CN106542693B - 一种油田采出水的处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油田采出水处理方法及装置，所述处理方法具为体采用空气氧化/混凝气浮/生物流化床/竖流沉淀/电催化氧化组合技术处理采出水，属于环境保护领域。所述装置包括：空气氧化槽、混凝槽、多相斜板气浮机、生物流化床反应器、竖流式沉淀池、电催化氧化反应器；采出水经过处理后，含油从96降到0，去除率达到100％；悬浮物从306mg/L降到2mg/L，去除率达99.3％；COD_cr从832mg/L降到10mg/L，去除率达90.4％；BOD₅从236mg/L降到15mg/L，去除率达93.6％，各项指标达到《污水综合排放标准》GB 8978‑1996一级标准。

Description

一种油田采出水的处理方法及装置

技术领域

本发明属于一种油田采出水处理领域，具体地说涉及一种空气氧化/混凝气浮/生物流化床/竖流沉淀/电催化氧化组合技术处理采出水的方法及装置。

背景技术

目前，我国大部分油田已进入石油开发的中期和后期，进入三次采油阶段，采出液中的含水量为70—80％，有的油田甚至已高达90％，采出水水量非常大。聚合物驱和三元复合驱是最重要的三次采油技术，在很多油田得到大面积的推广。

油田采出水成分复杂，不仅含有原油，在高温高压的油层中还溶解了地层中的各种盐类和气体，矿化度高；在采油过程中，从油层里携带许多悬浮固体；在采油、油气集输、和井下作业中，投加了各种化学药剂。在聚合物驱采出水中还含有大量的聚合物(以聚丙烯酰胺为主)，聚合物的浓度一般在200～1000mg/L，聚合物的存在增加了污水的粘度，增强水相携油能力，同时也使水中油滴等颗粒的乳化稳定性增强，增加了油水分离的难度，为后续采出水处理增加了难度，聚合物驱采出水的处理已成为实现聚合物驱油工业化推广的主要限制因素，是我国油田亟待解决的重要课题。

随着聚合物驱油的广泛应用，产生了大量的含聚合物采出水，含聚采出水经过处理后，根据水质不同，主要去向是回注、配聚合物、低压蒸汽锅炉和达标排放。采出水主要处理方法有：①沉降分离-过滤除油和悬浮物，沉降分离除油段的处理方法有重力沉降法、混凝沉降法、电絮凝法、斜板沉降法、压力沉降法、气浮选法及旋流器法等，有时也采用几种方法组合；过滤段处理方法有核桃壳过滤法、石英砂过滤法、纤维球过滤法、锰砂过滤法、膜分离法等；②化学氧化法去除采出水中的聚合物、还原性物质和细菌，化学氧化法有化学试剂氧化法、空气氧化法、光催化氧化法等；②生物化学处理工艺去除采出水中的有机物及部分无机物，生物处理方法主要有生物厌氧法、好氧氧化法等。

含聚污水作为一种难处理的新型油田污水，必须对它进行处理才能排放或回用。但是现有油田采出水处理技术已明显的落后，跟不上石油工业的飞速发展，成为遏制石油工业进一步发展的关键因素之一。因此，开发出适合各油田采出水处理的最佳工艺是当前需要迫切解决的问题。

电催化氧化是利用具有催化性能的金属氧化物电极，产生具有强氧化能力的羟基自由基或其它自由基和基团攻击溶液中的有机污染物，使其完全分解为无害的H₂O和CO₂的绿色化学技术。该法由于对有机物和部分还原性物质氧化效率高，操作简便，设备集成度高，占地少等优点，尤其在生物难降解废水的处理方面表现出了高效的降解能力，已日渐成为水污染控制领域中的研究热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油田采出水的处理方法及装置，去除采出水中的油、溶解在水中的有机物和悬浮物，达到《污水综合排放标准》GB 8978-1996一级标准。

为了实现上述目的，本发明采用了空气氧化-混凝气浮-生物流化床-竖流沉淀-电催化氧化组合技术。采出水中还原性物质较多，首先采用空气曝气氧化，将部分还原性物质氧化，采出水由黑色变成无色；再加入混凝剂，破乳絮凝，通过多相斜板气浮机将油和絮体分离；生物流化床内填加生物填料，增加微生物的生存空间，增大生物量，大大提高了有机负荷率，同时使部分水循环，增加废水中的溶解氧，这样在不断曝气的条件下，有效降解采出水中的有机物；生物流化床出水加入混凝剂，形成絮体，在竖流沉淀池内分离；竖流沉淀池清液进入电催化氧化槽，网状极板表面涂有钌铱，在电场作用下，将剩余还原性物质及部分有机物氧化分解最终达到净化的目的。

油田采出水的处理方法，包括如下步骤：

1)空气氧化槽：采出水自流进入空气氧化槽，在微孔曝气器产生的气流作用下，实现气体搅拌，同时将空气中的氧溶解到水中，氧化水中的还原性物质并杀死水中的厌氧菌，空气氧化后的水自流入混凝槽。

所述中和反应池内置微孔曝气器，采用空气搅拌形式，同时将废水中的还原性物质氧化并杀死厌氧菌。

2)混凝槽：步骤1)的出水从混凝槽的废水进入端流入，同时向槽内投加混凝剂聚合氯化铝和高分子絮凝剂聚丙烯酰胺，在空气搅拌作用下，促使污水中各种悬浮颗粒的形成，并相互架桥形成较大的絮体，形成絮体的废水自流入多相斜板气浮机。

3)多相斜板气浮机：步骤2)的出水从多相斜板气浮机的废水进口进入，并与多相斜板气浮机产生的溶气水混合，在多相斜板气浮机内絮体与水分离，清水经出水口自流入生物流化床反应器。

所述的多相斜板气浮机分离的絮体，经刮渣板刮出。经斜板沉到底部的絮体经排泥口排出。

4)生物流化床反应器：步骤3)的出水从生物流化床的废水进水口流入，在微孔曝气器产生的气流作用下，实现气体搅拌，使废水与生物填料充分接触，同时为微生物提供氧气。微生物附着在生物载体上。

5)竖流沉淀池：步骤4)的出水从竖流沉淀池的进水口流入，经中心管布中部水，上部溢流堰集水经出水口自流入电催化氧化槽。

所述的竖流沉淀池，底部锥斗，絮体沉积浓缩，经排泥口排出。

6)电催化氧化反应器：步骤5)的出水从电催化氧化槽的废水进水口流入，经过电催化氧化后，从出水口流出至清水槽。

所述的电催化氧化反应器所配的直流电源规格为1500A/20V，运行时电流控制在200～600A。

为实现上述目的，处理装置包括空气氧化槽、混凝槽、多相斜板气浮机、生物流化床反应器、竖流式沉淀池、电催化氧化反应器、直流电源、清水槽、鼓风机、聚合氯化铝配药槽、聚丙烯酰胺配药槽，其中：

采出水来水管与空气氧化槽上部进水口连接，氧化槽上部出水口与混凝槽进水口相通，氧化槽底部设微孔曝气器搅拌，微孔曝气器与风机出口连接；混凝槽底部设微孔曝气器搅拌，微孔曝气器与风机出口连接，出水口与多相斜板气浮机进水口连接，混凝剂聚合氯化铝配药槽和聚丙烯酰胺配药槽均通过加药泵与混凝槽管路连接；

多相斜板气浮机上部出水口与生物流化床反应器上部进水口连接，内部装Φ50mm塑料斜板，底部设排尼泥口；

生物流化床反应器底部设微孔曝气器搅拌，微孔曝气器与风机出口连接，内部填装柱状Φ15mm塑料生物填料，填装率为反应器35％，出水口与竖流沉淀池中心管连接；

竖流沉淀池中部进水，上部出水，底部设排泥口，竖流沉淀池出水口与电催化氧化槽上部进水口连接；

电催化氧化槽上部进水，内分两格，底部连通，每格内设一组涂钌铱钛电极板，正极与直流电源正极连接，负极与直流电源负极连接，上部出水口与清水槽进水口连通。

所述电催化氧化槽内设的钌铱涂层极板，采购的是宝鸡智铭特种金属有限公司网状极板。

本发明的基本原理：

1.混凝气浮的基本原理

采出水中胶体颗粒微小、表面水化和带电使其具有稳定性，投加混凝剂，中和采出水中胶体微粒和乳化油表面电荷，压缩胶团的双电层，随着双电层的破坏，乳化油胶团的排斥电位消失，胶团之间互相碰撞聚结形成油滴和絮体颗粒，再加入高分子絮凝剂，通过絮凝剂的吸附架桥作用，使絮体颗粒逐渐变大。向水中充入溶气，微小气泡粘附水中的杂质颗粒，使絮体密度小于水升浮至水面，并与水分离去除。

2.生物流化床的基本原理

以流体为动力，空气为氧源，以蜂窝状柱状填料为载体，经过一段时间的培养驯化，在填料表面形成成熟的生物膜，生物膜主要是由胶体物质、细菌、多种种属的原生动物和后生动物，还有生长氧化较强的球衣菌属的丝状菌等构成。在载体与流体充分接触的过程中，有机物进入生物膜，通过微生物的新陈代谢使有机物降解。

3.电催化氧化的基本原理

采出水中矿化度高，含氯高，在阳极产生强氧化剂氯气，同时，在电场作用下，分解H₂O，产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH基团)，在钌铱催化作用下，氯气和羟基自由基将污水中的剩余还原性物质和部分有机物氧化分解，达到净化的目的。

本发明的优点和有益效果为：

a、采用空气氧化污水中的还原性物质，效果好，运行成本低。

b、采用多相斜板气浮机理处理采出水，出水水质好，停留时间短，占地面积小，操作管理方便，运行费用低。

c、流化床工艺成熟，采用耐盐优势菌种接种挂膜，挂膜快，驯化周期短，处理效果好。

d、电催化氧化技术将电解与催化结合，产生的强氧化性羟基自由基和氯气，氧化能力强，出水效果好。

e、系统工艺先进，运行稳定，易于管理，操作十分简单，耐冲击负荷，出水稳定。

f、采出水经过处理后，含油从96降到0，去除率达到100％；悬浮物从306mg/L降到2mg/L，去除率达99.3％；COD_cr从832mg/L降到10mg/L，去除率达90.4％；BOD₅从236mg/L降到15mg/L，去除率达93.6％，各项指标达到《污水综合排放标准》GB 8978-1996一级标准。

附图说明

图1为本发明的装置工艺流程示意图，其中，1为空气氧化槽，2为混凝槽，3为多相斜板气浮机，4为生物流化床反应器，5为竖流式沉淀池，6为电催化氧化反应器，7为直流电源，8为清水槽，9为启动鼓风机。

具体实施方式

采出水进入空气氧化槽1，启动鼓风机9曝气，保证废水循环流动；空气氧化槽1出水自流入混凝槽2，先后分别加入混凝剂聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)，混凝槽2出水自流入多相斜板气浮机3，絮体与清水分离；多相斜板气浮机3清水自流入生物流化床反应器4，同时曝气，使生物载体与水上下循环流动，采出水中的溶解氧控制在5mg/l，通过微生物的新陈代谢降解有机物；生物流化床出水加入聚合氯化铝(PAC)自流入竖流式沉淀池5，絮体和清水分离；竖流沉淀池5出水自流入电催化氧化反应器6，废水充满后，启动直流电源7，电解催化氧化废水，出水自流入清水槽8，出水达标排放。

本发明采用新疆油田采油二厂72号站采出水为例，进行具体描述，水质情况见表1。

表1：采出水水质情况

实施例1：从新疆油田采油二厂72号站沉淀池取回活性污泥，进行挂膜驯化，待系统稳定运行后，用采出水做连续实验，处理量1m³/hr。空气氧化水力停留时间2hr，混凝槽PAC投加量700mg/L，PAM投加量1.5mg/L，多相气浮水力停留时间45min，竖流沉淀槽PAC投加量60mg/L，水力停留时间1.5hr，电催化氧化电流450A，水力停留时间50min，实验结果见表2，系统去除率见表3。

表2系统工艺出水水质

由表2实验结果看出，油全部去除，悬浮物去除率达99.3％，COD_cr去除率达90.4％，BOD₅去除率达93.6％，各项指标达到《污水综合排放标准》GB8978-1996一级标准。

表3系统工艺去除率

采出水经过处理后，含油从96降到0，去除率达到100％；悬浮物从306mg/L降到2mg/L，去除率达99.3％；COD_cr从832mg/L降到10mg/L，去除率达90.4％；BOD₅从236mg/L降到15mg/L，去除率达93.6％，各项指标达到《污水综合排放标准》GB 8978-1996一级标准。

Claims (9)

1.一种油田采出水的处理方法，其特征在于，采出水经过空气氧化-混凝气浮-生物流化床-竖流沉淀池-电催化氧化组合技术处理后，达到排放标准；

所述处理方法具体为：

1）空气氧化：将采出水采用空气曝气氧化；

2）混凝气浮：加入混凝剂，破乳絮凝，通过多相斜板气浮机将油和絮体分离；

3）生物流化床：于生物流化床内填加生物填料，在曝气的条件下，降解采出水中的有机物；

4）竖流沉淀池：生物流化床出水时加入混凝剂，形成絮体，在竖流沉淀池内分离；

5）电催化氧化：竖流沉淀池清液进入电催化氧化反应器，电催化氧化反应器内部设网状阴阳极板，网状阴阳极板表面涂有钌铱催化剂，在电场作用下净化采出水。

2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法能够去除采出水中的油、悬浮物、COD和BOD。

3.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤1）中所述的空气氧水力停留时间为2~3h。

4.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤2）中加入混凝剂聚合氯化铝为600~1000mg/L，聚丙烯酰胺为1~5mg/L；所述多相斜板气浮机内填充Φ50mm塑料斜板，水力停留时间为30~50min。

5.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤3）中所述的生物流化床曝气是使废水中的溶解氧控制在4~8mg/L，所述的生物填料是柱状Φ15mm塑料生物填料。

6.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤4）中所述的竖流沉淀池中加入混凝剂聚合氯化铝的量为50~100mg/L，水力停留时间为1～2h。

7.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤5）中所述电催化氧化的电流为200～600A，水力停留时间为1～2h。

8.一种实现权利要求1-7任一所述方法的装置，其特征在于，所述装置包括：空气氧化槽（1）、混凝槽（2）、多相斜板气浮机（3）、生物流化床反应器（4）、竖流式沉淀池（5）、电催化氧化反应器（6）；

其中，空气氧化槽（1）的槽底设有曝气头；混凝槽（2）的槽底设有曝气头；多相斜板气浮机（3）内部填装有斜板，配有溶气泵和刮渣机；生物流化床反应器（4）内部填充生物填料，底部设有曝气头，出口带过滤网，防止填料流失；竖流式沉淀池（5）内设中心管、反射板和溢流槽；电催化氧化反应器（6）呈长方体状，内部设网状阴阳极板，直流电源（7），直流电源（7）的正极与阳极连接，负极与阴极连接。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，包括空气氧化槽、混凝槽、多相斜板气浮机、生物流化床反应器、竖流式沉淀池、电催化氧化反应器、直流电源、清水槽、鼓风机、聚合氯化铝配药槽、聚丙烯酰胺配药槽，其中：

采出水来水管与空气氧化槽进水口连接，氧化槽出水口与混凝槽进水口相通，氧化槽底部设微孔曝气器搅拌，微孔曝气器与风机出口连接；混凝槽底部设微孔曝气器搅拌，微孔曝气器与风机出口连接，出水口与多相斜板气浮机进水口连接，混凝剂聚合氯化铝配药槽和聚丙烯酰胺配药槽均通过加药泵与混凝槽管路连接；

多相斜板气浮机上部出水口与生物流化床反应器上部进水口连接，内部装Φ50mm塑料斜板，底部设排尼泥口；

生物流化床反应器底部设微孔曝气器搅拌，微孔曝气器与风机出口连接，内部填装柱状Φ15mm塑料生物填料，填装率为反应器35%，出水口与竖流沉淀池中心管连接；

竖流沉淀池中部进水，上部出水，底部设排泥口，竖流沉淀池出水口与电催化氧化槽上部进水口连接；

电催化氧化槽上部进水，内分两格，底部连通，每格内设一组涂钌铱钛电极板，正极与直流电源正极连接，负极与直流电源负极连接，上部出水口与清水槽进水口连通。

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