污水处理技术与工艺

,中 原 油 田 分 公 司,各位同事朋友,大 家 好,油田污水处理技术与工艺,贺建庆,一、含油污水的性质,二、国内外采用的污水处理技术,三、国内外采用的污水处理工艺,四、污水处理应达到的水质指标,五、展望,六、水处理药剂与作用原理,油田污水处理技术及工艺,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。,一、含油污水的性质,p5,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。处理含油污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。,一、含油污水的性质,含油污水处理的目的及优点,污水回注的优点：,污水中含表面活性物质，能提高洗油能力；,高矿化度污水回注后，不会使粘土颗粒膨胀而降低渗透率；,污水回注保护了环境，提高了水的利用率。,污水回注应注意的问题：,水质要达标！,一、含油污水的性质,(1),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，有硫化氢、汽油等特殊气味，密度多大于,1000Kg/m,3,，粘度大于,1 mPa S,，导电性强。,一、含油污水的性质,(2),含油污水的化学成分,含油污水化学成分复杂，所含离子、元素种类甚多，其中常见的离子为：,阳离子：,Na,+,、,K,+,、,Ca,2+,、,Mg,2+,、,H,+,、,Fe,2+,、,Fe,3+,等。,阴离子：,Cl,-,、,SO,4,2-,、,CO,3,2-,、,HCO,3,-,。,其中常以,Na,+,、（,K,+,）、,Ca,2+,、,Mg,2+,及,Cl,-,、,SO,4,2-,、,CO,3,2-,、（,HCO,3,-,）几组离子为主。,一、含油污水的性质,(3),含油污水的类型,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，才能从本质上认识含油污水的性质。按水中几组离子的当量比例来划分水质，可分为以下四种类型：,一、含油污水的性质,(3),含油污水的类型,硫酸钠（,NaSO,4,）水型：,当,Na,+,/,Cl,-,1,，用（,Na,+,- Cl,-,）,/,SO,4,2-,比值来定水型 ，当（,Na,+,- Cl,-,）,/,SO,4,2-,1,时， （,Na,+,- Cl,-,）,SO,4,2-,，,Na,+,和,Cl,-,化合后多余的,Na,+,将与,SO,4,2-,化合，生成,NaSO,4,水型。,一、含油污水的性质,(3),含油污水的类型,碳酸氢钠（,NaHCO,3,）水型：,当,Na,+,/,Cl,-,1,，（,Na,+,- Cl,-,）,/,SO,4,2-,1,，生成,NaHCO,3,水型。,一、含油污水的性质,(3),含油污水的类型,氯化镁（,MgCl,2,）水型：,当,Na,+,/,Cl,-,1,，（,Cl,-,- Na,+,）,/Mg,2+,1,。,一、含油污水的性质,(3),含油污水的类型,氯化钙（,Ca,Cl,2,）水型：,当,Na,+,/,Cl,-,1,，（,Cl,-,- Na,+,）,/ Mg,2+,1,时，则（,Cl,-,- Na,+,） ,Mg,2+,，形成,CaCl,2,水型。,一、含油污水的性质,(4) pH,值,含油污水的,pH,值是判断腐蚀与结垢趋势的重要因素之一，一般的说，水的,pH,值越高，结垢的趋势就越大；若水的,pH,值较低，则结垢的趋势减小。,一、含油污水的性质,(5),悬浮固体含量（,TSS),在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塞趋势的一个重要依据。,一、含油污水的性质,膜滤系数（,MF,）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，水通过滤膜所需时间的函数。,在,SY/T5329-94,标准规定的条件下，使,1000 ml,水通过滤膜所需的时间为,MF,值，用下式计算,:,MF=1000/20t;,式中,t,过滤,1000 ml,水样所需时间，,min;,MF,膜滤系数，无量纲。,相同条件下测定水的值，若,MF,值降低说明水质变差了。,含油污水中的杂质,悬浮固体：粒径为,110,m,。,胶体：粒径为,1.0*10,-3,1,m,。,溶解物质：粒径小于,1.0*10,-3,m,。,油：粒径小于,1.0*10,-3,m,大于,100,m,。,一、含油污水的性质,按污水处理的观点，细小杂质分为四类：,含油污水中的杂质,阳离子组分：钙、镁、铁、钡、锶等。,阴离子组分：氯离子、碳酸根和碳酸氢根、硫酸根。,一、含油污水的性质,从腐蚀与堵塞的观点，杂质分为两类：,(6),浊度,浊度是水的“浑浊”的一个量度，浊度高意味着水是不“清洁”的，含有较多的悬浮固体。,一、含油污水的性质,(7),温度,温度将影响水的结垢趋势，水的,pH,值以及各有关气体在水中的溶解度。,(8),相对密度,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,1.0,。,一、含油污水的性质,(9),溶解氧,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，它易使二价铁离子氧化成三价铁离子，从而形成沉淀。,(10),硫化物,油田含油污水中的硫化物（主要是,H,2,S,）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,(SRB),产生的。,H,2,S,与铁反应则生成腐蚀产物,黑色的硫化亚铁。,一、含油污水的性质,硫酸盐还原菌（,SRB,）,一、含油污水的性质,j189,(11),细菌总数,由于细菌的存在，即可能引起腐蚀，又可能引起堵塞。,铁细菌,腐生菌（,TGB),(12),含油量,水中含油将会降低注水效率，它能在油层中产生“乳化块”，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。,一、含油污水的性质,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，按污水中的油珠颗粒直径划分为四种。,一、含油污水的性质,浮油：,分散油：,乳化油：,溶解油：,(13),生化需氧量（,BOD),一、含油污水的性质,(14),化学需氧量（,COD),污水杂质引发的问题,1,、腐蚀。,2,、结垢。,影响腐蚀的因素,1,、溶解气体。,2,、水的导电性。,3,、,PH,值。,4,、温度。,5,、压力。,6,、水流速度。,7,、金属的组成。,垢形成的机理,1,、结晶机理。,2,、沉积机理。,垢的种类,1,、碳酸盐类水垢： 碳酸钙,CaCO,3,2,、硫酸盐类水垢： 硫酸钙（石膏）,CaSO,4,2H,2,O,无水石膏,CaSO,4,硫酸钡,BaSO,4,垢的种类,3,、铁化合物： 碳酸亚铁,FeCO,3,硫化亚铁,FeS,氢氧化亚铁,Fe(OH),2,氢氧化铁,Fe(OH),3,氧化铁,FeO,3,垢的生成与影响因素,碳酸钙水垢,Ca,2+,+CO,3,2-,= CaCO,3,Ca,2+,+2HCO,3,-,= CaCO,3,+,CO,2,+,H,2,O,影响因素：,1,、二氧化碳,3,、温度,2,、,pH,值,4,、盐量,垢的生成与影响因素,硫酸钙水垢,Ca,2+,+SO,4,2-,= CaSO,4,影响因素：,1,、温度,2,、盐量,垢的生成与影响因素,铁化合物,防垢的方法,1,、控制,pH,值。,2,、去除溶解气体。,3,、防止不相溶的水混合。,污水处理装置的防垢,1,、化学方法。,2,、沉降过滤法。,3,、磁化方法。,4,、静电方法。,5,、杀菌法。,一、含油污水的性质,油田污水处理的目的是去除水中的油、悬浮物、添加剂以及其它有碍注水、易造成注水系统腐蚀、结垢的不利成分。所采用的技术包括重力分离、粗粒化、浮选法、过滤、膜分离以及生物法等十几种方法。各油田或区块的水质成分复杂、差异较大，处理后回注水的水质要求也不一样，因此处理工艺应有所选择。,一、含油污水的性质,二、国内外采用的污水处理技术,三、国内外采用的污水处理工艺,四、污水处理应达到的水质指标,五、展望,六、水处理药剂与作用原理,油田污水处理技术及工艺,二、国内外采用的污水处理技术,一、物理法,技术分类,物理法,1-1,：重力分离技术,二、国内外采用的污水处理,技术,物理法,1-2,：离心分离技术,二、国内外采用的污水处理,技术,物理法,1-3,：粗粒化法,二、国内外采用的污水处理,技术,物理法,二、国内外采用的污水处理,技术,1-4,：过滤法,物理法,二、国内外采用的污水处理,技术,1-5,：膜分离技术,二、国内外采用的污水处理,技术,二、化学法,技术分类,化学法,2-1,：混凝沉淀法,二、国内外采用的污水处理,技术,化学法,2-2,：化学氧化法,二、国内外采用的污水处理,技术,二、国内外采用的污水处理,技术,三、物理化学法,技术分类,三、物理化学法,物理化学法,3-1,：气浮法,二、国内外采用的污水处理,技术,物理化学法,3-2,：吸附法,二、国内外采用的污水处理,技术,二、国内外采用的污水处理,技术,四、生物法,技术分类,四、生物法,二、国内外采用的污水处理,技术,五、电磁法,五、电磁法,五、其他方法,二、国内外采用的污水处理,技术,综上所述，含,油废水处理方,法较多，各有,优缺点。,见油田污水主要处理方法效果比较表,二、国内外采用的污水处理,技术,方法名称,适用范围,去除粒径,/m,主要优缺点,重力分离法,浮油及分散油,60,效果稳定，运行费用低，处理量大；占地面积大,粗粒化法,分散油及乳化油,10,设备小，操作简便；易堵，有表面活性剂时效果差,过滤法,分散油及乳化油,10,水质好，设备投资少，无浮渣；滤床要反复冲洗,吸附法,溶解油,10,水质好，设备占地少；投资高，吸附剂再生困难,浮选法,乳化油、分散油,10,效果好，工艺成熟；占地大，药剂用量大，有浮渣,膜分离法,乳化油及溶解油,10,效果好；占地大，药剂用量大，污泥难处理,电解法,乳化油,10,效率高；耗电量大，装置复杂，有氢气产生，易爆,超声波法,分散油及乳化油,10,分离效果好；装置价格高，难于大规模处理,生物法,溶解油,10,处理效果好，无二次污染，费用低；占地大,一、含油污水的性质,二、国内外采用的污水处理技术,三、国内外采用的污水处理工艺,四、污水处理应达到的水质指标,五、展望,六、水处理药剂与作用原理,油田污水处理技术及工艺,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,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,，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,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。,三、国内外采用的污水处理工艺,一、三段污水处理流程,三段污水处理流程主要是指自然除油,-,混凝除油,-,压力过滤。目前在国内各油田普遍采用。,三、国内外采用的污水处理工艺,工艺分类,三段污水处理流程,含油污水处理工艺,S51,重力除油罐,含油污水处理工艺,三段污水处理流程,含油污水处理工艺,S51,混凝除油罐,含油污水处理工艺,三段污水处理流程,含油污水处理工艺,S51,压力过滤罐,生产进口,生产出口,滤料,生产进口,滤料,生产出口,生产进口,滤料,生产出口,生产进口,滤料,生产出口,生产进口,滤料,生产进口,生产出口,滤料,生产进口,压力过滤罐,滤料,反洗进口,反洗出口,三段污水处理流程,含油污水处理工艺,S51,三段污水处理流程的优点是污水处理效果好，适应性强，当联合站输送的含油污水水质及水量变化大时，也能适应。,三段污水处理流程的缺点是流程复杂，设备和构筑物投资大。,含油污水处理工艺,三段污水处理流程,二、二段污水处理流程,三、国内外采用的污水处理工艺,工艺分类,三、国内外采用的污水处理工艺,二段污水处理流程,三、粗粒化,混凝除油,单阀滤罐过滤流程,三、国内外采用的污水处理工艺,工艺分类,粗粒化,混凝除油,单阀滤罐过滤流程,三、国内外采用的污水处理工艺,四、自流处理流程,当污水处理站和注水站合并建站时，可采用自流流程，省去净化罐及外输泵等环节。此流程可节省基建投资，占地面积和能源。,三、国内外采用的污水处理工艺,五、自然除油,粗粒化,压力除油,压力过滤流程,三、国内外采用的污水处理工艺,工艺分类,自然除油,粗粒化,压力除油,压力过滤流程,三、国内外采用的污水处理工艺,六、自然除油,混凝除油,浮选,压力过滤,精细过滤流程,三、国内外采用的污水处理工艺,工艺分类,自然除油,混凝除油,浮选,压力过滤,精细过滤流程,三、国内外采用的污水处理工艺,七、含油污水密闭流程,三、国内外采用的污水处理工艺,工艺分类,S219,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,三、国内外采用的污水处理工艺,108,八、压力密闭流程,压力密闭处理可以利用含油污水的水溶性烃类气体进行浮选除油，利用脱水器压力而不需加压泵加压，避免污油乳化，同时可减少油气损失，又因含油污水处于无氧状态，这样确保水质稳定、结垢少、腐蚀性小。,三、国内外采用的污水处理工艺,工艺分类,一、含油污水的性质,二、国内外采用的污水处理技术,三、国内外采用的污水处理工艺,四、污水处理应达到的水质指标,五、展望,六、水处理药剂与作用原理,油田污水处理技术及工艺,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. CO,2,3. H,2,S,4.,细菌,1.,无机垢,2.,有机垢,注水引起的油层损害主要类型：,堵塞、腐蚀、结垢。,四、污水处理应达到的水质指标,水质要求主要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,起草单位：胜利石油管理局地质科学研究院,被代替标准：,SY 5329-88,发布日期：,1995-1-18,实施日期：,1995-7-1,四、污水处理应达到的水质指标,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；,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。,(1),水质基本要求,四、污水处理应达到的水质指标,四、污水处理应达到的水质指标,推荐水质主要控制指标,注入层平均空气渗透率，,m,2,0.1,0.10.6,0.6,标准分级,A,B,C,A1,A2,A3,B1,B2,B3,C1,C2,C3,控,制,指,标,悬浮固体浓度,(mg/l),1,2,3,3,4,5,5,7,10,悬浮颗粒直径中值,(um),1,1.5,2,2,2,3,3,3.5,4,含油量,(mg/L),5,6,8,8,10,15,15,20,30,平均腐蚀速率,(mm/a),0.076,点腐蚀,A1,、,B1,、,C1,级：试片各部均无点蚀。,A2,、,B2,、,C2,级：试片有轻微点蚀。,A3,、,B3,、,C3,级：试片有明显点蚀。,SRB,菌含量,(,个,/ml),0,10,25,0,10,25,0,10,25,铁细菌含量,(,个,/ml),n10,2,n10,3,n10,4,腐生菌含量,(,个,/ml),n10,2,n10,3,n10,4,注：,1,n,10 ,碎屑岩油藏注水水质推荐标准,SY/T-5329-94,(2),辅助水质指标,溶解氧含量；,硫化氢、侵蚀性二氧化碳含量；,铁离子含量；,pH,值。,四、污水处理应达到的水质指标,一、含油污水的性质,二、国内外采用的污水处理技术,三、国内外采用的污水处理工艺,四、污水处理应达到的水质指标,五、展望,六、水处理药剂与作用原理,油田污水处理技术及工艺,五、展望,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， 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：,五、展望,1.,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。,五、展望,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枝接是研究的重点。,五、展望,2.,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究的重点。,五、展望,3.,生物处理技术,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。,五、展望,4.,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。因此，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；清洗方法的优化以及清洗剂的开发。,五、展望,5.,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。,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。,一、含油污水的性质,二、国内外采用的污水处理技术,三、国内外采用的污水处理工艺,四、污水处理应达到的水质指标,五、展望,六、水处理药剂与作用原理,油田污水处理技术及工艺,一、基本概念,水处理剂：分为污水处理剂和水质稳定剂,六、污水处理药剂与作用原理,二、混凝剂及作用原理,1,、混凝：,六、污水处理药剂与作用原理,二、混凝剂及作用原理,2,、胶体的稳定性 ：,六、污水处理药剂与作用原理,二、混凝剂及作用原理,使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。,六、污水处理药剂与作用原理,3,、混凝原理,化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的,pH,值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。但归结起来，可以认为主要是三方面的作用：,六、污水处理药剂与作用原理,3,、混凝原理,(1),压缩双电层作用 ：,六、污水处理药剂与作用原理,(2),吸附架桥作用,六、污水处理药剂与作用原理,3,、混凝原理,(3),网捕作用,上述三种作用产生的微粒凝结理象,凝聚和絮凝总称为混凝。,六、污水处理药剂与作用原理,3,、混凝原理,对于不同类型的混凝剂，压缩双电层作用和吸附架桥作用所起的作用程度并不相同。对高分子混凝剂特别是有机高分子混凝剂，吸附架桥可能起主要作用；对硫酸铝等无机混凝剂，压缩双电层作用和吸附架桥作用以及网捕作用都具有重要作用。,六、污水处理药剂与作用原理,3,、混凝原理,4,、混凝剂和助凝剂,混凝剂：,六、污水处理药剂与作用原理,(1),无机盐类混凝剂,(2),高分子混凝剂：,六、污水处理药剂与作用原理,4,、混凝剂和助凝剂,混凝剂：,(3),助凝剂：,六、污水处理药剂与作用原理,4,、混凝剂和助凝剂,四、水质稳定剂,1,、缓蚀剂：,氧化膜型缓蚀剂,沉淀膜型缓蚀剂,吸附膜型缓蚀剂,六、污水处理药剂与作用原理,四、水质稳定剂,2,、防垢剂：,无机聚磷酸盐,有机膦酸盐,低分子量聚合物,六、污水处理药剂与作用原理,3,、杀菌剂：,4,、清洗剂：,5,、预膜剂：,六、污水处理药剂与作用原理,四、水质稳定剂,谢谢大家,