《油田高礦化度含鹽污水的處理探究》7900字（論文）

I第一章前言大多數(shù)油井使用驅(qū)油作為開發(fā)方法。將水注入井中，從井中回收大部分原油和原油。這部分水必須在釋放油之前除去。排放的高鹽廢水通常含有大量的油，這種含有油的水稱為油水。由于石油產(chǎn)量的增加，更多的水可用[1]。如何將我國很多地方缺水的廢油轉(zhuǎn)化為商品，用于人們的日常生活和農(nóng)業(yè)，是非常重要的。隨著我國工業(yè)化的逐步發(fā)展，對于能源的需求量日益增大，而素有“經(jīng)濟血液”之稱的石油不僅是重要的能源來源，更是塑料、合成纖維等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)原料，因此，石油的開采便與我國工業(yè)、經(jīng)濟發(fā)展輔車相依。為了滿足巨大的石油需求量，大幅提高石油采收率，三次采油技術(shù)已經(jīng)在我國的各大油田開展運用。目前，我國陸上油田的開采方式通常是向地下儲層注入含有助采劑的高壓水，驅(qū)動原油采出，但由此也產(chǎn)生了大量的高礦化度含鹽污水。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在世界范圍內(nèi)，每百噸石油采出液中，平均含水率高達90%，高礦化度含鹽污水的產(chǎn)出體積遠遠大于石油產(chǎn)量。為了有效地有效地利用高礦化度含鹽污水，降低開采成本，保護油田開采地質(zhì)條件，通常將高礦化度含鹽污水處理后進行回注，重復利用。由于人類的生活水平逐漸提高，以往的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)越來越不能滿足人們的生活需要，所以隨之而來的不斷擴大的工業(yè)生產(chǎn)用水量，而這就產(chǎn)生了大量的高礦化度含鹽污水。不斷增加的高礦化度含鹽污水量與有限的污水處理設(shè)備的矛盾日益激化，污水的處理成了各國政府需要解決的首要問題之一。目前國內(nèi)許多城市都存在著這樣或那樣的水質(zhì)污染現(xiàn)象，因此對污水進行深度處理工藝研究是十分必要的。本文通過分析該企業(yè)中水系統(tǒng)的運行情況以及所使用的工藝參數(shù)，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究成果和經(jīng)驗，從理論上探討并設(shè)計出一套適用于該企業(yè)的深度處理方案，實現(xiàn)廢水回用。高礦化度含鹽污水主要由地層水和注入水共同組成，其組成成分隨著地質(zhì)條件和開采方式的不同而有所區(qū)別，主要成分包含殘余原油、無機鹽、采油助劑、硫化物、固體懸浮顆粒等污染物，以及硫酸鹽還原菌、鐵細菌、腐生菌、藻類、硫細菌、酵母菌、霉菌、原生動物等微生物。近年來，在注入水中添加堿－表面活性劑－聚合物（ASP）的三元復合驅(qū)采油技術(shù)逐漸推廣應(yīng)用于各大油田，聚合物也成了高礦化度含鹽污水中心的污染物。油田開采技術(shù)中常用的聚合物為聚丙烯酰胺，是一種不易被生物降解的大分子有機物。由于注入水的循環(huán)利用，高礦化度含鹽污水中聚丙烯酰胺的含量也與日俱增，最高濃度可達到1200mg/L，這大大地增加了后續(xù)處理難度。近年來有學者發(fā)現(xiàn)，聚丙烯酰胺可以作為硫酸鹽還原菌、腐生菌等微生物的碳源被分解，并在ASP的共同作用下，加速微生物大量繁殖，進而引起油田管網(wǎng)腐蝕、原油降解等問題，嚴重地影響了采收效率，造成了巨大的經(jīng)濟損失。油田開采的時間越來越久，其中的混合液蘊含水分的程度也會水隨之漲高，甚至有少部分的油田含水率達到90%，油田中產(chǎn)生的這些高礦化度含鹽污水還會循環(huán)使用，現(xiàn)在已經(jīng)成為這些油田注水用的主要用水，這也意味著處理油田高礦化度含鹽污水的難度大大增加，但是如若不及時有效地去處理這些高礦化度含鹽污水，讓其任意地排放入環(huán)境之中還會對于自然環(huán)境以及人類的生活產(chǎn)生嚴重的危害。第二章油田高礦化度含鹽污水處理的意義2.1保證生物健康油田高礦化度含鹽污水中還有大量的原油和其他危險物質(zhì)，還有大量的鹽分，如果不及時廢棄和釋放，會對環(huán)境造成很大的破壞，也會對空氣造成污染和破壞。生態(tài)系統(tǒng)的失衡不僅會殺死環(huán)境中的物種，還會對人類健康產(chǎn)生負面影響。從這個角度來看，油田廢水和鹽分的處理非常重要。2.2節(jié)約原油油中鹽分和多地鹽分的廢水量非常高，一般在0.2%-0.9%左右，雖然量不大，但也不容忽視。如果能夠以合理的方式重復利用，不僅可以減少資源的損失，而且可以促進對環(huán)境的保護[2]。2.3保護地下水資源水是我們賴以生存的最重要資源，總體而言，雖然地球的71%被水覆蓋，但我們可以使用的天然水資源最少，占全國總水量的0.64%。工業(yè)發(fā)展迅速的地區(qū)有很多，但隨著人口的增加，水資源減少，因此，應(yīng)限制工業(yè)用水。如果對油田高鹽廢水的處置管理好，提高高鹽廢物的利用率，不僅可以保護地下水資源，也限制了地下水資源的開發(fā)和有效利用，有利于保護環(huán)境。本文以某油田污水處理廠為研究對象，主要進行以下幾個方面工作：通過查閱大量國內(nèi)外文獻和資料，了解我國的水資源現(xiàn)狀，同時還能節(jié)約寶貴的石油、天然氣等能源資源。但是由于高鹽廢水具有高含鹽量及腐蝕性強的特點，所以在處理高鹽廢水時，需要選擇合適的方法，才能保證處理效果。2.4保證生產(chǎn)安全如果大量的鹽水和含鹽污水隨處傾倒，會造成遍地油污，而油是易燃物質(zhì)?？赡軙虼嗽斐杀容^強烈的安全隱患，從而使得整個生產(chǎn)的安全性質(zhì)難以得到保障。因此，對油品中的高鹽和含鹽廢水進行處理非常重要。2.5方便生產(chǎn)和生活這些高礦化度含鹽污水如果不及時進行處理么認識隨意放置在區(qū)域中就會導致區(qū)域中會有許多的油污產(chǎn)生，這些油污對于正常的交通會產(chǎn)生一定的阻礙性。給生產(chǎn)和生活上都帶來了極大的影響。而在近年以來，有多起的海上石油泄漏事件帶來了強烈的安全隱患，因此有必要對油田的高礦化度含鹽污水進行處理。第三章油田高礦化度含鹽污水處理的常用設(shè)備裝置3.1除油罐除油灌油這一設(shè)備存在的弊端就是它的設(shè)備占地面積過大，罐子容積也過大，處理水的停留時間也很長。設(shè)備需要耗費的剛才也十分大，因此對這一設(shè)備的改進要集中在如下兩方面的重點之上：一個是要對于廢水處理的概率進行，二是能夠減少當前的容積大小。而這些改進成功的設(shè)備在油田的高礦化度含鹽污水處置之中主要會被作為其他高效率的除油設(shè)備的前水量以及水質(zhì)緩沖過程的預處理罐。3.2浮選池浮選裝置是一種可以將大量空氣和其他氣體引入水中的裝置。它可以通過小氣泡將注入水中的空氣分散，并以氣泡為催化劑，過濾水中的懸浮顆粒。達到強水分離條件。根據(jù)這些設(shè)備在水中產(chǎn)生的不同類型的氣泡和過程，這些油田產(chǎn)生的鹽和鹽廢物的數(shù)量可分為以下幾類：天然氣、金屬和航空航天設(shè)備以及航空運輸。過去，國內(nèi)的航空站大部分都配備了首發(fā)式的發(fā)射設(shè)備，但近年來，飛機增長迅速，空氣流通量大。3.3射流浮選設(shè)備射流浮選設(shè)備最早出現(xiàn)在1970年代中期，后來WEMCO升級為硅版本，測試結(jié)果良好。SLF-W型鹽水處理設(shè)備，取得了良好的效果。國內(nèi)雖然進行了系統(tǒng)研究，但部分成果尚未發(fā)表，目前已有多家公司和中國石油大學在研究這些工具是如何被發(fā)現(xiàn)的。射流浮選裝置具有占地面積小、油水分離力強、高污水高鹽度、二次污染、無活動部件等優(yōu)點，適用于海上和高空鉆井。如果在處理過程中使用好的藥劑，可以將設(shè)備的處理效率提高到一個更高的水平，同時也節(jié)省了大量的人力成本和物力成本。因此，對于鉆井平臺來說，采用無油技術(shù)是非常重要的。射流浮選設(shè)備的特點：1.高效環(huán)保；2。主要功能：減少石油泄漏，降低原油污染；3.操作方便；4.安全可靠；5.可重復使用；6.維護簡單；7.成本低。3.4旋流混合反應(yīng)澄清設(shè)備旋流混合反應(yīng)可以結(jié)合機械分離和化學處理，以增加該區(qū)域的功率。該設(shè)備可以結(jié)合現(xiàn)有氣泵和大罐的優(yōu)點，更適用于一些需要處理多批次、體積較大和較小的大型鹽水處理廠。有效的治療方法?？蓽p少維修時間，提高除油效率。其特殊的工作原理和結(jié)構(gòu)如下：來水注入后，分別注入3個獨立的腔室，立即與劑量轉(zhuǎn)換反應(yīng)混合，然后連續(xù)加入3種不同的藥物進入，該材料可滲透水并與溶液反應(yīng)形成簇。當彎道穩(wěn)定下來時，修正的速度將大于潮汐的力量。這允許集群在表面下形成一層互惠集群。絮凝層實施一系列吸附劑，可以過濾高鹽污水中的油滴和懸浮物，凈化反應(yīng)池出來的水。3.5溶氣氣浮設(shè)備目前雖已有部分空氣控制裝置但是空氣效果并不理想，浮罐出現(xiàn)了大氣泡，波浪或者波浪。產(chǎn)品指標也不穩(wěn)定，而且去除速度慢。但當提取油達150mg/L以上時就會出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。造成這一現(xiàn)象有以下2種原因：一是用溶氣罐放氣方式很難控制水氣截面高度，二是釋放器易被卡掉。針對這一問題，本文提出在溶氣罐上設(shè)置液位控制器來控制水汽液面的高低，通過對這兩個參數(shù)進行調(diào)節(jié)實現(xiàn)泄放，其中第一級為TV型，可以有效地增加出水量，而第二級則為TS型，它是通過螺紋連接或法蘭連接方式實現(xiàn)的，這樣就避免了因操作不當造成的脫落。為了解決這一難題，提出了新的解決方案。采用雙膜法回收油水混合物中的溶解氣體，從而達到提高油液質(zhì)量的目的。該工藝具有流程短、成本低、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點。這樣既能滿足實際生產(chǎn)的需要又能提高溶氣效率和產(chǎn)品質(zhì)量。所以，提高溶氣效率是解決上述問題的關(guān)鍵之一。要實現(xiàn)這一目標，必須找到有效的手段。而高效氣液分離器就是一個行之有效的辦法。本文介紹了一種新型的高效氣液分離設(shè)備－－雙膜結(jié)晶法；該方法是在液膜層內(nèi)進行的。采用上述措施后，產(chǎn)品質(zhì)量有保障，且簡單易行。最后介紹了這一技術(shù)的推廣應(yīng)用情況。經(jīng)數(shù)年試驗研究獲得較為滿意結(jié)果。為此我們研制了一種新型溶氣分離設(shè)備，并應(yīng)用于實際生產(chǎn)中去，取得較滿意效果。該設(shè)備是利用氣液兩相流原理制成的。它具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便等特點。第四章油田高礦化度含鹽污水處理的一般方法根據(jù)這些采油的高礦化度含鹽污水來源以及油污的組成以及狀態(tài)差異，解決這些高礦化度含鹽污水的難度也就各不相同。可以將采取的高礦化度含鹽污水處置方式分為如下幾類，包括：物理方法，化學方法，物理化學方法，生物方法。4.1物理方法物理處置的方法是將大部分懸浮物質(zhì)，礦物質(zhì)以及一些油類等等進行處理，這些方法將主要的應(yīng)用在當前的油田高礦化度含鹽污水的處理站之中對于這些高礦化度含鹽污水進行處置，除此之外還包含一些低滲透的注水站以及對于一些高礦化度含鹽污水物質(zhì)等等進行處理。離心分離，是讓盛裝油田高礦化度含鹽污水的容器高速的旋轉(zhuǎn)形成一種離心的力場。因為懸浮的顆粒以及高礦化度含鹽污水的質(zhì)量是有一些差異的。因此離心力過多也就可以成功地分離開來。世界上有許多正在使用開采的油田存在。包括中東和非洲、美洲等等的不論是陸地油田還是海上的油田都采用了這種離心分離的方式。我國還引進了多套名為Vortoil水力旋流器的設(shè)備，在油田廢水處理方面取得了良好的效果。但是由于它的結(jié)構(gòu)比較復雜，并且受到諸多因素的影響，導致其應(yīng)用范圍并不是十分廣泛。而在我們國家對于這項技術(shù)的研究起步較晚，所以目前仍然處于發(fā)展階段。為了使這一技術(shù)更加成熟，更好地為油田服務(wù)，本文將針對這一問題進行深入的探討和分析。首先對離心分離原理做一個簡單的介紹，然后根據(jù)離心分離的基本原理來設(shè)計出一套用于處理油田廢水的裝置，通過實驗來驗證該系統(tǒng)的可行性，最后再結(jié)合具體的例子來說明如何利用這個裝置去完成油田廢水的凈化工作，以達到提高石油采收率的目的。重力分離法，這種方式的關(guān)鍵點就是利用水與油的比重差來進行重力分離，因此從曾經(jīng)的油水分離實驗中看，沉淀的時間越長效果就越好，因此自然沉降的儲油罐之中依靠重力的沉降罐和隔油池已經(jīng)作為當前油高礦化度含鹽污水的一項基本方法廣泛應(yīng)用于當前各個油田的高礦化度含鹽污水處理流程之中。當沉淀的小顆粒污物到達一定值后，水位上升，這時候安裝在細格柵兩邊的液位計開始工作，將信號傳給可編程序控制器，控制器將控制清污機的開啟。清污機將沉淀的小顆粒污物吸入沉淀池，水位下降，低于液位傳感器設(shè)定的值，清污機停止運行。除砂池中沉淀的沙粒通過曝氣機和分離機的啟動去除。重力分離法作為處理高礦化度含鹽污水的主要方法，其主要原理是在重力的作用下由于油和水的密度不同而產(chǎn)生油滴浮在水上面的狀態(tài)，從而達到分離效果。并且油水密度差越大，分離效果越好。過濾分離法是讓含油污水通過一層多孔介質(zhì)，該層介質(zhì)實際上就是一種過濾層，含油污水中的油粒在通過過濾層時會被其截留，而水能自由地通過，達到油水分離的目的。傳統(tǒng)過濾分離方法主要采用的過濾層是由石英砂、煤屑，焦炭等濾料和棉布、人造纖維與金屬絲等制成的濾布組成。該方法要求濾料不溶于水、不與污水發(fā)生化學反應(yīng)，同時還要有一定的機械強度，保證其過濾性能。使用過濾分離法的設(shè)備還必須具有反沖洗功能，避免因過濾層達到飽和而無法分離含油污水的情況發(fā)生。膜分離法。這種方法基于傳統(tǒng)的油水分離工作原理所生產(chǎn)的油水分離裝置都是在國際海事組織1992年通過的決議——MEPC60.（33）的規(guī)定下設(shè)計的。但在實際的執(zhí)行過程中，現(xiàn)有的油水分離裝置不能滿足處理要求，仍會對海洋造成污染危害。為了滿足更高嚴格的要求，國內(nèi)外研究人員研究了許多含油污水處理的新技術(shù)。在過濾分離材料的研究和開發(fā)上。威斯康星大學的Kratochvil等人試圖制備共價交聯(lián)的納米多孔聚合物質(zhì)，它具有超疏水和超親油特性。它可以讓水通過，而完全阻止油，油水分離效果十分明顯。福建農(nóng)林大學材料工程學院的李玉琪等人研究了一種堅固的耐鹽超疏水性氣凝膠作為過濾材料。該氣凝膠是通過海藻酸鈉（SA）－納米原纖化纖維素（NFC）的冷凍干燥制備的，使用鈣離子作為交聯(lián)劑。實驗結(jié)果表明，該氣凝膠能夠有效地分離油和水，分離效率能夠達到99.65%并且該氣凝膠能夠重復使用多次，使用壽命得到了延長。隨后，該研究小組通過將氧化石墨烯加入海藻酸鹽中氣凝膠以及將納米纖化纖維素中加入殼聚糖也取得了良好的效果。但在實際應(yīng)用中，這種納米級別的纖維素很難制備，它的化學處理也過于煩瑣，會造成大量的液體浪費，導致成本過高。而且能在船上應(yīng)用的大尺寸的氣凝膠的制備工藝還不成熟，因此在未來需進一步研究纖維素氣凝膠的大規(guī)模應(yīng)用。近年來，人們還研究出了各種不同材料的新型吸附劑來處理高礦化度含鹽污水，如金屬有機框架、殼聚糖、海綿、磁鐵礦納米顆粒等。埃及國家研究中心的Abdelwahab等人評估了一種改性甘蔗渣疏水吸附劑用于去除油污水中的油。通過實驗結(jié)果表明，這種吸附劑在pH值為5.5、初始吸附量為2g/L和接觸40分鐘的情況下，對柴油的峰值吸附能力達到8.4g/g，并且該吸附劑可重復使用六次以上。這種吸附劑具有質(zhì)量輕、高疏水性及成本低等優(yōu)點。而來自阿森茲拉塔羅夫大學的Vlaev等人試圖確定使用稻殼灰吸附劑來分離出含油污水中油的可能性。通過實驗在同一個反應(yīng)器中，通過不同的條件下熱解原稻殼獲得了黑稻殼灰和白稻殼灰。然后在298K的特定溫度下，黑稻殼灰吸附了6.22g/g的原油，和5.02g/g的柴油，且黑稻殼灰的吸附能力要強于白稻殼灰。該實驗結(jié)果證明了所研究的材料具有較高的吸附能力并且該材料制造成本較低，可以成功地作為一種有效的吸附劑來使用。4.2化學方法高礦化度含鹽污水之中還會含有一些膠質(zhì)以及可溶性的物質(zhì)如乳化油等，這些物質(zhì)是不能用物理方式進行分離清潔的。這種情況下就需要借用化學的方式了，目前這些化學方法也廣泛利用在各個高礦化度含鹽污水處理站之中了。主要的實行方式就是通過向高礦化度含鹽污水之中添加一定量的化學藥劑，就能夠輔助幫助物理的方法來處理當前的高礦化度含鹽污水。主要原理就是包括一些化學的轉(zhuǎn)化以及混凝沉淀進行這些方法的中和處理。[8]混凝沉淀法，這個概念是通過在膠體顆粒中引入混凝劑，減少電和交聯(lián)，減少膠體顆粒和在混凝劑的作用下破壞雜質(zhì)來實現(xiàn)的。轉(zhuǎn)碟曝氣機設(shè)備是我們這個整個系統(tǒng)的核心部分，通過在氧化溝系統(tǒng)中安裝的溶解氧儀設(shè)備對處理后的高礦化度含鹽污水中的氧氣含量進行檢測，膠體的穩(wěn)定性使其能夠滲透。它被混合以去除處理過的含鹽廢水中的雜質(zhì)和懸浮固體?；炷齽┌ㄨF鹽、鋁鹽、淀粉、聚丙烯酰胺等。這個方法雖然很簡單，但是變化很短，但在制造過程中會產(chǎn)生大量的污泥，操作成本高，而且添加化學藥品會造成高礦化度含鹽污水的二次污染。因此，該技術(shù)不能單獨用于采油高礦化度含鹽污水的處理，一般用于預處理。4.3生物方法生物方法，這種高礦化度含鹽污水的處置方式是對于微生物獨特的生化作用進行利用，廢水鹽分中復雜有機物的分離，可以分解成更簡單的物質(zhì)。將一些有毒物質(zhì)分離成有害物質(zhì)，從而凈化鹽水。目前使用的高鹽水處理方法有：生物膜法、活性污泥法、厭氧生物法、生物處理法，膜污染及去除技術(shù)膜法主要分為反滲透（RO）和超濾膜（UF）兩大類，前者適用于高含水工業(yè)廢水；后者適合于含鹽性強的低品位廢水處理[9]。生物膜法中，此法的應(yīng)用比較適合氧氣，生物分析及其他。該方法具有操作簡單、成本低廉、對水中含鹽量不敏感、處理效果好等優(yōu)點，尤其是對于含高濃度鹽或含鹽量較高的污水（如：氯化纖維素膜），可以達到微凈化的目的，并能有效地去除水中的有機物及高分子量的雜質(zhì)，在生物濾池中得到了廣泛的應(yīng)用。實驗結(jié)果表明，經(jīng)過氯化纖維素膜凈化后的出水水質(zhì)好，可以直接排放或者回用于生產(chǎn)，而不需要額外增加設(shè)備。同時，對于一些難降解污染物，也能達到很好的效果。生物過濾器以聚苯乙烯顆粒為填料，活性炭為填料。用作生物載體適用于高鹽度水處理廠，同時也作為生物吸附劑從高鹽度水中去除有機物。[10]活性污泥法，活性污泥是一種沉淀物。而微生物在去除高鹽水污水中溶解的物質(zhì)方面有其特殊作用，這些物質(zhì)可以提供生長繁殖所需的能量。隨后與細胞外酶發(fā)生反應(yīng)[11]，最終成為被微生物吸收的物質(zhì)。第五章展望油田高礦化度含鹽污水中含有大量有害物質(zhì)，處理方法雖多，但技術(shù)含量很低。被接受的錢的質(zhì)量是有限的，等等。為此，這些油田需要非常慎重，根據(jù)自身高礦化度含鹽污水的特點，選擇合適的處理方式，以最大限度地處理污染物，并且能夠降低成本。如果要將目前開發(fā)油田面對的首要問題油田高礦化度含鹽污水處置進行解決，依靠科技進步發(fā)展是最關(guān)鍵的一點，因此這些必要的方式都要做好，而新的工藝新的設(shè)備都離不開技術(shù)的發(fā)展，所以歸根結(jié)底不論如何，與時俱進的