第12章-油田污水处理方法与流程

第12章油田污水处理方法与流程MethodandProcessofWastewaterTreatmentinOilfield本章主要内容☆油田污水中的污染物种类☆污染物的去除方法☆注水水质和流程确定☆含油污水处理流程2油田污水中有以下污染物微生物残余油SS溶解气体溶解固体12.1油田污水中的污染物3微生物微生物是一类形体微小、结构简单、必须借助显微镜才能看清其真面目的生物。水处理中的微生物：藻类algae;真菌类fungi;细菌bacteria大小：0.2-10μm细菌用杀菌剂或过滤除去4油田水中的主要微生物硫酸盐还原菌（SRB）属于厌氧菌，在缺氧的条件下，能在将氧化硫和硫化物还原成酸的过程中取得能量，将硫酸盐还原成酸，生成H2S。如去磺弧硫杆菌和斑去磺弧菌SO42-+10H++8eH2S+4H2O+Q这一反应能促进金属阳极氧化，同时生成的H2S能继续腐蚀金属，形成有臭味的黑色碳化铁沉淀物，阻塞管道。5油田水中的主要微生物铁细菌属于好氧菌，在含有微量氧气的条件下，也能生存。2Fe2++1.502+xH2OFe203xH2O反应中的水合物积累，使管道被堵塞。铁锈会遮盖表面，形成氧浓差电池，阻碍缓蚀剂与金属表面作用生成保护膜。钢铁表面的亚铁离子被除去，会加速腐蚀速度。6油田水中的主要微生物粘泥形成菌水处理系统中最多的一类有害细菌，能够产生一种胶状的、粘性的或粘泥状的、附着力很强的沉积物。覆盖在金属表面，阻碍腐蚀剂、阻垢剂和杀菌剂与金属表面作用，并使金属表面形成差异腐蚀电池而发生沉积物下腐蚀。粘泥形成菌会使水中悬浮物和肉眼可见物大量增加，使水质大幅度下降。阻塞管道。7油田水中的主要微生物产生酸的细菌硝化细菌硝化细菌能把氨氧化成亚硝酸和硝酸。2NH3+302=2HNO2+2H2O2HNO2+02=2HNO3使pH下降，导致酸腐蚀性设备被腐蚀。硫细菌好氧性细菌，能氧化硫和硫化物。以硫杆菌最为常见。硫细菌常和铁细菌共存，硫细菌产生的粘质膜也可能堵塞管道并使水有臭气。8残余油含油废水中油的存在状态，一般将其分为4类，即浮油、分散油、乳状油和溶解油。浮油：以连续相的形式漂浮于水面，形成油膜或油层；分散油：以微小的油滴悬浮于水中，不稳定，静置一段时间后通常变成浮油；乳化油：当污水中含有某种表面活性剂时或油水混合物经转数为3000r/min左右的离心泵高速旋转后，油滴便成为稳定的乳化液分散于水中，油滴粒径极小，静置难分离；溶解油：以一种化学方式溶解的微粒分散油，由于油品在水中溶解度很小，故一般含量在0.5%以下。9残余油油在污水中的存在状态存在状态油珠的颗粒直径，m特征浮油100容易从水中分离，通常占60%~80%分散油十几到几十不易从不中分离乳化油0.5~15，一般为6~7难于从水中分离，由于表面活性剂的存在，使乳化稳定性提高，阻碍小油珠的聚并溶解油1（用显微镜观察不到）呈溶液状态，通常含油污水中的溶解油很少，一般小于10mg/L10残余油的危害※细菌以原油中的某些组分为食物；※原油强烈吸附在铁的硫化物和其它垢的沉淀物上，使得其很难用酸处理除去；※原油降低注水井的水相相对渗透率（水相相对渗透率降低，注入相同体积的水需要更高的注入压力）11悬浮固体有机物：藻类、细菌无机物：微小的粘土和砂粒或沉淀物（碳酸钙、铁的硫化物或垢）沉降和过滤的方法除去，防止对注水井的伤害。完全除去SS很难且昂贵（尤其是小于1μm的颗粒）。基本原则是大于1/3油藏平均孔喉直径（由储层渗透率的平方根来估算）的颗粒必须除去。油藏平均孔喉直径（μm）由储层渗透率（md）的平方根来估算。如储层渗透率为100md，则平均孔喉直径为10μm。因此，注入水中不含粒径大于3.3μm的颗粒物质。12溶解气体有O2、CO2和H2S。三种气体都增加腐蚀。O2用除氧剂；水罐密封防止氧气进入。H2S用氧气或二氧化硫氧化为S；或次氯酸盐氧化为硫酸盐。CO2用惰性气体抽提，但成本较高。溶解气体13溶解固体阳离子Na+、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、Fe2+、Fe2+、Al3+阴离子CO32-、HCO32-、SO42-、Cl-、Br-、I-、SiO32-1412.2.1细菌降低和控制水中的细菌主要依靠定期分批投加适当的杀菌剂，以控制细菌的生长，尤其是对于细菌容易生长的过滤器，依靠过滤器反冲洗水中加合适的杀菌剂能较好地清除细菌。12.2污染物的去除方法15杀菌地面水中多含有藻类、铁菌或硫酸盐还原菌和其它微生物等，注水时需将这些微生物除掉以防止堵塞地层和腐蚀管柱。防止微生物生长，最容易实行的方法是合理使用化学药剂。油田常用的杀菌剂有甲醛（福尔马林）、氯气、次氯酸盐类、季胺盐类液体药剂、过氧乙酸、戊二醛等。一般交替使用两种以上的杀菌剂，以防细菌产生抗药性。16杀菌机理可归纳为以下几点：A阻碍菌体的呼吸作用细菌呼吸要消耗糖类、碳水化合物，以维持体内各种成分的合成。这个过程主要靠一种酶，如果杀菌剂进入菌体，影响酶的活性，使能量代谢中断或减少，呼吸就会停止而死亡。B抑制蛋白质合成蛋白质是生命的物质基础。当杀菌剂进入菌体后，能破坏蛋白质的合成，或者破坏蛋白质的水膜或中和蛋白质的电荷，使蛋白质沉淀而失去活性，达到抑制或致死的作用。17C破坏细胞壁细胞壁是细菌同外界进行新陈代谢，同时保持内外平衡的一种起屏障作用的物质。能帮助离子或营养物质的吸收，并可阻挡某些大分子的进入和保留存在于细胞壁和细胞膜之间的蛋白质。细胞壁主要由肽聚糖组成，如果杀菌剂能溶化细胞壁，或者阻止间质中的蛋白酶的作用，这样就破坏了细胞壁，也破坏了内外环境的平衡，达到杀死的目的。D阻碍核酸的合成核酸是生物体遗传的物质基础。杀菌剂加入，使核酸的特异结构发生改变，可引发突变或使其原有活性的丧失或改变，从而破坏了菌体本身的生长和繁殖。18（1）重力除油主要包括自然除油、斜板除油和水力旋流技术等。该技术对污水中的浮油、分散油和一定程度的乳化油有很高的去除能力，且处理效果稳定、运行费用低、管理方便。1）自然除油自然除油属于物理法除油范畴，是一种重力分离技术。根据油水密度不同，利用油和水的密度差使油上浮，达到油水分离的目的。12.2.2残余油191）自然除油自然除油的设备有自然除油罐（立式除油罐）和平流隔油池。12.2.2残余油1-进水管；2-中心筒；3-配水管；4-集水干管；5-集水总干管；6-出水箱；7-出水管；8-集油槽；9-出油管。自然除油罐20平流隔油池1）自然除油自然除油的设备有自然除油罐（立式除油罐）和平流隔油池。12.2.2残余油2112.2.2残余油2）斜板（管）除油目前最常用的高效除油方法之一，属物理法除油范畴。基本原理是“浅层沉淀”，又称“浅池理论”。2212.2.2残余油3）旋流除油水力旋流器是利用油水密度差，在液流调整旋转时受到不等离心力的作用而实现油水分离。23（2）粗粒化除油粗粒化，就是使含油污水通过一个装有填充物(也叫粗粒化材料)的装置，在污水流经填充物时，使油珠由小变大的过程。经过粗粒化后的污水，其含油量及污油性质并不变化，只是更容易用重力分离法将油除去。粗粒化处理的对象主要是水中的分散油。粗粒化除油是粗粒化及相应的沉降过程的总称。12.2.2残余油24（2）粗粒化除油粗粒化的机理：1）润湿聚结当污水流经由亲油材料组成的粗粒化床时，分散油滴便在材料表面润湿附着，材料表面会不断地聚结油滴并扩大形成油膜，油膜增长到一定程度，由于浮力和反向水流冲击作用，油膜开始脱落在水相中形成大粒径的油滴，并且材料表面会得到更新。2）碰撞聚结当含油污水流经由疏水材料组成的粗粒床，多个油滴同时与管壁碰撞或互相碰撞时，其冲量足可以将它们合并为一个较大的油滴。12.2.2残余油（2）粗粒化除油12.2.2残余油粗粒化除油器工艺原理图1-进水口；2-出水口；3-粗粒化材料；4-蜂窝斜管；5-排油口；6-排污口；7-维修入口；8-拆装斜管入口（3）过滤除油技术12.2.2残余油当含油污水通过粒状滤料床层，其中的悬浮物、油分和胶体就被截留在滤料的表面和内部空隙中，这种通过粒料介质层分离不溶性污染物的方法称为粒状介质过滤。过滤的机理概括为阻力截留、重力沉降和接触絮凝三方面。27（3）过滤除油技术12.2.2残余油1）阻力截留当含油污水自上而下流过粒状介质时，粒径较大的悬浮颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中，随着时间的推移，过滤的污水量增大，逐渐形成一层主要有被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由它起主要的过滤作用。这种作用叫阻力截留或筛滤作用。筛滤作用的强度，主要取决于表层滤料的最小粒径和水中油滴及悬浮物的粒径，并与过滤速度有关。（3）过滤除油技术2）重力沉降当污水通过滤料时，众多的滤料表面提供了巨大的沉降面积。据估计，1m3粒径为0.5mm的滤料中就拥有4000m2不受水力冲刷而可供悬浮物沉降的有效面积，形成无数的小“沉淀池”，悬浮物极易在此沉降下来。重力沉降强度主要与滤料直径和过滤速度有关。滤料越小，沉降面积越大；滤速越小，则水流平稳，有利于油滴和悬浮物的分离。12.2.2残余油29（3）过滤除油技术3）接触絮凝由于滤料具有巨大的表面积，它与油分和悬浮物之间有明显的物理吸附作用。此外，砂粒在水中常带有表面负电荷，能吸附带正电荷的铁铝胶体，从而在滤料表面形成带正电荷的薄膜，并进而吸附带负电荷的油滴、粘土和胶体物质，在砂粒上发生接触絮凝。12.2.2残余油30（3）过滤除油技术过滤的机理概括为阻力截留、重力沉降和接触絮凝三方面。三种机理往往同时起作用，只是依条件不同而有主次之分。对粒径较大的悬浮颗粒和油滴，以阻力截留为主。主要发生在滤料表层，称为表面过滤。对于微细油滴和悬浮物，以发生在滤料深层的重力沉降和接触絮凝为主，称为深层过滤。12.2.2残余油31（4）气浮分离技术气浮是利用高度分散的微小气泡作为载体支粘附含油污水中的油滴和污染物，使其随气泡升到水面加以去除。气浮分离的对象是乳化油及疏水性细微固体悬浮物。目前油水分离效率较高的技术。与自然沉降法比，具有如下特点：占地面积小，节省基建成本；气浮池具有预曝气作用，出水和浮渣都含有一定的氧，有利于后续的处理或再用，泥渣不易腐化。对那些很难用沉降法处理的含油污水，气浮法处理效率高，出水水质好。12.2.2残余油32（4）气浮分离技术12.2.2残余油溶解气浮选装置工艺示意图33（4）气浮分离技术12.2.2残余油旋转型分散气浮选装置横截面34（4）气浮分离技术12.2.2残余油喷射型分散气浮选装置横截面35（5）其它方法1）生物处理生物处理主要利用微生物对污水中的油分和一些生化性好的有机成分进行氧化分解，但是污水中难生物降解性有机物质含量较高，单独生物处理很难实现污水COD的达标排放。微生物降解原油的总反应过程如下：微生物+石油烃类（碳源）+营养物（N，P等）+氧→微生物增殖+H2O+CO2+氨及磷酸根。12.2.2残余油36（5）其它方法2）吸附法吸附法是利用亲油性材料，吸附污水中的溶解油及其它溶解性有机物。最常用的吸油材料是活性炭，可吸附污水中的分散油、乳化油和溶解油。活性炭吸附容量有限，成本高，再生困难，一般只用作含油污水多级处理的最后一级处理，出水含油质量浓度可降至0.1~0.2mg/L。12.2.2残余油37（5）其它方法3）混凝法混凝法是向含油污水中加入混凝剂，水解后形成带正电荷的胶团与带负电荷的乳化油产生电中和，经过治理后，油粒聚集，粒径变大，浮力也随之增大，导致油水分离。适合于靠重力沉降不能分离的乳化状油滴。12.2.2残余油38（5）其它方法4）电化学法电化学法包括电解法、电火花法、电磁吸附分离法和电泳法。12.2.2残余油39（5）其它方法4）电化学法电解法包括电解凝聚和电解气浮。•电解凝聚是利用溶解性电极电解乳化含油污水，从溶解性阳极溶解出金属离子，金属离子发生水解作用生成氢氧化物吸附凝聚污水中的乳化油和溶解油，然后沉淀除去油分。•电解气浮是利用不溶性电极电解含有乳化油和溶解油的污水，利用电解分解作用和初生成的微小气泡的上