CN104071919B - 油田含聚污水的处理方法 - Google Patents

油田含聚污水的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种油田含聚污水的处理方法,首先将含聚污水输入预处理装置,进行氧化处理;再依次经供料泵和循环泵进入无机膜设备(无机膜包含陶瓷膜、碳化硅膜和金属膜),氧化处理后的污水在无机膜设备内进行错流过滤,透过液直接用于回注,未透过膜的循环液与来水进行混合后进入无机膜设备再次进行过滤,污水在循环泵的作用下进行多次循环过滤,经多次循环错流过滤后,循环罐中的污水浓度达到来水浓度的30~1000倍时,将浓缩液排入浓液池。本发明提供的油田含聚污水处理方法可将含聚污水中的油和悬浮物一步去除,使出水水质达到A1级低渗透油层回注水标准。

Description

油田含聚污水的处理方法
技术领域
[0001] 本发明属于水处理领域,具体涉及一种油田含聚污水的处理方法。
背景技术
[0002] 随着油田进入高含水后期开发阶段,剩余可采储量越来越少,产油量递减越来越 严重,采用三次采油新方法是提高可采储量的重要措施。聚合物驱采油是目前国内油田广 泛应用的三次采油技术,其主要原理是在石油开采的注水过程中通过加入聚合物来增加水 溶液的粘度,与此同时又降低了水溶液的渗透性,改善油水之间的粘度比,从而扩大体积波 及系数,以此提高石油采收率。但随着油田聚合物驱油技术应用规模的扩大,含聚合物采出 污水(以下简称含聚污水)的处理量也在不断增加。由于含聚污水成分非常复杂,具有粘度 大、乳化程度高、成分复杂、难生物降解等特点,经传统工艺(如混凝沉降、气浮,介质过滤器 等)处理后,仍会含有相当数量的有害物质,无法达到外排水质标准,将其回注地层后会也 对低渗透储层造成伤害。
[0003] 我国聚合物驱油技术广泛采用聚丙烯酰胺(PAM),其产生的含有PAM的污水粘度 大、水中油滴及固体悬浮物在PAM及其水解产物的作用下乳化稳定性强,处理起来非常困 难。氧化降粘降解是一种成熟、低成本的水处理技术,已被众多学者运用于油田含聚污水处 理的研究当中。聚丙烯酰胺氧化降粘降解体系主要有氧化还原体系(如K 2S208/FeS04体系)、 Fenton试剂、过氧化氢和臭氧氧化体系等,其机理是自由基反应机理。氧化降粘降解的优点 是使用方便,不产生二次污染,但目前已报道的专利及文献大都将其作为单一的油田污水 处理方法,因此往往存在药剂投加量大、需调配pH值、C0D降幅不明显等缺点。
[0004] 无机膜超滤技术是多种膜技术中的一种,在废水的深度处理中该技术具有出水水 质好占地面积小自动化程度高等优点,因其耐碱、耐酸、耐高温、抗油污、抗微生物等,被广 泛运用于冷乳乳化液废水、机械加工业含油废水、高温凝结水和油田回注水等含油污水处 理领域。目前,对于无机膜超滤技术在油田回注水处理中的应用,国内外已被广泛地研究, 但迄今为止,在针对油田聚合物驱油体系,特别是三元复合驱采出污水,尚未有过成功的应 用案例,主要与膜通量衰减、膜污染等因素有关。
发明内容
[0005] 本发明提供了一种油田含聚污水的处理方法,可将含聚污水中的油和悬浮物一步 去除,使出水水质达到A1低渗透油层回注水标准。
[0006] 油田含聚污水的处理方法,包括以下步骤:
[0007] 步骤1,对含聚合物增粘剂的污水进行氧化处理;
[0008] 步骤2,对氧化降解后的污水通过无机膜进行过滤。
[0009] 作为改进,步骤2中的无机膜的透过液用于油田回注。
[0010] 作为改进,步骤2中的无机膜采用浓缩操作,浓缩倍数30~1000倍。
[0011] 有益效果
[0012] 本发明提供的油田含聚污水处理方法与现有技术相比,其显著优点在于:第一,可 将含聚污水中的油和悬浮物一步去除,使出水水质达到油田A1级注水标准;第二,在无机膜 过滤前采用氧化处理,可延长无机膜运行周期,有效降低了无机膜的清洗次数,提高了无机 膜处理效率。
附图说明
[0013] 图1是本发明的油田含聚污水处理方法的工艺框图。
具体实施方式
[0014] 无机膜分离工艺是一种"错流过滤"形式的流体分离过程:原料液在膜管内高速流 动,在压力驱动下含小分子组分的澄清渗透液沿与之垂直方向向外透过膜,含大分子组分 的混浊污染物被膜截留,从而使流体达到分离、浓缩、纯化的目的。由于油滴的可压缩性,当 跨膜压差增大,污水中的油滴会逐步吸附、累积在膜表面,并在压差的作用下,使得油滴受 挤压变形透过膜孔进入渗透侧,导致滤后水中含油量增加。根据本发明的一个优选实施方 式,跨膜压差为0.1~IMPa;当跨膜压差小于O.IMPa时,滤后水中悬浮物含量基本小于lmg/ L,可达到低渗透油田注水水质A1级标准,但是跨膜压差过小,会导致通量过小,浓缩倍数 低,不能满足工程实际所需以及会导致处理量很小;当跨膜压差大于IMPa时,原先吸附在膜 表面、膜孔道中的悬浮物被挤压到膜的另一侧,导致滤后水中悬浮物含量大于lmg/L,不符 合低渗透油田注水水质A1级标准。另外,增大跨膜压差可以提高膜通量,但当跨膜压差增大 到 IMPa后对通量无影响,即通量不再随跨膜压差增大而增大,同时跨膜压差越高,膜通量衰 减越快;根据本发明的一个优选实施方式,膜面流速为1~8m/s;在膜面流速为lm/s时增大 流速可提高膜通量,但流速增大到8m/s时,能耗较高,不利于工程应用。根据本发明的一个 优选实施方式,过滤温度为10~90°C,料液温度升高,一方面有利于乳状液破乳,使得水样 中的含油量增加;另一方面,随着温度升高,含油污水的粘度下降,致使污水中的更多油滴 相对容易通过无机膜侧进入渗透侧;同时,温度升高,会使油滴在水中的溶解度提高并且改 变滴油的形态,这使得微小油滴、胶体和悬浮物等杂质能够更容易通过膜过滤层进入渗透 侦U,导致滤后水含油量、悬浮物含量和粒径中值增大。
[0015] 在无机膜过滤的步骤之前的氧化步骤,可以显著地改变油含油废水中的油滴的大 小以及聚合物的存在形式,一方面可以提高无机膜的通量、延长无机膜的使用时间,另一方 面,可以改变无机膜产水的水质。根据本发明的一个优选实施方式,氧化处理较优选自〇3氧 化、0 3/Η202协同氧化、Cl〇2氧化或Fenton试剂氧化。在氧化处理中,一方面,氧化剂的加入量 过大会使聚合物发生过度降解,产生大量小颗粒杂质,在进入无机膜后将膜孔道堵塞,使膜 通量降低;氧化剂的加入量过小会导致聚合物不能达到足够的降解,大量大分子进入无机 膜,吸附在膜表面,使膜通量下降过快,在影响滤后水质的同时降低无机膜使用寿命。另一 方面,氧化反应的温度过大会使聚合物发生过度降解,产生大量小颗粒杂质,在进入无机膜 后将膜孔道堵塞,使膜通量降低;氧化反应的温度过低会导致聚合物不能达到足够的降解, 大量大分子进入无机膜,吸附在膜表面,使膜通量下降过快,在影响滤后水质的同时降低无 机膜使用寿命。根据本发明的一个优选实施方式,采用〇 3氧化时,臭氧投加量为20~500mg/ L,反应温度为10~90°C,反应时间是10~200min;采用03/H2〇2氧化时,臭氧投加量为20~ 500mg/L,H202投加量为1~300mg/L,反应温度为10~90°C,反应时间是10~200min;采用 C102氧化时反应温度为10~90°C,C102投加量为5~100mg/L,C10 2氧化时间为10~300min; 采用Fenton试剂氧化时Fe2+和H2〇2浓度分别为20~600mg/L和1~55mg/L,体系pH值为3~5, 反应温度为10~90°C,反应时间为10~200min。
[0016] 根据本发明的另一个优选实施方式,所述无机膜设备中的膜元件为管式或平板无 机膜,无机膜平均孔径为5~500nm。
[0017] 本发明中实施例所用的来水为油田某污水站三元复合驱采出污水,水质分析如表 1:
[0018] 表 1
Figure CN104071919BD00051
[0021] 对比例
[0022] 膜设备对污水进行处理,无机膜的平均孔径为20nm,膜面流速为3m/s,跨膜压差为 0.4MPa,污水温度为35°C。污水在无机膜设备内进行错流过滤,透过液直接用于回注,未透 过膜的循环液与来水进行混合后进入无机膜设备再次进行过滤,污水在循环栗的作用下进 行多次循环过滤,经多次循环错流过滤后,循环罐中的污水浓缩50倍时,将浓缩液排入浓水 池。对出水水质进行分析:含油量:2.5mg/L;粒径中值为0.892μπι;悬浮固体含量为0.54mg/ L,符合A1级注水标准。经检测,无机膜完成浓缩操作中的平均通量为50L/m2 · h,运行周期 为10h。平均通量是按照总产水量/总时间进行计算得到的。
[0023] 实施例1
[0024] 如图1所示,本发明的油田含聚污水处理方法,包括以下步骤:
[0025] 将含聚污水输入预处理装置,采用03/H202协同氧化处理。具体的反应条件为:pH值 在原水碱性条件下,〇3和H 2〇2浓度分别为118mg/L和15mg/L,氧化时间为30min,反应温度30 Γ。
[0026] 经氧化处理后的污水进入无机膜设备内错流过滤,无机膜的平均孔径为20nm,膜 面流速为3m/s,跨膜压差为0.4MPa,污水温度为35°C,透过液直接用于回注,未透过膜的循 环液与来水进行混合后进入无机膜设备再次进行过滤,污水在循环栗的作用下进行多次循 环过滤,经多次循环错流过滤后,循环罐中的污水浓缩50倍时,将浓缩液排入浓水池。
[0027] 对出水水质进行分析:含油量:4mg/L;粒径中值为0.785μπι;悬浮固体含量为 0.42mg/L,符合Α1级回注水标准。经检测,处理与对照例相同的含聚污水时,无机膜完成浓 缩操作中的平均通量为175L/m 2 · h,运行周期为240h。通过实施例1与对比例的对照可以看 出,通过将含有聚合物增粘剂的污水进行了氧化降解之后,再用陶瓷膜进行过滤时,可以有 效地提高膜过滤通量,延长膜的稳定运行时间。
[0028] 实施例2
[0029] 本发明的油田含聚污水处理方法,包括以下步骤:
[0030] 步骤1,将含聚污水输入预处理装置,采用〇3/H2〇 2氧化处理。具体的反应条件为与 实施例1相同。pH值在原水碱性条件下,〇3和H2〇 2浓度分别为118mg/L和15mg/L,氧化时间为 30min,反应温度30°C。
[0031] 步骤2,经氧化处理后的污水进入无机膜设备内错流过滤,无机膜的平均孔径为 20nm,膜面流速为5m/s,跨膜压差为0.4MPa,污水温度为10、30、50、70、90、95 °C,透过液直接 用于回注,未透过膜的循环液与来水进行混合后进入无机膜设备再次进行过滤,污水在循 环栗的作用下进行多次循环过滤,经多次循环错流过滤后,循环罐中的污水浓度达到来水 浓度的150倍时,将浓缩液排入浓水池。
[0032] 所得出水水质检测和膜通量检测结果如下:
Figure CN104071919BD00061
[0034] 实施例3
[0035] 如图1所示,本发明的油田含聚污水处理方法,包括以下步骤:
[0036] 步骤1,将含聚污水输入预处理装置,采用Fenton试剂进行氧化处理。具体的反应 条件为:Fenton试剂中Fe2+和H2〇2浓度分别为100mg/L和15mg/L,体系pH值为4,反应温度为 40°C,反应时间为60min。
[0037] 步骤2,经氧化处理后的污水进入无机膜设备内错流过滤,无机膜的平均孔径为 200nm,膜面流速为3m/s,跨膜压差为0.4MPa,污水温度为50°C,透过液直接用于回注,未透 过膜的循环液与来水进行混合后进入无机膜设备再次进行过滤,污水在循环栗的作用下进 行多次循环过滤,经多次循环错流过滤后,循环罐中的污水浓缩50倍时,将浓缩液排入浓水 池。
[0038] 对出水水质进行分析:含油量:4mg/L;粒径中值为0.846μπι;悬浮固体含量为 0.54mg/L,符合Α1级回注水标准。经检测,处理与对照例相同的含聚污水时,无机膜完成浓 缩操作中的平均通量为150L/m2 · h,运行周期为205h。
[0039] 实施例4
[0040] 将含聚污水输入预处理装置,采用C102试剂进行氧化处理。具体的反应条件为:pH 值在原水碱性条件下,C102浓度为70mg/L,反应温度为30°C,反应时间为50min。
[0041] 步骤2,经氧化处理后的污水进入无机膜设备内错流过滤,无机膜的平均孔径为 20nm,膜面流速为3m/s,跨膜压差为0.4MPa,污水温度为35°C,透过液直接用于回注,未透过 膜的循环液与来水进行混合后进入无机膜设备再次进行过滤,污水在循环栗的作用下进行 多次循环过滤,经多次循环错流过滤后,循环罐中的污水浓缩50倍时,将浓缩液排入浓水 池。
[0042] 对出水水质进行分析:含油量:5mg/L;粒径中值为0.804μπι;悬浮固体含量为 0.85mg/L,符合Α1级回注水标准。经检测,处理与对照例相同的含聚污水时,无机膜完成浓 缩操作中的平均通量为146L/m 2 · h,运行周期为180h。
[0043] 实施例5
[0044] 本发明的油田含聚污水处理方法,包括以下步骤:
[0045] 步骤1,将含聚污水输入预处理装置,采用03/H202氧化处理。具体的反应条件为与 实施例1相同。pH值在原水碱性条件下,〇3和H2〇2浓度分别为118mg/L和15mg/L,氧化时间为 30min,反应温度30°C。
[0046] 步骤2,经氧化处理后的污水进入无机膜设备内错流过滤,无机膜的平均孔径为 20nm,膜面流速为3m/s,跨膜压差为0.4MPa,污水温度为90°C,透过液直接用于回注,未透过 膜的循环液与来水进行混合后进入无机膜设备再次进行过滤,污水在循环栗的作用下进行 多次循环过滤,经多次循环错流过滤后,循环罐中的污水浓度达到来水浓度的150倍时,将 浓缩液排入浓水池。
[0047] 对出水水质进行分析:含油量:3mg/L;粒径中值为0.711μπι;悬浮固体含量为 0.55mg/L,符合Α1级回注水标准。经检测,处理与对照例相同的含聚污水时,无机膜完成浓 缩操作中的平均通量为290L/m 2 · h,运行周期为220h。

Claims (1)

1.油田含聚污水的处理方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,对含聚合物增粘剂的 污水进行氧化处理;步骤2,对氧化降解后的污水通过无机膜进行过滤;无机膜平均孔径为5 ~500nm;膜面流速为1~8m/s; 所述的氧化处理的工艺选自〇3氧化、O3/H2O2氧化、CIO2氧化或Fenton试剂氧化; 所述的〇3氧化中,臭氧投加量为20~500mg/L; 所述的〇3/H2〇2氧化中,臭氧投加量为20~500mg/L,H202投加量为1~300mg/L; 氧化反应温度为10~90 °C,反应时间是10~200min; 所述的C102氧化中,C102投加量为5~100 mg/L; 氧化时间为10~300min,反应温度为10~90 °C ; 所述的Fenton试剂氧化中,Fe2+和H2〇2浓度分别为20~600 mg/L和1~55mg/L,体系pH值为 3~5,反应温度为10~90 °C,反应时间为10~200min。
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