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摘要 通过分析一体化污水处理装置在油气田开采废水处理中的现状，探讨不同類型一体化污水处理装置在应用过程中的优势和不足。因一体化污水处理装置具有体积较小、方便装运、效果良好等特点，应用于油气田开采水处理是可行的，对石油资源开采过程中的生态环境保护具有重要意义。
关键词 油气田开采;污水处理;一体化装置;进展;应用
中图分类号：X741 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2020）03-163-02
DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.03.068
在油气田开发过程中，为了增加原油产量，普遍采用注水开采的方式。随着开采时间的不断上升，开采出来的原油含水量会越来越高，已经超出了回注水的需求量。采出水就是指原油开采过程中附带的含有原油的水分，其来源主要有采油产生的污水和洗井污水，这些污水从油层里携带许多悬浮固体、石油类、盐类和各类化学药剂，含有大量有机物，若处理不当则会造成环境污染。尤其是分散的小区块开采，产生的污水量不大，不适宜建设污水集中处理设施，撬装式一体化污水处理装置因其工艺流程短、设备紧凑、占地面积小、安装使用快等特点，更适合就地处理后达标排放[1]。
1 采出水成分分析
油气田开采过程中污水的来源有多种途径，油田采出水是石油工业中产量最大的污水，既包括油层中原有的地层水，也包括注入到油井的注入水，占油气田开发产出废水总量的90%以上。油田采出水含一定量的原油，含油量平均为2 000～5 000 mg/L。不同形态的油有不同的理化性质，一般认为以浮油、分散油、乳化油、溶解油及固体附着油5种形态为主。此外，还包含无机离子、硫化物、有机酚、氰、细菌、固体颗粒以及水站原油处理中所投加的破乳剂、絮凝剂和杀菌剂等化学药剂，成分繁杂，差异性大[2-3]。
2 采出水处理现状
对于油田采出水的处理，国内外传统处理方法为隔油-混凝沉淀-生物处理工艺。我国油田采出水处理设备种类较多，其中应用较普遍的有自然沉降罐、粗粒化罐、重力沉降罐（包括斜板）、气浮池、水力旋流器、过滤罐与精细过滤装置等，主要用于去除水中的油和悬浮物。传统的处理方法存在一定的问题，主要有以下几个方面。
（1）单一处理方法存在局限性。由于油田采出水的含油量随原油种类、工艺设备、操作条件、生产流程的不同而存在很大差异，单一的处理方法难以达到满意的效果。
（2）一些组合处理工艺处理效果欠佳、处理费用高。由于水力条件、油分存在的形式以及排放方式等多种因素的影响，一些组合工艺本身处理效果不好。例如，近年来部分国内厂家引进了超滤法处理工艺，处理效果虽然良好，但因膜成本高及管理水平要求高等原因导致处理成本高，设备经常堵塞，无法保证实际运行[4]。
（3）处理工艺可能导致出水水质恶化，处理后的油田采出水几乎不能得到回用，甚至会带来二次污染。例如，传统处理工艺对于乳化液含量较高且排放量大的油田采出水处理过程中产生的浮渣极易造成泡沫，对环境产生二次污染。
3 一体化污水处理装置的应用
一体化污水处理装置以物化处理或生化处理为基础，是简化的污水处理方法，已广泛应用于生活污水处理和部分工业废水处理。
3.1 生化法一体化处理工艺在油田开采水中的应用
生物接触氧化反应器把活性污泥法和生物膜法进行有机结合，处理出水水质好，能够应对高负荷的有机物，运行管理便捷，在油气田废水的处理中有较多应用[5]。梅俊等[6]研发了基于“回转悬浮生物床技术”的一体化生物处理新疆油田采出水，当运行处理量约4 m3/L，进水CODcr<300 mg/L时，去除率一般在58%～80%，停留时间可缩短至4～5 h，出水中挥发酚、石油类浓度均可达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的2级标准，该一体化处理装置无需专门设置管理人员，对油田采出水有很好的处理效果。
生物流化床将污水作为流化介质，利用载体的吸附作用去除有机污染物，处理效果良好。崔俊华等[7]在传统生物处理法的基础上，研发的三相生物流化床采用气提式内循环，载体选用悬浮填料、漂浮填料，降解微生物采用高效原油降解菌，进水含油量41～59 mg/L的条件下，原油去除率可以达到89%～92%，实现了油田采出水的生化深度处理，处理效果良好、运行平稳。
SBR反应器是“反应-过滤-沉淀”为一体的集成装置，处理效果好，节省占地面积，基础投资低。随着SBR反应器的发展，出现了许多不同的改进工艺。董晓丹等[8]采用化学絮凝-SBR二段法处理COD小于1 800 mg/L、含油量为500～800 mg/L的采油污水，COD累积去除率达96%左右，含油量小于10 mg/L，其他出水指标也均满足含油污水的国家2级排放标准和回注水标准，基本可实现污水处理的资源化。
MBR反应器具有高效的截留作用，可以有效地截留含油废水中的有机物，出水中几乎不含悬浮物，可以有效地降解高浓度含油废水中的有机物。鲁雪梅[9]针对低渗透油气田污水，研发的微滤膜污水处理一体化撬装装置具有很好的处理效果。该装置虽然弥补传统污水处理装置的不足，但也存在一定的问题，如细菌、污垢离子等引起的堵塞，对污水处理效果产生影响。
3.2 物化法一体化处理工艺在油田开采水中的应用
3.2.1 旋流气浮一体化装置 马强[10]将旋流气浮一体化技术用于油由污水处理，除油效率97.2%，处理后水中含油率小于30 mg/L，满足处理要求，具有很好的稳定性和适用性。陈家庆等[11]将低强度旋流离心力场与气浮组合，成为一种高效的含油污水处理技术，该装置与固定式污水处理装置相比，投资降低30%，运行成本减少约25%。 3.2.2 超滤法除油组合工艺 池波[12]研究出了一種基于“粗粒化-破乳混凝-精细过滤”组合工艺的新型油田采出水一体化处理装置，通过模型装置，在实验室条件下研究取得相关技术的开发应用研究的最佳参数，应用到油田采出水处理中。徐文等[13]通过对陶瓷材料表面进行改性，装置流程与池波等的研究相似，含油量去除率达到98%，悬浮物去除率达到95.4%，内循环粗粒化装置能耗低、操作简便、运输方便。
3.3.3 电化学工艺处理装置 陈文娟等研发“降解-除油”一体化电化学工艺处理含聚污水，在I=4.0 A，d=8.0 cm，r=2/17 cm2/ml，t=30 min的条件下，几乎无絮渣产出，浊度去除率为93.3%，聚合物降解率为92.0%，除油率为95.0%，展现了优良的处理效果。电化学技术处理采出水在工艺及装置上仍需进一步完善，尤其是在化学药剂筛选、腐蚀控制、工艺结构及参数优化等方面加强探索研究。
3.3.4 其他辅助工艺 除上述将各种物理、化学与生化反应相结合的一体化污水处理设备外，还出现了一些其他辅助工艺，如紫外线杀菌，避免硫酸盐还原菌（SRB）、铁细菌（FB）、腐生菌（TGB）等导致的设备管线腐蚀。
4 一体化污水处理装置的优势
相比传统的油田采出水处理系统，一体化污水处理装置具有占地小、模块化、投资少、建设周期短等优点。将污水处理工艺设计为工艺单元模块，这些单元模块包括预处理模块、生化处理模块、后处理模块、深度处理模块以及污泥处理模块等，可根据不同污水水质情况选择不同的工艺模块组合。传统的污水处理构筑物需要大量的人力运维管理，而一体化设备使用自动化程度高的成型化设备，安装简单，工艺模块易于实现自控化管理，操作模式更加灵活。
5 结论
一体化污水处理装置因其体积较小、方便装运、效果良好等特点，适合处理规模小的分散式污水类型。不同工艺的一体化污水处理装置在处理油气田开采废水时，具有各自的特点，选择合适的处理工艺并形成集成化处理设备，应用于油气田开采水处理是可行的。
参考文献
[1] 黄斌，王捷，傅程，等.油田采出水处理技术研究新进展[J].现代化工，2018，38（8）：52-57.
[2] 丁茂晨.油田采出水处理新技术与新工艺[J].石化技术，2018，25（10）：247.
[3] 陈文娟，靖波，张健，等.海上含聚污水电化学处理装置的优化[J].化工环保，2017，37（4）：400-403.
[4] 徐海洲. 陶瓷平板膜组件应用于海油采出水处理工程设计[D].沈阳：沈阳建筑大学，2016.
[5] 马彦涛，刘洋，赵晓龙.不同油藏采出水处理工艺选择及应用[J].石油规划设计，2019，30（5）：13-16.
[6] 梅俊，骆伟，杨萍萍，等.橇装生物处理装置在油田采出水处理中的应用[J].给水排水，2010，46（11）：65-67.
[7] 崔俊华，蔡振宇，金文标，等.高效原油降解菌和内循环3-PBFB处理油田采出水的研究[J].环境科学学报，2002（4）：465-468.
[8] 董晓丹，邹慧芬，王恩德.油田采油污水处理工艺的试验研究[J].环境科学与技术，2004（3）：10-11.
[9] 鲁雪梅.浅析油田污水处理新技术在低渗透油田中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2017，37（6）：100-101.
[10] 马强，程涛，朱梦影，等.旋流气浮一体化技术在油田污水处理中的应用[J].石油化工应用，2018，37（5）：47-52.
[11] 陈家庆，韩旭，梁存珍，等.海上油田含油污水旋流气浮一体化处理设备及其应用[J].环境工程学报，2012，6（1）：87-93.
[12] 池波.新型一体化装置处理油田采出水的试验研究[D].武汉：武汉理工大学，2006.
[13] 徐文，樊鹏军，何志英，等.油田一体化废水处理装置研究[J].内蒙古石油化工，2017，43（9）：14-16.
责任编辑：黄艳飞
关键词 油气田开采;污水处理;一体化装置;进展;应用
中图分类号：X741 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2020）03-163-02
DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.03.068
在油气田开发过程中，为了增加原油产量，普遍采用注水开采的方式。随着开采时间的不断上升，开采出来的原油含水量会越来越高，已经超出了回注水的需求量。采出水就是指原油开采过程中附带的含有原油的水分，其来源主要有采油产生的污水和洗井污水，这些污水从油层里携带许多悬浮固体、石油类、盐类和各类化学药剂，含有大量有机物，若处理不当则会造成环境污染。尤其是分散的小区块开采，产生的污水量不大，不适宜建设污水集中处理设施，撬装式一体化污水处理装置因其工艺流程短、设备紧凑、占地面积小、安装使用快等特点，更适合就地处理后达标排放[1]。
1 采出水成分分析
油气田开采过程中污水的来源有多种途径，油田采出水是石油工业中产量最大的污水，既包括油层中原有的地层水，也包括注入到油井的注入水，占油气田开发产出废水总量的90%以上。油田采出水含一定量的原油，含油量平均为2 000～5 000 mg/L。不同形态的油有不同的理化性质，一般认为以浮油、分散油、乳化油、溶解油及固体附着油5种形态为主。此外，还包含无机离子、硫化物、有机酚、氰、细菌、固体颗粒以及水站原油处理中所投加的破乳剂、絮凝剂和杀菌剂等化学药剂，成分繁杂，差异性大[2-3]。
2 采出水处理现状
对于油田采出水的处理，国内外传统处理方法为隔油-混凝沉淀-生物处理工艺。我国油田采出水处理设备种类较多，其中应用较普遍的有自然沉降罐、粗粒化罐、重力沉降罐（包括斜板）、气浮池、水力旋流器、过滤罐与精细过滤装置等，主要用于去除水中的油和悬浮物。传统的处理方法存在一定的问题，主要有以下几个方面。
（1）单一处理方法存在局限性。由于油田采出水的含油量随原油种类、工艺设备、操作条件、生产流程的不同而存在很大差异，单一的处理方法难以达到满意的效果。
（2）一些组合处理工艺处理效果欠佳、处理费用高。由于水力条件、油分存在的形式以及排放方式等多种因素的影响，一些组合工艺本身处理效果不好。例如，近年来部分国内厂家引进了超滤法处理工艺，处理效果虽然良好，但因膜成本高及管理水平要求高等原因导致处理成本高，设备经常堵塞，无法保证实际运行[4]。
（3）处理工艺可能导致出水水质恶化，处理后的油田采出水几乎不能得到回用，甚至会带来二次污染。例如，传统处理工艺对于乳化液含量较高且排放量大的油田采出水处理过程中产生的浮渣极易造成泡沫，对环境产生二次污染。
3 一体化污水处理装置的应用
一体化污水处理装置以物化处理或生化处理为基础，是简化的污水处理方法，已广泛应用于生活污水处理和部分工业废水处理。
3.1 生化法一体化处理工艺在油田开采水中的应用
生物接触氧化反应器把活性污泥法和生物膜法进行有机结合，处理出水水质好，能够应对高负荷的有机物，运行管理便捷，在油气田废水的处理中有较多应用[5]。梅俊等[6]研发了基于“回转悬浮生物床技术”的一体化生物处理新疆油田采出水，当运行处理量约4 m3/L，进水CODcr<300 mg/L时，去除率一般在58%～80%，停留时间可缩短至4～5 h，出水中挥发酚、石油类浓度均可达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的2级标准，该一体化处理装置无需专门设置管理人员，对油田采出水有很好的处理效果。
生物流化床将污水作为流化介质，利用载体的吸附作用去除有机污染物，处理效果良好。崔俊华等[7]在传统生物处理法的基础上，研发的三相生物流化床采用气提式内循环，载体选用悬浮填料、漂浮填料，降解微生物采用高效原油降解菌，进水含油量41～59 mg/L的条件下，原油去除率可以达到89%～92%，实现了油田采出水的生化深度处理，处理效果良好、运行平稳。
SBR反应器是“反应-过滤-沉淀”为一体的集成装置，处理效果好，节省占地面积，基础投资低。随着SBR反应器的发展，出现了许多不同的改进工艺。董晓丹等[8]采用化学絮凝-SBR二段法处理COD小于1 800 mg/L、含油量为500～800 mg/L的采油污水，COD累积去除率达96%左右，含油量小于10 mg/L，其他出水指标也均满足含油污水的国家2级排放标准和回注水标准，基本可实现污水处理的资源化。
MBR反应器具有高效的截留作用，可以有效地截留含油废水中的有机物，出水中几乎不含悬浮物，可以有效地降解高浓度含油废水中的有机物。鲁雪梅[9]针对低渗透油气田污水，研发的微滤膜污水处理一体化撬装装置具有很好的处理效果。该装置虽然弥补传统污水处理装置的不足，但也存在一定的问题，如细菌、污垢离子等引起的堵塞，对污水处理效果产生影响。
3.2 物化法一体化处理工艺在油田开采水中的应用
3.2.1 旋流气浮一体化装置 马强[10]将旋流气浮一体化技术用于油由污水处理，除油效率97.2%，处理后水中含油率小于30 mg/L，满足处理要求，具有很好的稳定性和适用性。陈家庆等[11]将低强度旋流离心力场与气浮组合，成为一种高效的含油污水处理技术，该装置与固定式污水处理装置相比，投资降低30%，运行成本减少约25%。 3.2.2 超滤法除油组合工艺 池波[12]研究出了一種基于“粗粒化-破乳混凝-精细过滤”组合工艺的新型油田采出水一体化处理装置，通过模型装置，在实验室条件下研究取得相关技术的开发应用研究的最佳参数，应用到油田采出水处理中。徐文等[13]通过对陶瓷材料表面进行改性，装置流程与池波等的研究相似，含油量去除率达到98%，悬浮物去除率达到95.4%，内循环粗粒化装置能耗低、操作简便、运输方便。
3.3.3 电化学工艺处理装置 陈文娟等研发“降解-除油”一体化电化学工艺处理含聚污水，在I=4.0 A，d=8.0 cm，r=2/17 cm2/ml，t=30 min的条件下，几乎无絮渣产出，浊度去除率为93.3%，聚合物降解率为92.0%，除油率为95.0%，展现了优良的处理效果。电化学技术处理采出水在工艺及装置上仍需进一步完善，尤其是在化学药剂筛选、腐蚀控制、工艺结构及参数优化等方面加强探索研究。
3.3.4 其他辅助工艺 除上述将各种物理、化学与生化反应相结合的一体化污水处理设备外，还出现了一些其他辅助工艺，如紫外线杀菌，避免硫酸盐还原菌（SRB）、铁细菌（FB）、腐生菌（TGB）等导致的设备管线腐蚀。
4 一体化污水处理装置的优势
相比传统的油田采出水处理系统，一体化污水处理装置具有占地小、模块化、投资少、建设周期短等优点。将污水处理工艺设计为工艺单元模块，这些单元模块包括预处理模块、生化处理模块、后处理模块、深度处理模块以及污泥处理模块等，可根据不同污水水质情况选择不同的工艺模块组合。传统的污水处理构筑物需要大量的人力运维管理，而一体化设备使用自动化程度高的成型化设备，安装简单，工艺模块易于实现自控化管理，操作模式更加灵活。
5 结论
一体化污水处理装置因其体积较小、方便装运、效果良好等特点，适合处理规模小的分散式污水类型。不同工艺的一体化污水处理装置在处理油气田开采废水时，具有各自的特点，选择合适的处理工艺并形成集成化处理设备，应用于油气田开采水处理是可行的。
参考文献
[1] 黄斌，王捷，傅程，等.油田采出水处理技术研究新进展[J].现代化工，2018，38（8）：52-57.
[2] 丁茂晨.油田采出水处理新技术与新工艺[J].石化技术，2018，25（10）：247.
[3] 陈文娟，靖波，张健，等.海上含聚污水电化学处理装置的优化[J].化工环保，2017，37（4）：400-403.
[4] 徐海洲. 陶瓷平板膜组件应用于海油采出水处理工程设计[D].沈阳：沈阳建筑大学，2016.
[5] 马彦涛，刘洋，赵晓龙.不同油藏采出水处理工艺选择及应用[J].石油规划设计，2019，30（5）：13-16.
[6] 梅俊，骆伟，杨萍萍，等.橇装生物处理装置在油田采出水处理中的应用[J].给水排水，2010，46（11）：65-67.
[7] 崔俊华，蔡振宇，金文标，等.高效原油降解菌和内循环3-PBFB处理油田采出水的研究[J].环境科学学报，2002（4）：465-468.
[8] 董晓丹，邹慧芬，王恩德.油田采油污水处理工艺的试验研究[J].环境科学与技术，2004（3）：10-11.
[9] 鲁雪梅.浅析油田污水处理新技术在低渗透油田中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2017，37（6）：100-101.
[10] 马强，程涛，朱梦影，等.旋流气浮一体化技术在油田污水处理中的应用[J].石油化工应用，2018，37（5）：47-52.
[11] 陈家庆，韩旭，梁存珍，等.海上油田含油污水旋流气浮一体化处理设备及其应用[J].环境工程学报，2012，6（1）：87-93.
[12] 池波.新型一体化装置处理油田采出水的试验研究[D].武汉：武汉理工大学，2006.
[13] 徐文，樊鹏军，何志英，等.油田一体化废水处理装置研究[J].内蒙古石油化工，2017，43（9）：14-16.
责任编辑：黄艳飞