油田污水处理方法的研究现状及新进展
摘要:随着石油开采中污水量的不断增加和国内外对环保的严格要求，油田污水处理引起了国内外研究机构和学者地研究与探讨。本文在大量调研国内外相关文献的基础上概括了油田污水处理的方法和种类，同时提出了污水处理方法的新进展集中在电磁方法和生物处理技术方面。最后，认为优化组合多种处理方法，特别是与新兴起的生物技术方法进行组合必将成为以后的主流。
关键词:油田污水，纯化，新进展
石油的开采量不断增加，在这一过程中，各大油田产生的污水也与日俱增。采油污水具有水温较高，矿化度高，含有大量细菌，表面张力大等特点，特别是三次采油技术在我国大部分油田已进入工业应用阶段后，由于聚合物等化学药剂的存在使得聚驱采出水具有黏度较大、油滴粒径小、乳化程度较高、难生物降解等特点，增加了采出水的处理难度[1-3]。同时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。对采油污水的处理方法和技术，国内外研究机构一直在不懈地进行深入研究与探讨。
1油田污水处理的方法
油田污水处理的目的是去除水中的油、悬浮物以及其它有碍注水、易造成注水系统腐蚀、结构的不利成分。由于各油田采油污水的物理化学性质差异较大，要求的注水水质标准也不一样，因此各种油田采油污水处理工艺流程和方法也不尽相同。目前被广泛应用于采油污水处理的有效方法概括起来主要有：化学法，物理法，物理化学法等[4]。本文将三类方法分类进行了讨论。
1.1化学处理法
在油田污水处理中主要用于含油污水的深度处理，包括化学破乳法，化学氧化法(空气氧化法、臭氧氧化法、氯氧化法、双氧水氧化法、Fenton试剂氧化法、KMnO4氧化法、K2FeO4氧化法)，光化学氧化法等。
化学破乳法主要是新型破乳剂的研发，沈明欢等采用室内模拟的聚合物驱采出水，考察了聚合物对其稳定性的影响，以该采出水为介质，研制出一种阳离子型反相破乳剂HEU-7，对模拟污水及渤海油田现场聚驱采出水均有较好的除油效果，当其用量为60mg/L时，30min后除油率达到90%以上，同时对于悬浮颗粒也具有较强的絮凝作用[4]。化学氧化方目前研究与应用较多的主要有Fenton试剂氧化法和K2FeO4氧化法。Fenton试剂氧化法是利用H2O2和FeSO4按一定的比例混合得到氧化性极强的药剂来处理含油污水，具有氧化和混凝的双重效果。如张铁锴等应用Fenton法处理含聚合物油田污水，同时观察了初始pH值对聚丙烯酰胺去除率的影响，得出pH=3.0时去除率最高，pH值过高或过低都达不到理想的处理效果[5]。K2FeO4氧化法是最近几年发展起来的高效水处理方法，K2FeO4的标准电极电位为1.90V，比高锰酸钾等具有更强的氧化性，可去除水体中的有机污染物和重金属并能脱色、脱臭等。魏宏晓等在中原油田水质改性技术的基础上，应用二氧化氯配套技术对油田污水进行预处理，在较低pH条件下即能有效去除污水中的Fe2+，杀灭和控制细菌，实现了减少污泥、水质长期稳定达标的目标[6]。陈平等分析了pH值对化学法处理油田采出水的效果的影响。对油田采出水的处理必须具体问题具体分析，选择合适的PH值，力求最佳处理效果[7]。
1.2物理处理法
物理法是根据在重力场和离心力场中油水间有不同的重力和离心力达到分离的目的，包括重力沉降法、过滤法、粗粒化法、水力旋流法以及膜分离法等。
重力沉降法和过滤法也存在一定的问题。如田晓川等对大庆油田采出水处理工艺的存在问题进行分析，发现沉降罐效率不高，有时出水出现反值；核桃壳滤罐的结构及反冲洗方式，严重影响了过滤效果；沉降罐及过滤罐产生的污泥不能得到有效处理，使水质不断恶化。建议通过对沉降罐采取可行的技术措施，提高沉降罐的分离效果；通过优化过滤器结构及运行参数，使过滤效果达到最佳状态；通过对沉降罐中形成的污泥以及过滤罐截留的悬浮固体进行单独处理，防止水质恶化[8]。膜分离法目前也是一种主要的方法，在一些油田要使污水处理后的水质达到特低渗透注水水质指标，必须采用膜处理技术。目前处理含油污水的膜包括有机膜和无机膜，其中有机膜不耐高温，应用的pH值范围窄，在pH值超过11的情况下很容易老化，影响截流能力。无机膜耐高温，耐强酸，耐强碱和有机溶剂，耐微生物侵蚀，应用的pH值范围宽，应用也较有机膜广泛[9]
1.3物理化学处理法
物理化学法包括混凝、气浮、吸附、磁吸附以及电化学法等，其中气浮法和混凝法较为常用。
气浮法是依靠空气泡的表面吸附油粒或悬浮物达到分离目的的。混凝法是向含油水中投加絮凝剂，水解后生成胶体，吸附油珠，并通过絮凝产生矾花等物理化学作用或通过药剂中和表面电荷使其凝聚并通过后续工艺去除的方法。随着采油工艺的发展，油田采出废水的处理难度也在增加，这就要求不断研发新型的、有效的絮凝剂。如李玉江等研究了使用活性硅酸混凝剂SPAS处理含油污水，该絮凝剂对废水的pH适应能力较强，pH在7.2~10.6范围内，其对废水中污染物的混凝去除能力基本相同，但pH太高处理效果会降低[10]。
此外，现在物理化学方法也可以与物理法进行组合，可以起到更好的效果。如许浩伟等根据孤岛油田污水的现状及污水处理面临的主要问题，利用气浮和“双膜”法处理油田污水进行配聚再利用的工艺，通过现场试验分析研究了处理前后3种水的水质指标，对比了配制的聚合物溶液的初始黏度和稳定性，结果表明，采油污水经该工艺处理后完全可以替代清水配制聚合物母液，具有较好的经济及社会效益[11]。
电化学法的应用也较多，特别是可以降低油田污水矿化度。荆国林阐述了利用电渗析装置降低油田污水矿化度的技术，通过实验得出最佳操作条件，并进行了相应的经济评价[12]。 尽管以上3类方法已经在很多油田进行了应用，也取得了一定的效果。随着环保要求的提高和油田注水水质的严格化，以上方法已经明显不能取得满意的处理结果。因为化学法、生物降解法、膜分离法一次投资性大，操作复杂，又有化学物质参与，给本来复杂的油田污水又不可避免的带来了新的杂质等等的实际缺点。
2油田污水处理方法新进展
油田采油污水处理将朝着低污染、低成本、易操作、高效处理方向发展。对于油田污水来说，用物理方法可以解决含油污水中的除油问题，但处理不掉诸如COD问题，不能做到达标排放。用化学的方法尽管处理速度较快，但往往成本太高，或处理不彻底，同时易造成化学药剂的二次污染[13]。因此，需要提出和发展新的油田采油污水处理方法。近些年来，在油田采油污水处理方法取得进展主要集中在以下两个领域。
2.1电磁处理方法
由于化学方法具有的缺陷迟迟使得油田污水得不到合理的解决。物理方法中以电磁场作用为基础的水处理方法是近几年才发展起来的一项新型水处理技术，由于其具有一般污水处理方法所不可比拟的优点，所以它是一项极具发展前景的技术。近年来电磁处理主要包括：磁处理法、电子处理法、高频电磁场法、高压静电处理法。而电磁场水处理的方法具有以下两个突出的优点：一是在整个水处理过程中不投加任何药剂(如混凝剂聚合氯化铝、消毒剂液氯等)。因此不会人为地引入新的杂质及某些有害物质；二是消毒效果好且不产生具有“三致”作用的氯化副产物。
应用电磁场处理污水可以节省水处理药剂费、人工清洗费、水质分析费用等。因此，此项技术的进一步完善具有其它一些水处理方法不可比拟的优点。其在油田污水处理中的大规模应用终将产生良好的社会效益及经济效益。如王东莉等针对油田高含离子污水排放严重污染环境并对油田生产安全造成一些严重后果的问题，结合实际情况提出了电磁油田污水处理的方法[14]。
2.2先进生化技术处理方法
生化处理在环保方面的应用越来越广泛，目前已在化工、医药、造纸、印染等废弃污染物、污水处理方面都有成功运用。特别是近来运用微生物技术在核废料进行无害化处理方面的发现，引起关注。随着环保要求的提高和油田注水水质的严格化，近年来国外油田采油污水的治理技术已经得到改善和提高。已由原来的隔油-混凝-过滤技术改变为隔油-混凝气浮-生化-过滤技术。生化技术的采用已成为近年来先进的采油污水处理工艺的一种标志。
如中国石油在苏丹的海外项目充分利用先进生化技术处理采油废水，日处理量4万吨，处理后的废水在旱季还可作为当地绿化用水[15]。再如，冀东油田于2002年相继完成了两座联合站污水处理系统的改造扩建工程后，2个污水处理系统的工艺基本相同，主要采用沉降隔油、过滤和生化处理等方法。处理后外排水水质指标全部达到国家GB8978-1996一级排放标准。经济效益显著，大幅降低了运行成本，一年即可为油田节约成本1670万元[16]。
3总结及展望
尽管目前污水处理的技术较多，但对于复杂的油田污水任何单项技术都难以处理达标，这需要进行多项技术综合处理。油田采油污水的处理方法还需要进一步的创新、完善和组合。同时应该考虑油田自身的特点，对污水处理方法进行优化筛选和组合。无论是化学法、物理法、物理化学法还是新新兴起的地磁方法和生物处理方法，在应用的过程中必须针对水质和排放及回注的要求，具体问题具体分析，以求达到最佳的处理效果。
油田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：(1)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的原因主要是膜的成本和膜污染问题，应该注重膜分离技术的研究及推广。今后的研究重点是开发质优价廉的新材料膜和减少膜污染的方法；(2)混凝剂是油田采出水、钻井污水等处理中重要的药剂，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。近年来，新型水处理药剂的研制和开发，如研制和应用原料来源广的聚合铝、铁、硅等混凝剂等成为热点，有机混凝剂复合配方的筛选和高聚物枝接也是研究的重点；(3)MBR是膜分离技术与生物处理法的高效结合，其起源是用膜分离技术取代活性污泥法中的二沉池，进行固液分离。这种工艺不仅有效地达到了泥水分离的目的，而且具有污水三级处理传统工艺不可比拟的优点。在水环境标准日益严格的今天，处理方法的复合，特别是与生物处理方法和电磁方法结合的组合方法必将显示出其巨大的发展潜力，替代传统废水处理技术成为水处理的领先方法。
参考文献
[1]王德民，程杰成，吴军政，等。聚合物驱油技术在大庆油田的应用。石油学报，2005，26（1）：74-78
[3]任广萌，孙德智，王美玲。我国三次采油污水处理技术研究进展。工业水处理，2006，26（1）：1-4
[4]沈明欢，王金本。渤海油田聚驱采出液污水处理研究。工业水处理，2009，29（9）：69-71
[5]张铁锴，吴红军，王宝辉，等。Fenton法去除油田污水中聚丙烯酞胺的可行性分析.工业用水与废水，2005，36(6):39-41