环境工程硕士论文：大庆油田含油污水处理技术优化研究

摘 要
　　
　　目前大庆油田已进入油田开发的后期，随着二次采油、三次采油技术的不断发展应用，油田采出液含水量越来越高，采出液组成成分越来越复杂，经过原油生产处理后产生了大量的采油废水。目前大庆油田每年产生含油生产废水已超过41 亿立方米，通过污水回注，可减少污水对环境的污染，减少地表资源的消耗，具有良好的环境效益和经济效益。
　　
　　油田污水成分复杂，既有较多的原油成分，又有无机离子、细菌、固体颗粒、硫化物等，还有在原油处理过程中所投加的破乳剂、絮凝剂和杀菌剂等化学药剂。
　　
　　因此在污水回注前，必须采用处理技术对含油污水进行有效处理，目的是去除污水中的油份、悬浮固体及其他杂质，并对污水中的污油进行回收。
　　
　　目前国际主要的污水处理方法有生物法、物理法、化学法、物理化学法等，单一方式污水处理效果往往不佳。在实际过程中将多种方法相结合，可克服各单一方法的局限性，使出水水质达到规范标准。气浮收油+微生物反应+固液分离+过滤己逐渐成为大庆油田污水处理的主流程。与其他工艺流程相比，在处理效果、投资成本、环境保护方面有较大的优势，是目前大庆油田比较理想和实用的含油污水处理工艺。近些年逐步发展成熟的陶瓷膜超滤技术目前已开始应用在大庆油田低渗透和特低渗透油藏的回注水处理，此技术可达到常规工艺处理工艺难以达到处理标准，但投资较大，运行成本高昂。
　　
　　本文通过对多套不同污水处理工艺运行效果进行比较分析，对运行过程中的出水水质、运行经济效果进行数据整理和分析，结合含油污水关键影响因素，研究污水处理过程中的关键技术参数，实现运行参数的优化。对提高污水处理系统处理效果、降低运行成本提出合理建议。
　　
　　关键词：含油污水；处理工艺；对比；优化

第一章 绪论
　　
　　1.1 研究背景及意义
　　
　　在石油生成过程中，会伴有大量的天然伴生物水，而为了提高石油采收率和采油速度，油田开采企业主要采用的注水技术也会增加石油采出原液中的水含量。目前主要的人工注水技术是根据油藏地质资料，在特定地点钻探注水井向地下一定深度的地层注入高压水或聚合物来保证地层压力，补充能量以利于原油从地下开采出来。为了提高后续开采率，油田在开发中期甚至开发前期就开始向地下注入水或聚合物，注入地下的水或聚合物跟原油一起采出地面，经地面场站初步的油水分离处理，产生大量的含油污水。
　　
　　目前大庆油田出油含水率已达到92%以上，随着油田开发逐步进入后期，产出的污水也随之增多。如果将这些污水回注到地下，就既能补充地层压力，提高原油采出率，又能将宝贵的有限水资源循环利用，节省大量的新鲜水资源。但油田污水在开采过程中携带了大量成分复杂的矿物质，其中主要成分包括少量原油、三价铁离子、二价钙离子、二价镁离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子、碳酸根离子、硫化氢以及为有害细菌提供了滋生环境的大量有机杂质等。这些有害物质的含量随各地域地质条件的不同而差异巨大。这些污水如果不经过净化处理直接进行地下回注，将会发生一系列的化学反应，在注水管道、原油管道中产生严重的腐蚀及结垢。注水管道腐蚀会导致污水注入其他地层或泄漏到地表，严重污染地层及地表水资源，原油管道腐蚀则会导致原油泄漏，原油泄漏致其他地层或地表，严重污染环境。结垢则直接导致油管和注水管道不通，从而致使油田停产。
　　
　　因此对油田污水进行有效处理，避免腐蚀、结垢等危害的发生，具有极大的环境效益和经济效益。
　　
　　油田污水成分极为复杂，既有原油成分，还有大量的无机物及原油生产过程中加入的各类化学药剂，因而单一的污水处理技术由于其局限性处理效果并不好。在实际应用中往往是采用几种方法联合使用，根据各方法的处理效果进行有机组合，从而达到污水处理达标的目的。另外，各个油田地质条件不同，导致含油污水差异较大，即使是同一油田，由于各站生产工艺的不同，产生的污水组份各有差异，使油田污水处理工艺多种多样。在这些污水处理工艺流程中，常见的初步处理有重力分离、浮选及离心分离，主要除去浮油及固体；二级处理有过滤、粗粒化、化学处理等，主要是进一步去除分散油份；深度处理有生物处理、超滤、多级活性炭吸附等等，主要是去除溶解油。因此，根据油田采出水自身污水水质、水量现状，结合众多污水处理技术方法，优选、组合合适的污水处理工艺流程，针对处理流程中的重点工艺环节，优化系统的运行参数，对污水处理站提高处理水质，降低运行成本，提升运行管理效率有着十分重要的意义。研究结合大庆油田污水水质特征，分析了多种污水处理工艺方案，优化工艺系统运行参数，对各处理工艺出水水质、运行成本等方面进行比较分析，以期对同类污水处理站污水处理工艺运行管理提出参考。
　　
　　1.2 国内外污水处理研究进展
　　
　　油田污水处理技术主要可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法等。
　　
　　1、物理处理法指的是利用物理的方法和原理，来对污水进行污染物处理的工艺技术，它的重点是去除污水中的含油成分、悬浮固体和水中矿物质等，主要包括自然沉降、离心分离、过滤吸附、膜技术等。物理法由于其操作简便，在国内外得到了广泛的应用，其中膜分离技术作为近些年逐渐兴起的新技术，得到了普遍的重视，也取得了一系列重要的突破。
　　
　　膜技术指的是利用膜材料可进行选择性分离的这一特性，通过选择性分离，来实现污水分离、浓缩、净化的一种技术。膜技术不需要添加任何添加剂发生其他的反应，只是根据膜材料表面孔径的大小进行物理化分离。陶瓷膜技术经过近二十年的技术积累，不断进行现场小型性实践，目前已经在油田污水处理方面得到了大规模工厂化应用。大庆油田于 2013 年开始在采油五厂低渗透油藏开发中利用陶瓷膜超滤技术进行污水处理，取得了显着的成果，出水含油量降到了0.75mg/L,悬浮固体含量降到了 0.6mg/L.
　　
　　2、化学法是指通过化学反应来去除污水中的污染物或是将污水中的有害物质转化为无害物质的处理技术。化学法的主要技术手段是向污水中投入添加剂，利用添加剂与污染物发生混凝、中和、氧化反应，从而达到污水净化的目的。与其他处理方式相比较，化学法反应迅速，处理量大，能够有效地去除污水中的有毒物质。
　　
　　3、物理化学法是利用物理作用和化学反应的综合作用来实现污水净化的一种处理技术，在国内目前应用最广泛的主要有是气浮法。
　　
　　气浮法是把空气处理成微小的气泡注入水中，利用微小气泡与污水中的原油颗粒发生吸附作用上升到污水表面形成浮油，进而被刮油机刮除。在这一过程中通常要加入浮选剂，一方面可以促进污水的破乳和气泡，另一方面还可以作为浮油上浮的载体，参与含油污水的净化分离。目前国内各个油田应用最广泛的是溶气气浮法中的曝气沉降方式，通常在油田污水处理站中的工艺流程为：将曝气装置安装在沉降罐中，利用罗茨鼓风机将压缩空气经由曝气装置直接射入曝气沉降罐，沉降罐中通过曝气产生的气泡由于与污水接触面积大，促进了污水中生化反应的发生；同时，油份也会经过与大量微气泡接触而聚集成絮状浮油上浮至液面经收油装置回收。
　　
　　4、生物法指的是利用污水中微生物的代谢作用，来对水中污染物进行分解，从而达到污水净化目的的污水处理技术。生物法相比于其他污水处理方法，具有污水处理效率高，运行维护成本低，环保节能的优点。油田污水成分复杂，含有大量难以降解的物质，国内外普遍采用的油田污水生物处理方法有 A/0 法、接触氧化、曝气生物滤池（BAF）、SRR, UASR 等方法。我国自上个世纪 80 年代引入国外的生物法污水处理技术，随着我国科技技实力的不断壮大，经济实力的不断发展，社会环保意识的不断增强，生物法污水处理技术作为一种先进环保的污水处理技术在我国得到了突飞猛进的发展和广泛的应用。目前大庆油田主要采用的是曝气生物滤池污水处理工艺。通过多年的运行经验证明，曝气生物滤池污水处理技术一次投资成本和运行维护成本均较低，操作维护简单，污水处理效果好，处理量大。曝气生物滤池污水处理技术应用灵活，占地面积小，可与其他污水处理技术组合应用以适应不同的污水处理标准要求，具有巨大的发展前景。
　　
　　1.3 研究目标
　　
　　结合大庆油田含油污水的水质、水量以及温度、气候、气象、地理、经济等多方面因素选择适宜的污水处理主体工艺单元，对多套不同的工艺流程系统运行参数进行优化，从出水水质、运行经济性等多角度进行比较分析，为同类污水处理站运行、维护、管理提供技术依据。
　　
　　1.4 研究内容
　　
　　（1）对大庆油田污水水质特征进行综合性分析；（2）选择适合大庆油田污水水质特征的污水处理主体工艺，并对多套不同的工艺技术路线进行系统分析；（3）对多套不同污水处理工艺运行效果进行比较分析，对运行过程中的出水水质、运行经济效果进行数据整理和分析，确定污水处理工艺应用过程中的关键影响因素；（4）结合含油污水关键影响因素，研究污水处理过程中的关键技术参数，应用多因素方差分析方法，实现运行参数的优化；（5）对提高污水处理系统处理效果、降低运行成本提出合理建议。
　　
　　1.5 技术路线
　　
　　对油田污水原水水质特征、处理水质标准要求进行调研研究，结合油田温度、气候、气象、地理、经济等实际情况选择适宜的污水处理工艺。围绕主体处理工艺，结合实例确定多套不同的污水处理工艺技术路线，对其工艺技术特性进行分析评定，通过对污水处理工艺长期运行管理的跟踪监测，总结现场实际运行中出现的各类问题，以提高水质、降低成本为根本目标，调整、确定各污水处理工艺的最优技术运行参数，对多套工艺进行比较及评价，为应用同类污水处理工艺的污水处理厂运行维护管理提供技术依据。

·······

第五章 结论
　　
　　5.1 结论
　　
　　油田污水成分极为复杂，既有原油成分，还有大量的无机物及原油生产过程中加入的各类化学药剂，通过现场试验可知单一的污水处理技术由于其局限性处理效果并不好，在实际应用中将几种方法联合使用，根据各方法的处理效果进行有机组合，可大大提高污水处理质量。
　　
　　“调储接收+气浮+生物处理+固液分离+过滤”的污水处理工艺经过在大庆油田各区块的投入使用并发展完善，已经日趋成熟，出水水质已经达到“含油15mg/L,悬浮固体含量 5mg/L,悬浮物颗粒直径中值 3?m”的标准，与其他工艺流程相比，在处理效果、投资成本、环境保护方面有较大的优势，是目前大庆油田比较理想和实用的含油污水处理工艺。针对目前此类场站存在的气浮装置处理效果不稳定的情况，经现场试验对比，提高空气与污水流量的比率到 1:0.5,将污水在罐内的停留时间延长至 1 小时，同时将气浮助剂、混凝剂和发泡剂的投入量加大 17%,可有效提高气浮装置的处理效果，改善污水处理效果。
　　
　　5.2 建议
　　
　　新兴的陶瓷膜超滤技术处理效果极佳，可大大提高出水水质，达到了“含油0.75mg/L,悬浮固体含量 0.6mg/L,悬浮物颗粒直径中值 1?m”的水准，在普通油藏及低渗透、超低渗透油藏的开发领域，陶瓷膜超滤技术必将获得极大的应用和发展。建议在今后的油田污水处理工程中大力推广此项工艺技术。
　　
　　随着科学技术的不断进步，油田含油污水处理工艺也在不断发展，各类新技术不断投入实践，为原油生产提供了强大的技术保障。加大含油污水处理新技术、新材料、新工艺的研究，进一步提高污水处理效果，降低运行成本，是大庆油田实现可持续发展、推动绿色经济的重要途径。