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污水处理技术讲座(赵玉鹏)


采油污水处理技术

采油污水处理设备及技术

2006.07.20

采油污水处理技术

目 录
前言
1.油田采油污水的特点 2.油田采油污水的去向 3.采油污水的回注处理方法 4.采油污水的外排处理方法 5.采油污水的锅炉回用处理方法 6.采油污水配套技术 7.采油污水处理技

术发展趋势

采油污水处理技术

前 言
目前,我国大部分油田已进入中后期 开采阶段,采出液含水量逐年递增,综合 含水达90%以上,导致采油污水量增加较 快,并且处理难度越来越大。随着环保要 求的提高,含油污水需经各种工艺的处理 达到回注或外排之目的。

采油污水处理技术

1.油田采油污水的特点
采油污水具有如下特点: 1.1水温较高; 1.2矿化度较高;

1.3含有大量的细菌,特别是SRB、TGB;
1.4表面张力大,残存大量的化学药剂及其它的杂质。 主要污染物有:原油——由浮油、分散油、乳化油及微 量的溶解油所组成,以乳化油的处理难度最大。 悬浮物——地层采出泥砂等。 化学物质——聚合物、降粘剂、酸化液、压裂液、 其它表面活性剂。

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2. 采油污水的去向
1、回注。 采油污水经处理后大部分作为回注水注入地层用于二 次采油,根据地层渗透率水质各有不同。 2、外排。

根据所处地域、水体自净能力的不同,对水量、水质 要求不同。
3、锅炉用水。

当地水源紧缺时采用污水做为水源,但水质要求极高, 处理费用高

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3、采油污水回注的处理方法
目前,国内油田采油污水中90%以上是用于注水油 田的开发。这是因为采油污水具有较高的表面张力和矿 化度,与地层的配伍性好,有利于石油开采。采油污水 处理大多采用物理和化学方法相结合的技术达到回注水 的要求。该法在新技术、新工艺、新设备未广泛推广使 用前,在一定时间内仍然是主要的处理方法。但存在以 下的缺陷:占地面积大、投资大、运行费用高、易造成 二次污染等。

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3、 采油污水的回注处理方法
3. 1 传统的处理方法 传统的污水处理工艺是在沉降罐前投加化学 药剂,经沉降罐自然沉降,除去浮油及颗粒大 的杂质,再经过滤罐除去微小油滴及未沉降的 悬浮物,从而达到注水标准。
加入净水剂 加入杀菌剂

脱出污水

预除油 (旋流、气浮 选)

污水沉降

一、二级过滤

注水罐

注水泵

注水计量配水间

去注水井(部分井配制井口精细过滤器)

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3.2 常用处理设施
3.2.1 缓冲调节与预收油罐设施
3.2.1.1、缓冲调节罐的作用。
调节水量及水质。

3.2.1.2、预收油罐的作用。
对污水进行初步除油,减少下段沉降设施的负荷。

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3.2.1.3、除油缓冲罐的结构及工作原理。

常规下罐为空罐,进出水口在罐内可分开一定距离, 并设喇叭口,避免进出水口太近水的冲击对油珠自然上浮 的产生影响。上部设收油装臵及加热盘管,根据罐内水位 设定,可定期或连续回收罐上部的原油。
通常状况下,污水在罐内停留时间2小时以上时,可以 去除污水中90%以上的浮油、分散油和少部分乳化油,为 下一段污水沉降创造了良好的条件。

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3.2.2. 混凝沉降设施
3.2.2.1、立式混凝沉降罐: 传统的立式混凝沉降罐是一种重力分离型除油构筑物, 内部主要由油层、沉降区、集水区三部分组成。基本原理 是:由原油脱水系统排出的含油污水经进水管流人罐内的 中心加药反应筒,经配水管流人沉降区。水中粒径较大的 油珠在油水相对密度差的作用下首先上浮至油层,粒径较 小的油珠随向下流动,在此过程中,一部分小油珠由于自 身在静水中上浮速度不同及水流速度梯度的推动,不断碰 撞聚结成大油珠而上浮,无上浮能力的部分细小油珠随水 流出沉降罐。采用固定式收油结构,污油从收油管流出进 入污油池,再经污油泵输送到脱水系统。

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存在问题:
第一是排泥困难,由于沉降罐水中悬浮物靠与油水比重差下
沉至罐底部积泥区,罐底面积大,过去在罐底设穿孔管排泥,

但排泥效果不好,沉积的污泥不易排出罐外,久而久之罐底
污泥越积越深,严重影响出水水质,不得已而清罐,清罐周 期短,工人劳动强度大,并造成环境污染,影响正常的生产 运行。 第二是固定式收油槽不能及时连续地将污油排出,罐顶中心 部污油易板结,不易排出,老化油现象较严重,

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3.2.2.2. 斜板式沉降罐
斜板沉降罐在油水流动方向上安装有倾斜的平 行板或波纹倾斜板,缩短油珠垂直上升的距离,使 油珠在斜板下表面聚集成较大的油珠,提高油水分 离效率,对污水中的溶解油和乳化油去除效率较高, 可以替代污水处理系统中的沉降罐。据资料介绍, 与普通立式沉降罐相比,同样大小的沉降罐的除油 处理能力可提高1.0-1.5倍。

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3.2.2.3.高效污水沉降罐
高效污水沉降罐为一水平放臵的卧式容器,主要由进水区、 整流区、沉降区、油室、水室、积泥槽等构成,其结构特点为:
1、采用卧式结构,污水以水平方式流过沉降罐,克服了污水 在分离过程中重新混合产生的二次污染。 2、附设整流组件,对水流有很好的整流作用,尽可能保 持了污水在较大流速下处于稳定的层流状态。 3、采有尽可能小的板距的斜板,从而在一定平面尺寸的 设备容器内,获得了尽可能多的沉积面积。

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4、水室“U”形管采用可调节高度的升降套筒结 构,可有效调节沉降区油水界面高度,从而使设备运 行在最佳状态。 5、水出口采用先进的变频调速控制系统,从而 使水室液位保持平稳,保证了设备的平稳运行。 6、罐体下部设锥形收泥槽,有效地增加了污泥 沉降空间,同时也有利于排泥。 7、整个罐体内布臵有完善的冲洗管线,可对斜 板、积泥槽等积油、积泥位臵进行高压水冲洗。避免 了设备的油、泥堵塞。

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在胜利、辽河、华北油田也在使用“油水高效 分离器”,其设备内件装有一种特殊的集凝聚、分 离双作用的除油装置,能使液体分散相在很短的时 间内聚结后分离。主要用于分离水中的分散油,此 项技术根据露珠原理,采用了叶状板形、蜂窝式结 构组合式内件,主要用于分离含油污水中的分散油 成分,当污水流经内件时,其中的细小油滴在迷宫 式流道中反复碰撞,相互吸附聚结,从而形成更大 粒径的油滴,并在流动中迅速上浮至罐顶或水的表 面,经顶部的收油装置收油。此项技术能在很大范 围内去除水中的污油,而且在较低的温度下,也能 保持较高的去除率,可去除98%大于10微米的游离 油。

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3.2.3、过滤设备

过滤是一种能够截留排水中悬浮微粒和油,进行固液分 离的物理的机械的水处理技术。
过滤的分离机理除截留大量悬浮微粒及各种细菌外,起 主导作用的是其联系和吸附功能,由于分子引力作用,使排 水悬浮物固体和油吸附于滤料表面或表面的絮凝物上,另外, 滤料也可用粗粒化材料,过滤设备一般由滤料层、垫层、集 水系统和反冲洗系统四部分组成。油田常用的含油污水处理 过滤池(罐)类型较多,有重力式快滤池,虹吸滤池、反向 滤池、联合滤池(罐)、压力滤罐、单阀滤罐、核桃壳滤罐; 近几年还发展了微孔过滤器,陶瓷烧结管等精滤器,另外还 开发了多层滤料过滤器,纤维球过滤器、膜过滤等设备。

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典型流程

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3.3新技术的开发与应用
在传统的污水处理工艺的基础上,通 过使用新技术、新设备替换原有流程中 的单元处理法,使含油污水处理效率得 到较大的提高。

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3. 3.1旋流分离法 水力旋流器是20世纪80年代开发的一种油 水分离技术,它能有效的提高含油污水的处理 效果。 §原理:它的基本原理是依靠离心分离, 即含油污水沿切线方向进入旋流分离器,液体 在其内部产生高速旋转,依靠油、水的密度差 所产生的离心力差,迫使油水两相分离。

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§特点:具有分离效率高、处理量大、

重量轻、占地面积小、操作方便等。
§分类:旋流器分类方法有两种。一 种是按旋流器是否旋转分类,可分为静态 和动态。另一种是按结构分类,可分为单

锥和双锥。

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3. 3.2 浮选法 浮选法在石油、化工领域废水处 理中与水密度相差不大的细小颗粒中 得到广泛的应用。 该法是通过在污水中产生大量的 气泡,使油滴及颗粒物质结合在一起 上浮至水面,达到分离的目的。

溶气浮选机
来水首先经

超声气振使油粒
脱稳,然后在微 细气泡的吸附携 带下上浮水面; 溶气水分两次分 别在两级气浮室 释放。

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3. 3.3 膜处理法

膜处理法是一种新的高效水处理工 艺。它具有耗能低、不产生二次污染, 简单易行的优点。 膜处理法有微滤和超滤。两种方法 各有其优缺点。膜法处理采油污水关键 在于解决膜污染导致的膜通量降低、堵 塞、使用寿命缩短等问题,同时还关系 到膜的选择与污水水质相匹配的问题。

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3. 3.4 水质改性法

原理: 油田污水水质改性技术不同于传 统的油田污水技术,因油田污水的净化与稳 定均受到污水中各种离子等化学成分的影响。 水质改性是根据不同油田污水的特点,加入 离子调整剂,来调整污水中有关离子的分布, 实现净化水质、稳定水性、使水质达标。

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技术特点:
利用一个特制的多功能反应器,在
污水流经该反应器时,通过控制水量 和水性,加入特定的离子调整剂,完

成净化水质和稳定水性的任务。

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处理工艺流程图
加药控制系统

去过滤罐

反应器

沉降罐

混合反应装置
该装置具有三个相互 连续又各独立的旋流混合 反应室,来水依次与不同 种类药剂混合反应,混合反

应后进入环空分离室,在
环空分离室较大颗粒絮体 沉淀至装置底部排出,大 部分随水流进入后续的沉 降罐进行沉降。设备结构

原理见图。

离子旋流反应法技术典型工艺流程
加药

一级过滤 斜板沉降

精细过滤

注水 调储罐 排放

反应罐
压泥机

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4、采油污水外排处理方法
主要的处理方法有化学和生物两种方法。
4.1、化学方法
化学方法是国内外处理采出水的常用方法,处理关键 是对不同的水质,开发出高效的水处理药剂。 存在的主要问题: 处理后水中的COD、石油类不稳定 等。 据有关报道,采用化学药剂处理后的污水中CODcr去除 率只有10%~15%,而采用生物絮凝剂处理后的污水中 CODcr去除率达40%~60%。

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4.2 生物方法 生物方法处理采出水具有不产生二次污染、自然净 化、水质稳定、处理成本低等优点。
据报道有200多种微生物能降解采出水中的石油类、CODcr,但在自
然条件下,在一定的空间和时间内其降解能力是有限的。限制生物降解 的因素主要是采出水本身的毒性和抗性组分,其它限制因素有温度、营 养、油污的物理状态等。为了提高微生物处理采出水的能力,人们常从 两个方面下手:一是通过基因工程或人工驯化的手段获得高效工程菌; 二是改善微生物的生长环境条件,如:人工曝气增加氧的浓度,调节碳、 氮和磷的比例,有效控制pH值等。总之,微生物降解对消除石油污染起 到了重要的重要作用,而且受到普遍的关注,相关研究也十分活跃。

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4.2 生物方法 原理:生物处理是将石油碳氢化合物作为微生物的饲料。 生物处理不但能清除消耗溶解氧或导致接受水体污染的 有机物质,而且这些处理能通过将有机物质转化成对环 境无害、安全的化合物而使有机物质稳定在一个相对低 的水平上。 碳氢营养物质原料的乳化增加了直接接触的溶解率。 然而为了有效地进行石油碳氢化合物的降解,微生物碳 氢化合物的溶解率必须大于或等于生物降解率。

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被吸收的石油碳氢化合物

水+CO2+细胞

细胞膜

被吸收的碳 氢化合物

如图所示:
石油碳氢化合物作为高能食 物来源被消耗掉。微生物将这些 物质再生或转化成无害物质:二 可溶碳氢化合物 氧化碳、水和细胞。所以说生物 学处理达到了总的环境保护要求, 石油碳氢化 而其它方法处理只是改变石油碳 合物的溶解 氢化合物组分的物相,没有将其 悬浮的石油碳氢化合物 从环境中完全消失。

生物表面活化剂和乳化剂

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剩余污水
生化反应池

沉降池

集水池

污泥回流

计量槽

排放

隔油池

厌氧池 回流污泥

中沉池

二段好氧池

二沉池

出水

现流程出水

污泥湿地砂滤

生物处理工艺流程简图

曝气池

采油污水处理技术

5 采油污水锅炉回用水处理方法

对于锅炉给水要求较严,除了要求去除 油、悬浮物和细菌外,还要去除水中的二 氧化硅,对总硬度和总碱度也有严格要求。 一般用活性炭去除COD,用电渗析去除水 中的硬度、碱度和部分COD,但成本较高, 可用离子交换法。最好不用曝气,一般用 封闭流程隔氧。

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6 采油污水配套技术 对含油污水处理时还需增加辅 助配套的流程,主要有加化学剂 (用于絮凝、混凝、阻垢、缓蚀 和杀菌等)、排泥与污泥处理或 反洗再生。

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6 采油污水配套技术
6.1含油污泥无害化处理技术
机理:无害化处理含油污泥是利用不同 性质的化学物质进行物理—化学固化处理, 使其具有一定的机械强度,并且在任何环 境条件下,所有有害成份不再析出污染环 境。

采油污水处理技术

6 采油污水配套技术
6.2 污泥助排技术
助排液

原理:负压助 排是采用液体 射流原理而设
负压助排工艺原理图 污泥 污泥

计的。

采油污水处理技术

7 采油污水处理技术发展趋势 采油污水处理方法还需进一步的创新、 完善和组合。 7.1 化学处理方法是目前不可避免的处 理程序。在污水量不断增长的情况下,药 剂投加量也在增加,导致处理成本过高, 易造成二次污染。因此开发具有高效处理 能力、无污染的化学药剂是今后的研究方 向之一。

采油污水处理技术

7.2生物处理方法应用,具有操作方

便、易于管理、水质稳定、成本低、自
然净化的优点,可使采油污水达标排放。

研究培养在采油污水中具有生存能力强、
适应性强、能高效降解多种有机物的菌

种是处理的关键。

采油污水处理技术

7.3聚结法的发展趋势是研究开发高

效破乳能力的材料,既改变材料的空间
结构和使用多种聚结材料一起处理污水,

从而使聚结性能进一步的提高。
7.4 水力旋流器具有设备体积小、 占地面积小、处理效率高的特点,将旋 流技术和气浮选技术结合起来的处理技 术值得研究。

采油污水处理技术

7.5 膜处理采油污水能达到最严格 的出水水质标准,是今后最具发展潜力 的处理方法,开发膜通量大、膜性能好、 抗污染的材料是当前急需解决的课题; 将膜技术和聚结技术结合起来,开发出 具有物理破乳功能的材料,既解决了膜 污染所造成的诸多问题,还减少了目前 的多单元处理模式。

采油污水处理技术

总之,随着新工艺、新技术和新设备 的不但开发与应用,采油污水处理将朝着

低污染、低成本、易操作、高效处理方向
发展。新的处理方法和流程是传统方法、

生物方法、膜处理方法等结合起来的方法。

谢谢大家


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