油田作业废水高效处理技术及应用
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油田作业废水高效处理技术及应用
马焕春
【摘 要】油田作业废水处理技术有很多种，每一种处理技术都存在着其自身的优缺点。内循环固定生物氧化床处理工艺是在高温高压条件下，通过相应的工艺来获取一种生物酶催化氧化床，使废水中的污染物被氧化；悬浮污泥过滤法废水处理系统是一套高效物理化学废水处理系统；超滤污水净化处理技术是以静压差为推动力，根据物质相对分子质量的不同来进行分离的膜处理技术。要实现对处理水的达标回注与排放，需采用两种或多种处理方式相结合的处理方法，以提高油田作业废水处理综合效率。
【期刊名称】《油气田地面工程》
【年(卷),期】2013(000)005
【总页数】2页(P72-73)
【关键词】油田作业废水;处理;IRBAF;SSF;超滤污水净化
【作 者】马焕春
【作者单位】重庆水利电力职业技术学院
【正文语种】中 文
1 油田作业废水的特点与回注要求
1.1 油田废水的特点
因地层、采油工艺等因素的不同，所产生的油田废水成分也不完全相同，其中主要包含油、硫化物、氰、有机酚、固体颗粒、细菌及所投放的一些化学药剂，给废水处理效率的提升带来了很大困难。虽然不同的废水水质各不相同，但是多具有富含有机物、化学需氧量高等特点。高矿化度在增加了腐蚀速度的同时，也给油田作业废水处理造成了很大困难；同时，因含油量较高，远远高出排放时所需的水质标准。而微生物的存在加速了管线的腐蚀，同时还使底层出现了较为严重的堵塞现象。并且，废水中还含有大量的结垢离子与悬浮物，也容易造成底层发生堵塞。
1.2 回注要求与注水指标
对于现阶段的大多数油田而言，污水处理系统都已经拥有了相当大的规模。但随着原油中含水率的不断提升，注水量也成倍增长，并且对注水的水质提出了更高的要求：①水质应稳定，在和油层水相混时不产生沉淀；②在将水注入油层后，不能使黏土矿发生水化膨胀或悬浮；③应避免水中含有大量的悬浮物，以防止将注水井渗滤面堵塞并渗流孔道；④腐蚀性较弱，防止注水设施发生腐蚀；⑤在进行混合注水时，应对不同的水源进行室内实验，证明不同的水质有着良好的配伍性，以免对油层造成损害。
2 处理技术现状
油田作业废水处理工艺流程一般分为隔油→过滤和隔油→浮选→过滤。该工艺能有效地去除废水中的油与悬浮物等杂质；同时，该工艺在各油田的废水处理中得到了较长时间的应用，并取得了良好的处理效果，基本能满足回注的需求。
按照对废水处理后水质要求的不同，将油田作业废水处理技术分为一级、二级及三级处理技术。一级处理通常称为预处理，经二级处理之后能去除废水中90%左右的有机物与固体悬浮物。但是对于一些难以降解的有机物、重金属毒物及在生化处理过程中所产生的氮、磷化合物难以完全去除，这就需要对其进行三级处理。各级处理技术主要包括物理法处理技术、化学法处理技术及生化处理技术等。物理法处理技术包括重力分离技术、粗粒化技术及过滤技术三种；物理化学法处理技术包括气浮分离技术、电泳法、电解法及吸附法等处理技术；生化处理技术包括生物降解技术、微生物絮凝技术及高效生物降解技术。
因油田废水的成分较为复杂，使用单一的处理方法往往达不到良好的处理效果。同时，对于每一种废水处理方法而言，都存在着其自身的局限性，在实际的油田作业废水处理过程中多将2～3种处理方法混合使用，从而使水质达到排放与回注标准。另外，因不同油田生产工艺、作业环境及废水处理之后用途的不同，油田作业废水处理工艺存在较大的差异。
3 作业废水高效处理技术
3.1 IRBAF处理工艺
内循环固定生物氧化床处理工艺（IRBAF）是在高温高压条件下，通过相应的工艺来获取一种生物酶催化氧化床，使废水中的污染物被氧化。反应池在运营一段时间之后，填料中会产生很多生物。随着生物量床的不断增加，水的运行也会受到影响，从而使处理效率降低，这时就需要将生物床中剩余的物质脱出。BAF的反冲洗，可通过反冲洗自控系统来完成。IRBAF油田作业废水处理工艺主要具有以下特点：
（1）填料品质较高。生物床由黏土粒制成，其总孔面积与表面积都较大，抗机械耐磨程度也较高，并且有着非常稳定的化学稳定性。
（2）隔离式曝气技术。该项技术能在对反应器进行充氧的同时，使废水提升，在经过反应器生物床时形成一个闭合循环，能有效地避免曝气方式对滤料的冲刷。在此过程中，反应器中的水处于循环状态，每小时的循环次数可以达到15 次左右，能提升滤料中的水流速度，并增强生物体与污水之间的介质交换，使反应器的处理效能得到大幅度提升；同时，因其具有混合反应器的特点，有非常好的耐毒物质能力和抗冲击能力。随着隔离式曝气技术的引入，改变了传统曝气技术对容积利用率低的问题，并且很容易形成水流短路，从而使反应器的处理效率得到提升。
（3）拥有特有的气水联合反冲洗方式。在传统技术上加以改进，在很大程度上提升了滤料层扰动强度及系统应力中的附加切应力。技术改进后颗粒间的碰撞机会增加， 反冲效果得到大幅度提升，并且能有效防止滤料粘结堵塞现象，并使反应器保持良好的活性，能有效满足稳定处理需求。
（4）自动化程度高。反冲洗环节作为确保处理系统正常运行的关键环节，在很大程度上决定着废水处理质量与处理效率。该项技术的反冲洗环节多是由程序进行自动控制，根据程序对管道上的阀门进行控制，可有效地减少人力操作。
3.2 SSF的原理和处理工艺流程
悬浮污泥过滤法（SSF法）废水处理系统是一套高效物理化学废水处理系统：首先往废水中投放一定量的混凝剂，将废水中处理溶解状态的污染物质与交替颗粒吸附出来，使其形成悬浮颗粒并分离出来；之后使用絮凝剂向废水中放入一定量的由胶粒与悬浮颗粒凝聚形成的密实絮体；然后利用流体力学原理，在废水净化器中将水与絮体分离。废水在经过由罐体自身形成的致密浮泥层的过滤之后，能满足回注要求。对悬浮泥层起到了精细过滤的作用，在向心力与过滤水力学所形成的牵引力体系下，能在短时间内引入污泥浓缩至沉降分离，在污泥浓缩室蓄满后可进行定期排出。
对于该处理系统，可将旋流式凝聚池看成CSTR 反应器，而悬浮污泥可作为良好的聚凝与过滤介质。在水流的不断上升过程中，还可将其与泥渣的碰撞当成同向聚凝条件。在此过程中，可依据凝聚理论对工艺理论进行描述，并计算出一些主要的参数。根据Stokes定律与同向凝聚体论可知，经药物处理后的废水在由底部进入SSF固液分离的组件之后，水流方向会发生相应改变，并出现紊动现象。因此时废水中的污泥颗粒还处于前期絮凝阶段，不会对絮凝效果产生明显影响。随着絮凝程度的不断增加，所形成的颗粒会不断增加。当絮凝进入后期阶段时，由紊动所产生的不利影响也会不断增加。
为了满足絮凝要求，当混合液流经弯折部位时，其流速会有所降低，并且逐渐趋向缓和状态。所以，在固液分离组件底部的小底层絮凝作用已基本完成。在颗粒不断上升过程中，其密度也会不断增加。此时，开始沉降的污泥颗粒，还受到由罐底涌入水流的冲击作用。当这种冲击作用与污泥的自身重力相等时，污泥会逐渐趋于静止状态，在此过程中会形成一层高活性的污泥悬浮层。该悬浮层会将进水中的部分杂质进行拦截，从而使悬浮层不断增加，此时污泥颗粒的沉降速度也会不断提升，也会造成水流上升速度与产生量不断提升。因该悬浮层是由药物凝剂与污泥形成的絮体组成，随着泥层的不断上、下浮动，泥层的下层厚度会不断增加；同时，受过滤水力学作用影响，会使罐体产生旁路流动，并使悬浮泥层的上表层不断进入中心接泥筒，上表层的厚度也会不断降低。这样，悬浮层的厚度变化会处于一种动态平衡之中。当混凝后的水穿过该悬浮泥层时，悬浮泥层会靠相应的物理及电化学特性，将悬浮凝胶颗粒、絮体及细菌等杂质拦截下来，能使污水满足三级处理水平要求。
3.3 超滤污水净化处理技术
超滤污水净化处理技术是以静压差为推动力，根据物质相对分子质量的不同来进行分离的膜处理技术。超滤膜孔径为3～30 nm，压力差l～10 kg/cm2，相对分子质量在1 000 以内的物质能够通过超滤膜，而相对分子质量在1 000～300 000之间的物质会被节流下来；同时，超滤膜的孔结构及超滤膜的表面特性会对膜污染、渗透效率等造成较大影响。影响超滤膜性能的参数包括纯水渗透流率、截留分子量及截留率等参数。
