油田污水简介

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,油田污水简介,宋学明,2009.4.13,(,一,),污水的来源,根据来源不同，污水可分为生活污水和工业污水两大类。,生活污水是人们在日常生活中所产生的废水，主要包括厨房洗涤、冲洗厕所和沐浴等污水。,工业污水是在工业生产过程中所排出的污水，其成分主要决定于生产过程中采用的原料以及所应用的工艺。,一、污水来源与特性,(,二,),污水中的污染物,污水中的污染物种类大致可分为：固体污染物、需氧污染物、营养性污染物、酸碱污染物、有毒污染物、油类污染物、生物污染物、感官性污染物和热污染等。,为了表征废水水质，规定了许多水质指标。主要有有毒物质、有机物质、悬浮物、细菌总数、,pH,值、色度、温度等。一种水质指标可能包括几种污染物；而一种污染物也可以属于几种水质指标。,1,、固体污染物,固体污染物常用,悬浮物和浊度,两个指标来表示。,悬浮物,是一项重要水质指标，它的存在不但使水质浑浊，而且使管道及设备阻塞、磨损，干扰污水处理及回收设备的工作。由于大多数污水中都有悬浮物，因此去除悬浮物是污水处理的一项基本任务。,浊度,是对水的光传导性能的一种测量，其值可表征污水中胶体和悬浮物的含量。,固体污染物在水中以三种状态存在：溶解态,(,直径小于,1nm),、胶体态,(,直径介于,1,100nm),和悬浮态,(,直径大于,100nm),。水质分析中把固体物质分为两部分：能透过滤膜,(,孔径约,3,10,m),的叫溶解固体,(DS),；不能透过的叫悬浮固体或悬浮物,(SS),，两者合称为总固体,(TS),。这种分类仅仅是为了水处理技术的需要。,污水中能通过生物化学和化学作用而消耗水中溶解氧的物质，统称为需氧污染物。,绝大多数的需氧污染物是有机物，无机物主要有,Fe,、,Fe,2+,、,S,2+,、,CN,-,等。因而在一般,情况下，需氧物即指有机物。,由于有机物的种类非常多，现有的分析技术难以将其区分与定量。在工程实际中，采用以下几个综合水质污染指标来描述。,2,、需氧污染物,(1),生化需氧量,(BOD),在有氧条件下，由于微生物的活动降解有机物所需的氧量，称为生化需氧量，单位为单位体积污水所消耗的氧量,(mg,L),。,(2),化学需氧量,(COD),化学需氧量是指在酸性条件下，用强氧化剂将有机物氧化为,CO,2,、,H,2,O,所消耗的氧量。氧化剂一般采用重铬酸钾。由于重铬酸钾氧化作用很强，所以能够较完全地氧化水中大部分有机物和无机性还原物质，此时化学需氧量用,COD,Cr,或,COD,表示。如采用高锰酸钾作为氧化剂，则写作,COD,Mn,。,污水中所含的,N,和,P,是植物和微生物的主要营养物质。当污水排入受纳水体，使水中,N,和,P,的浓度分别超过,0.2mg,L,和,0.02mg,L,时，就会引起受纳水体的富营养化，促进各种水生生物,(,主要是藻类,),的活性，刺激它们的异常增殖，这样会造成一系列的危害。,藻类占据的空间越来越大，使鱼类活动空间越来越小，衰死藻类,将沉积水底，增加水体有机物量。,藻类种类逐渐减少，从以硅藻和绿藻为主转为以迅速繁殖的蓝藻,为主，蓝藻不是鱼类的良好饲料，并且有些还会产生出毒素。,藻类过度生长，将造成水中溶解氧的急剧减少，使水体处于严重,缺氧状态，造成鱼类死亡，水体腐败发臭。,3,、营养性污染物,酸碱污染物主要由工业污水排放的酸碱以及酸雨带来。水质标准中以,pH,值来反映其含量水平。,酸碱污染物使水体的,pH,值发生变化，破坏自然缓冲作用，抑制微生物生长，妨碍水体自净，使水质恶化、土壤酸化或盐碱化。各种生物都有自己的,pH,值适应范围，超过该范围，就会影响其生存。对渔业水体而言，,pH,值不得低于,6,或高于,9.2,，当,pH,值为,5.5,时，一些鱼类就不能生存或生殖率下降。农业灌溉用水的,pH,值应为,5.5,8.5,。此外酸性水对金属和混凝土材料会造成腐蚀。,4,、酸碱污染物,废水中能对生物引起毒性反应的化学物质，称有毒污染物。工业上使用的有毒化学物已经超过,12000,种，而且每年以,500,种的速度递增。,毒物是重要的水质指标，各类水质标准对主要的毒物都规定了限值。,废水中的毒物可分为三大类：无机化学毒物、有机化学毒物和放射性物质。,(1),无机化学毒物,无机化学毒物包括金属和非金属两类。金属毒物主要为汞、铬、镉、铅、锌、镍、铜、钴、锰、钛、钒、钼和铋等，特别是前几种危害更大。如汞进人人体后被转化为甲基汞，在脑组织内积累，破坏神经功能，无法用药物治疗，严重时能造成死亡。镉中毒时引起全身疼痛、腰关节受损、骨节变形，有时还会引起心血管病。,5,、有毒污染物,金属毒物具有以下特点：,不能被微生物降解，只能在各种形态间相互转化、分散，如,无机汞能在微生物作用下，转化为毒性更大的甲基汞；,其毒性以离子态存在时最严重，金属离子在水中容易被带负电荷的胶体吸附，吸附金属离子的胶体可随水流迁移，但大多数会迅速沉降，因此重金属一般都富集在排污口下游一定范围内的底泥中；,能被生物富集于体内，既危害生物，又通过食物链危害人体。如淡水鱼能将汞富集,1000,倍、镉,300,倍、铬,200,倍等；,重金属进入人体后，能够和生理高分子物质，如蛋白质和酶等发生作用而使这些生理高分子物质失去活性，也可能在人体的某些器官积累，造成慢性中毒，其危害有时需,10,20,年才能显露出来。,重要的非金属毒物有砷、硒、氰、氟、硫、亚硝酸根等。如砷中毒时能引起中枢神经紊乱，诱发皮肤癌等。亚硝酸盐在人体内还能与仲胺生成亚硝胺，具有强烈的致癌作用。,必须指出的是许多毒物元素，往往是生物体所必需的微量元素，只是在超过一定限值时才会致毒。,(2),有机化学毒物,这类毒物大多是人工合成有机物，难以被生化降解，并且大多是较强的三致物质,(,致癌、致突变、致畸,),，毒性很大。主要有：农药,(DDT,、有机氯、有机磷等,),、酚类化合物、聚氯联苯、稠环芳烃,(,如苯并芘,),、芳香族氨基化合物等。例如有机氯农药，具有很强的化学稳定性，在自然环境中的半衰期为十几年到几十年，它们都可能通过食物链在人体内富集，危害人体健康。如,DDT,能蓄积于鱼脂中，浓度可比水体中高,12500,倍。,(3),放射性物质,放射性是指原子核衰变而释放射线的物质属性。主要包括,X,射线、,射线、,射线、,射线及质子束等。废水中的放射性物质主要来自铀、镭等放射性金属生产和使用过程，如核试验、核燃料再处理、原料冶炼厂等。其浓度一般较低，主要引起慢性辐射和后期效应，如诱发癌症、对孕妇和婴儿产生损伤、引起遗传性伤害等。,6,、油类污染物,油类污染物包括“石油类”和“动植物油”两项。油类污染物能在水面上形成油膜，隔绝大气与水面，破坏水体的复氧条件。它还能附着于土壤颗粒表面和动植物体表，影响养分的吸收和废物的排出。当水中含油,0.01,0.1mg/L,时，对鱼类和水生生物就会产生影响。当水中含油,0.3,0.5mg/L,时，就会产生石油气味，不适合饮用。,生物污染物主要是指废水中的致病性微生物，它包括致病细菌、病虫卵和病毒。未污染的天然水中细菌含量很低，当城市污水、垃圾淋溶水、医院污水等排入后将带入各种病原微生物。如生活污水中可能含有能引起肝炎、伤寒、霍乱、痢疾、脑炎的病毒和细菌以及蛔虫卵和钩虫卵等。生物污染物污染的特点是数量大、分布广、存活时间长、繁殖速度快，必须予以高度重视。,水质标准中的卫生学指标有细菌总数和总大肠菌群数两项，后者反映水体受到动物粪便污染的状况。,7,、生物污染物,污水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质，虽无严重危害，但能引起人们感官上的极度不快，被称为感官性污染物。对于供游览和文体活动的水体而言，感官性污染物的危害则较大。,异色、浑浊的污水主要来源于印染厂、纺织厂、造纸厂、焦化厂、煤气厂等。恶臭废水来源于炼油厂、石化厂、橡胶厂、制药厂、屠宰厂、皮革厂等。当污水中含有表面活性物质时，在流动和曝气过程中将产生泡沫，如造纸废水、纺织废水等。,各类水质标准中，对色度、臭味、浊度、漂浮物等指标都作了相应的规定。,8,、感官性污染物,污水温度过高而引起的危害叫做热污染。热污染的主要危害有以下几点。,由于水温升高，使水体溶解氧浓度降低，相应的亏氧量随之减少，故大气中的氧向水体传递的速率也减慢；另一方面，水温升高会导致生物耗氧速度加快，促使水体中溶解氧更快被耗尽，水质迅速恶化，造成鱼类和水生生物因缺氧而死亡，。,由于水温升高，加快藻类繁殖，从而加快水体富营养化进程。,由于水温升高，导致水体中的化学反应加快，使水体的物化性质如离子浓度、电导率、腐蚀性发生变化，可能对管道和容器造成腐蚀。,由于水温升高，加速细菌生长繁殖，增加后续水处理的费用。如取该水体作为给水水源，则需要增加混凝剂和氯的投加量，且使水中的有机氯化物量增加。,9,、热污染,1,、油田污水来源,油田污水主要由油田采出水、钻井污水,(,如钻井液、压裂液、洗井液,),及站内其它类型的含油污水构成。其中，油田采出水是伴随采油作业采出的含水原油（采出液）经脱水后分离出来的水，也称“原油脱出水”。它是油田污水中数量及负面影响都最大的一种，因此也是油田污水处理的主要对象。,油田污水的性质与脱水工艺有关。由于,各油田或区块的油品性质和原油含水率不同，所以采用了不同的脱水工艺，代表性的脱水工艺有三种：一段电化学脱水、两段电化学脱水和三段电化学脱水。,二、油田污水来源及特性,(1),一段电化学脱水,所谓原油电化学脱水是指在脱水器之前加入一定量的原油破乳剂，使油包水型乳状液破乳将水释放出来，再经脱水器将原油含水脱至合格。一段电化学脱水工艺流程如下图所示。从中转站输送来的含水原油经分离缓冲、加入原油破乳剂，升压升温后进电脱水器脱水。合格的脱水原油用泵外输；从电脱水器底部放出的污水直接进入污水处理站。此流程适用于处理含水率为,20,或,20,以下的原油。由于一般电脱水之前都将含水原油升至较高温度,(,一般在,50,左右,),，故此工艺放出的污水温度较高，因而便于处理。但当脱水器油水界面控制不当时，污水含油量偏高又给污水处理带来困难。,(2),两段电化学脱水,两段电化学脱水工艺如下图所示。含水原油在中转站加破乳剂后，用泵送入脱水转油站进行脱水。在脱水转油站内首先进行热沉降脱水，使含水率降到,20,以下，再加热升温进行电脱水。已脱水净化的原油经缓冲罐由泵外输；电脱水器放出的污水先进沉降脱水罐，然后由该罐底部将污水放至污水处理站。此流程适用于处理原油含水率为,50,至,20,的原油。此流程脱出污水温度比使用一段电化学脱水的温度低，但比三段脱水的要高。,(3),三段电化学脱水,三段电化学脱水工艺如下图所示。从中转站送来的含水原油，首先经游离水脱除器将游离水脱出来，经此段可使含水率降到,50,以下；再加热后进行沉降脱水，经此段可使含水率降至,20,；再升压及加热进行电脱水。以上三种脱水器放出的污水统一放入开式污水沉降罐，收油后用污水泵送入污水处理站。此流程适用于处理含水率为,50,以上的原油。该工艺脱出的污水温度较低。尤其是游离水脱除器的污水温度更低，有时达,40,以下，污水不易处理。,为了降低破乳剂用量，提高破乳效果，目前在该流程中经常采用两段加药工艺，在游离水脱出器前加水溶性破乳剂，在游离水脱出器后加油溶性破乳剂。,随着原油开发方式的变化和三次采油技术的应用，油井采出液的含水率不断上升，成分越来越复杂，导电性不断增强，在原油脱水工艺中经常出现电脱水器不能正常工作的问题，为了解决该问题，油田的一般做法是停用三段电化学脱水中的电脱水器，从而使三段电化学脱水变成了两段化学脱水。,值得指出的是：在上述脱水工艺中，破乳剂的种类和性能对脱后污水的性质影响非常大。目前国内油田使用的破乳剂主要是以环氧乙烷和环氧丙烷为原料合成的破乳剂（称为传统破乳剂），随着油井采出液性质的变化，该种破乳剂越来越不能适应原油脱水生产的要求，主要表现是：脱水生产不稳定、脱后污水含油量和悬浮物含量高，给后续污水处理带来许多困难。近两年，国内出现了以其他高分子材料为原料生产的高分子破乳剂，由于这种破乳剂分子量巨大，破乳机理与传统破乳剂有很大区别，特别适合于高含水复杂原油采出液的破乳脱水，具有脱水生产稳定，脱后污水含油量和悬浮物含量低、可有效地维持电脱水器的电场稳定等优点，具有破乳和净水双重功能，在油田脱水生产中得到日益广泛的应用。,油田采出水所含成分复杂，不仅不同地层、不同采油方式的油田采出水的性质不同，同一个水处理站不同时间内的污水的成分也不同。尽管如此，油田采出水仍具有共同特性：都被原油污染，在高温、高压的油层中都溶解了地层中的各种盐类和气体，原油集输及加工过程中掺入了各种化学药剂，都含有大量有机物，水中均存在大量细菌等。因此，油田采出水的成分大致可分成污油、悬浮物、结垢离子、微生物等。,油田含油污水中的细小杂质，按污水处理的观点，可分为五类：,2,、油田采出水特性,(1),悬浮固体,其颗粒直径范围取,1,100,m,，因为大于,100,m,的固体颗粒在处理过程中很容易被沉降下来。此部分杂质主要包括：,泥砂：,0.05,m,4,m,的粘,、,4,60,m,的粉砂和大于,60,m,的细砂；,各种腐蚀产物及垢：,Fe,2,O,3,、,CaO,、,MgO,、,FeS,、,CaSO,4,；,CaCO,3,等；,细菌：硫酸盐还原菌,(SRB)5,10,m,，腐生菌,(TGB)10,30,m,；,有机物：胶质沥青质类和石蜡等重质油类。,(2),胶体,粒径为,110,-3,1,m,，主要由泥砂、腐蚀结垢产物和微细有机物构成，物质组成与悬浮固体基本相似。,(3),分散油及浮油,污水原水中一般有,2000,5000mg/L,的原油，其中,90,左右为,10,100,m,的分散油和大于,100,m,的浮油。,(4),乳化油,原水中有,10%,左右的,110,-3,10,m,的乳化油。,(5),溶解物质,在水中处于溶解状态的低分子及离子物质，主要包括：,溶解在水中的无机盐类。基本上以阳离子和阴离子的形式存在，其粒径都在,110,-3,m,以下，主要包括如下离子：,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Ba,2+,、,K,+,、,Na,+,、,Fe,2+,、,Cl,-,、,HCO,3,-,、,CO,3,2-,、,SO,4,2-,等，此外还包括环烷酸类等有机溶解物；,溶解的气体。如溶解氧、二氧化碳、硫化氢、烃类气体等，其粒径一般为,310,-4,510,-4,m,。,指 标,特 征,危 害,含油量,含油量高，一般在,1000mg/L,以上,回注堵塞地层，外排造成污染,悬浮物,悬浮物含量高，颗粒细小沉降缓慢,容易造成地层堵塞,矿化度,矿化度高，一般在,1000mg/L,以上，最高可达,1410,4,mg/L,加速腐蚀，给废水生化处理带来困难,结垢离子,含有,Ca,2+,、,Mg,2+,、,HCO,3,-,、,CO,3,2-,、,SO,4,2-,、,Ba,2+,、,Cr,2+,等,容易在管线、设备中结垢，堵塞地层,有机物,含有原油和采油过程中的各种化学药剂，,COD,高,容易在管线、设备中结垢，外排不达标,微生物,常见有硫酸盐还原菌（,SRB,）、铁细菌、腐生菌（,TGB,）等,容易腐蚀设备，堵塞地层,腐蚀性气体,主要有溶解氧、溶解的,CO,2,、溶解的,H,2,S,与铁等反应生成难溶物，造成堵塞，形成“黑水”（,FeS,悬浮液）及“红水”（,Fe,2,O,3,悬浮液）,表,1,油田采出水的特征,由于原油特性、采油方式等不同，油田采出水又各具有特性。例如，有的油田由于原油粘度大或凝固点低，生产过程中需加热，导致采出水温度较高，如大庆油田采出水温度为,40-45,。稠油油田采用蒸汽驱，采出水温度也较高，如辽河油田采出水温度高达,60-80,。另外聚合物驱由于高分子聚丙烯酰胺的存在，粘性增大，油水分离缓慢；三元复合驱不仅含有聚丙烯酰胺，还含有碱和表面活性剂，因此采出水粘性大，乳化严重，油水很难靠自然沉降分离；泡沫驱在三元复合驱的基础上加入天然气，采出水的性质更复杂，处理难度更大。有些油田由于特殊的地质条件，采出水中还含有大量的,S,2-,、,Cl,-,离子等。表,2,列出了我国各主要油田采出水水质情况。,表,2,我国各主要油田采出水水质,油田,总矿化度,mg/l,硫化物,mg/l,溶解氧,mg/l,悬浮物,mg/l,总铁,mg/l,油,mg/l,温度,平均腐蚀率,mm/a,腐生菌,个,/l,硫酸盐还原菌,个,/l,中原,华北,胜利,大港,江苏,大庆,吉林,辽河,塔里木,淮东,克拉玛依,吐哈,8,万,2-4,万,3,万,4-5,万,2000,23,万,8647,0.8,10,1.44,2.5,19,5,8,5,0,0,2,1.0,0.2,1.0,1.5,0.05,0,40,61,30,28,3,30,83.4,60,455,46,0.5,0-6,5.33,2.3,1.11,3.2,28.5,0.09,2-3,7-8,300,94,400,68,27,13,483,4.7,60,100,867,45,55,2.2,0.7,0.014,0.025,0.217,10,4,10,4,25,100,60,10,5,1000,10,4,10,4,10,4,6000,1000,250,10,5,100,10,6,随着油田开发的不断深入，我国大部分油田已进入石油开发的中期和后期，地层中的油不断减少。为了提高采油率，全国各油田基本都采用了注水开发方式采油。注水是一种效果较好的油田开发技术，但注水的结果也导致采出油的含水率不断上升。许多油田含水率为,70%-80%,，有的油田甚至已高达,90%,以上，日产含油污水量非常大。,如果含油污水不处理利用，任意排放必将带来严重的后果，不但浪费了水和原油，而且会严重污染环境，影响油田安全生产，因此必须合理地处理利用含油污水。,考虑到环境保护和节约水资源等问题，将这部分污水进行处理后作为生产用水回注地层是最经济有效的办法。因此，如何经济有效地对大量油田采出水进行回注处理，使之达到回注或排放标准，对油田经济效益及社会效益都有着十分重要的意义。,