1000 ml 水样所需时间，水样所需时间，min; MF膜滤系数，无量纲。膜滤系数，无量纲。相同条件下测定水的值，若相同条件下测定水的值，若MF值降低说明水质变差值降低说明水质变差了。了。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 含油污水中的杂质含油污水中的杂质 悬浮固体：粒径为悬浮固体：粒径为110m。 胶体：粒径为胶体：粒径为1.0*10-31 m。 溶解物质：粒径小于溶解物质：粒径小于1.0*10-3 m。 油：粒径小于油：粒径小于1.0*10-3 m大于大于100 m。 按污水处理的观点，细小杂质分为四类：按污水处理的观点，细小杂质分为四类： 中中 原原 油油 田田 分分 公公

10、 司司 含油污水中的杂质含油污水中的杂质 阳离子组分：钙、镁、铁、钡、锶等阳离子组分：钙、镁、铁、钡、锶等。 阴阴离子组分：氯离子、碳酸根和碳酸氢离子组分：氯离子、碳酸根和碳酸氢根、硫酸根。根、硫酸根。 从腐蚀与堵塞的观点，杂质分为两类：从腐蚀与堵塞的观点，杂质分为两类： 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 (6) (6) 浊度浊度 浊度是水的浊度是水的“浑浊浑浊”的一个量度，浊度高的一个量度，浊度高意味着水是不意味着水是不“清洁清洁”的，含有较多的悬浮的，含有较多的悬浮固体。固体。 (7) (7) 温度温度 温度将影响水的结垢趋势，水的温度将影响水的结垢趋势，水的pH值以及值以及各有关

11、气体在水中的溶解度。各有关气体在水中的溶解度。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 (8) (8) 相对密度相对密度 由于水中含有溶解的杂质，一般含油污水由于水中含有溶解的杂质，一般含油污水的相对密度均大于的相对密度均大于1.0。 (9) (9) 溶解氧溶解氧 溶解氧对含油污水的腐蚀性和堵塞都有溶解氧对含油污水的腐蚀性和堵塞都有明显的影响。它是很强的氧化剂，它易使二明显的影响。它是很强的氧化剂，它易使二价铁离子氧化成三价铁离子，从而形成沉淀。价铁离子氧化成三价铁离子，从而形成沉淀。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 (10) (10) 硫化物硫化物 油田含油污水中的硫化物（主要是

12、油田含油污水中的硫化物（主要是H2S）可能是自然存在水中的，也有可能是由于水可能是自然存在水中的，也有可能是由于水中存在硫酸盐还原菌中存在硫酸盐还原菌(SRB)产生的。产生的。H2S与铁与铁反应则生成腐蚀产物反应则生成腐蚀产物黑色的硫化亚铁。黑色的硫化亚铁。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司硫酸盐还原菌（硫酸盐还原菌（SRBSRB） j189j189 (11) (11) 细菌总数细菌总数 由于细菌的存在，即可能引起腐蚀，又由于细菌的存在，即可能引起腐蚀，又可能引起堵塞。可能引起堵塞。铁细菌铁细菌 腐生菌（腐生菌（TGB)TGB) 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 (12) (1

13、2) 含油量含油量 水中含油将会降低注水效率，它能在油层水中含油将会降低注水效率，它能在油层中产生中产生“乳化块乳化块”，它可以作为一些固体的，它可以作为一些固体的极好粘合剂，从而增加了它们的堵塞效果。极好粘合剂，从而增加了它们的堵塞效果。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 含油污水中油的存在方式和性质含油污水中油的存在方式和性质 从含油污水处理角度出发，按污水中的油从含油污水处理角度出发，按污水中的油珠颗粒直径划分为四种。珠颗粒直径划分为四种。浮油：浮油：分散油：分散油：乳化油：乳化油：溶解油：溶解油： 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 (13) (13) 生化需氧量（生化需

14、氧量（BOD)BOD) (14) (14) 化学需氧量（化学需氧量（COD)COD) 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原

15、 油油 田田 分分 公公 司司 一、物理法一、物理法 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 二、化学法二、化学法 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 三、物理化学法三、物理化学法 三、物理化学法三、物理化学法 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 四、生物法四、生物法 四、生物法四、生物法 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 五、电磁法五、电磁法 五、电磁法五、电磁法

16、 五、其他方法五、其他方法 方法名称方法名称适用范围适用范围去除粒径去除粒径/ /m m主要优缺点主要优缺点重力分离法重力分离法浮油及分散油浮油及分散油6060效果稳定，运行费用低，处理量大；占地面积大效果稳定，运行费用低，处理量大；占地面积大粗粒化法粗粒化法分散油及乳化油分散油及乳化油1010设备小，操作简便；易堵，有表面活性剂时效果差设备小，操作简便；易堵，有表面活性剂时效果差过滤法过滤法分散油及乳化油分散油及乳化油1010水质好，设备投资少，无浮渣；滤床要反复冲洗水质好，设备投资少，无浮渣；滤床要反复冲洗吸附法吸附法溶解油溶解油1010水质好，设备占地少；投资高，吸附剂再生困难水质好，设

17、备占地少；投资高，吸附剂再生困难浮选法浮选法乳化油、分散油乳化油、分散油1010效果好，工艺成熟；占地大，药剂用量大，有浮渣效果好，工艺成熟；占地大，药剂用量大，有浮渣膜分离法膜分离法乳化油及溶解油乳化油及溶解油601010效果好；占地大，药剂用量大，污泥难处理效果好；占地大，药剂用量大，污泥难处理电解法电解法乳化油乳化油1010效率高；耗电量大，装置复杂，有氢气产生，易爆效率高；耗电量大，装置复杂，有氢气产生，易爆超声波法超声波法分散油及乳化油分散油及乳化油1010分离效果好；装置价格高，难于大规模处理分离效果好；装置价格高，难于大规模处理生物法生物法溶解油溶解油1010处理效果好，无二次污

18、染，费用低；占地大处理效果好，无二次污染，费用低；占地大 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 油田污水成分比较复杂，油分含量及油油田污水成分比较复杂，油分含量及油在水中存在形式也不相同，且多数情况下常在水中存在形式也不相同，且多数情况下常与其他废水相混合，因此单一方法处理往往与其他废水相混合，因此单一方法处理往往效果不佳。同时，因各种力法都有其局限性效果不佳。同时，因各种力法都有其局限性，在实际应用中通常是两三种方法联合使用，在实际应用中通常是两三种方法联合使用，使出水水质达到排放或回注标准。另外，各，使出水水质达到排放或回注标准。另外，各油田的

19、生产方式、环境要求以及处理水的用油田的生产方式、环境要求以及处理水的用途的不同，使油田污水处理工艺差别较大。途的不同，使油田污水处理工艺差别较大。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 S51S51 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 S51S51 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 S51S51 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 S51S51 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 S219S219

20、中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司天然气密闭工艺流程图天然气密闭工艺流程图收油罐沉降罐缓冲罐加压泵滤罐净化罐外输泵分离器调压阀过滤器水封罐余气放空来水天然气气源外输 10108 8 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司水质要求：水质要求： 1. 粘土膨胀 2. 机械杂质 3. 微粒运移 4. 细菌堵塞 5. 反应沉淀物 6. 原油1. 溶解氧2. CO23. H2S4. 细菌1. 无机垢2. 有机垢注水引起的油层注水引起的油层损害主要类型：损害主要类型：堵塞、腐蚀、结垢。堵塞、腐蚀、结垢。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司水质要求主要

21、根据油藏孔隙结构和渗透性分级、流体物理化学性质以及水源水型有关。SY/T 5329-94 碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法起草单位：胜利石油管理局地质科学研究院起草单位：胜利石油管理局地质科学研究院被代替标准：被代替标准：SY 5329-88发布日期：发布日期：1995-1-18实施日期：实施日期：1995-7-1 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司水质稳定，与油层水相混不产生沉淀；水质稳定，与油层水相混不产生沉淀；水注入油层后不使粘土矿物产生水化膨胀或悬浊；水注入油层后不使粘土矿物产生水化膨胀或悬浊；水中不得携带大量悬浮物，以防堵塞注水井渗滤端面

22、及水中不得携带大量悬浮物，以防堵塞注水井渗滤端面及渗流孔道；渗流孔道；对注水设备腐蚀性小；对注水设备腐蚀性小；当一种水源不足，需要第二种水源进行混合注水时，应当一种水源不足，需要第二种水源进行混合注水时，应首先进行室内实验，证实两种水的配伍性好，对油层无伤首先进行室内实验，证实两种水的配伍性好，对油层无伤害才可注入。害才可注入。(1) 水质基本要求水质基本要求 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 推荐水质主要控制指标注入层平均空气渗透率，注入层平均空气渗透率，mm20.10.10.10.60.10.60.60.6标准分级标准分级A AB BC CA1A1A2A2A3A3B1B1B2B2B

23、3B3C1C1C2C2C3C3控控制制指指标标悬浮固体浓度悬浮固体浓度(mg/l)(mg/l)1 12 23 33 34 45 55 57 71010悬浮颗粒直径中值悬浮颗粒直径中值(um)(um)1 11.51.52 22 22 23 33 33.53.54 4含油量含油量(mg/L)(mg/L)5 56 68 88 810101515151520203030平均腐蚀速率平均腐蚀速率(mm/a)(mm/a)0.0760.076点腐蚀点腐蚀A1A1、B1B1、C1C1级：试片各部均无点蚀。级：试片各部均无点蚀。 A2A2、B2B2、C2C2级：试片有轻微点蚀。级：试片有轻微点蚀。 A3A3、B

24、3B3、C3C3级：试片有明显点蚀。级：试片有明显点蚀。SRBSRB菌含量菌含量( (个个/ml)/ml)0 0101025250 0101025250 010102525铁细菌含量铁细菌含量( (个个/ml)/ml)n n10102 2n n10103 3n n10104 4腐生菌含量腐生菌含量( (个个/ml)/ml)n n10102 2n n10103 3n n10104 4 注：注： 1 1n n10 10 碎屑岩油藏注水水质推荐标准碎屑岩油藏注水水质推荐标准SY/T-5329-94SY/T-5329-94 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司(2) 辅助水质指标辅助水质指标溶解氧

25、含量；溶解氧含量；硫化氢、侵蚀性二氧化碳含量；硫化氢、侵蚀性二氧化碳含量；铁离子含量；铁离子含量；pHpH值。值。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 随着全球范围水资源短缺的加剧，随着全球范围水资源短缺的加剧，以及人们对环境污染认识的加深，以及人们对环境污染认识的加深， 油田油田污水处理后回用已经越来越受到重视。污水处理后回用已经越来越受到重视。近期的研究有如下趋势：近期的研究有如下趋势： 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司1.1.新型水处理药剂的研制和开发新型水处理药剂的研制和开发 混凝剂是油田采出水、钻井污水等处理混凝剂是油田采出水、

26、钻井污水等处理中重要的药剂，研制混凝能力强、能够快速中重要的药剂，研制混凝能力强、能够快速破乳、沉降速度快、絮凝体体积小、在碱性破乳、沉降速度快、絮凝体体积小、在碱性和中性条件下同样有效的新型混凝剂，是水和中性条件下同样有效的新型混凝剂，是水处理药剂开发者致力的方向。处理药剂开发者致力的方向。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 近年来，研制和应用原料来源广的聚合近年来，研制和应用原料来源广的聚合铝、铁、硅等混凝剂成为热点，无机高分子铝、铁、硅等混凝剂成为热点，无机高分子混凝剂的品种已经逐步形成系列；而在有机混凝剂的品种已经逐步形成系列；而在有机方面，有机混凝剂复合配方的筛选和高聚物方面

27、，有机混凝剂复合配方的筛选和高聚物枝接是研究的重点。枝接是研究的重点。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司2.2.先进设备的研制和新技术的应用先进设备的研制和新技术的应用 横向流含油污水除油器，光催化氧化技横向流含油污水除油器，光催化氧化技术，电絮凝技术等都取得了较好的效果。另术，电絮凝技术等都取得了较好的效果。另外，微波能技术和超声波技术也都是今后研外，微波能技术和超声波技术也都是今后研究的重点。究的重点。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司3.3.生物处理技术生物处理技术 生物处理技术被认为是未来最有前景的生物处理技术被认为是未来最有前景的污水处理技术，一直是水处理工作者研究的

28、污水处理技术，一直是水处理工作者研究的重点和难点。特别是近年来，基因工程技术重点和难点。特别是近年来，基因工程技术的长足发展，以质粒育种菌和基因工程菌为的长足发展，以质粒育种菌和基因工程菌为代表的高效降解菌种的特性研究和工程应用代表的高效降解菌种的特性研究和工程应用是今后污水生物处理技术的发展方向。是今后污水生物处理技术的发展方向。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司4.4.膜分离技术的研究及推广膜分离技术的研究及推广 膜分离技术用于油田污水处理，目前尚膜分离技术用于油田污水处理，目前尚处于工业性试验阶段，难以大规模工业应用处于工业性试验阶段，难以大规模工业应用的原因主要是膜的成本和膜污

29、染问题。因此，的原因主要是膜的成本和膜污染问题。因此，今后的研究重点是：开发质优价廉的新材料今后的研究重点是：开发质优价廉的新材料膜；减少膜污染的方法；清洗方法的优化以膜；减少膜污染的方法；清洗方法的优化以及清洗剂的开发。及清洗剂的开发。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司5.5.开发工艺更为先进的复合反应器，提高处开发工艺更为先进的复合反应器，提高处理效率，减少占地面积。理效率，减少占地面积。 膜生物反应器工艺，作为膜分离技术和膜生物反应器工艺，作为膜分离技术和生物处理技术的结合体，集中了两种技术的生物处理技术的结合体，集中了两种技术的优点，已经在一些工业废水处理中应用，但优点，已经在一些工业废水处理中应用，但目前未见其应用于油田污水处理的报道。但目前未见其应用于油田污水处理的报道。但就其自身特点而言，膜生物反应器应用于油就其自身特点而言，膜生物反应器应用于油田污水处理的趋势已经不可逆转。田污水处理的趋势已经不可逆转。 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司 中中 原原 油油 田田 分分 公公 司司一、基本概念一、基本概念水处理