高级氧化技术在油田污水处理中的应用研究

高级氧化技术在油田污水处理中的应用研究

褚庆鑫

大庆油田第三采油厂第二油矿

摘要：为了响应党中央绿水青山也是金山银山的号召，各地加大了对环境污染的整治力度，环保要求越来越严格，油田面临的环保压力越来越大。随着油田持续开采，油井采出液中含水率不断上升，污水量日益增加，同时，注聚合物等采油技术的应用，使得污水性质更加复杂。面对新形势，加强对油田污水处理工艺技术的研究，提升处理效果、加强水资源的再利用，对于减轻油田环保压力、改善矿区环境具有重要意义。

关键词：油田污水；处理技术；氧化法

1 前言

随着我国国民经济的快速发展，对石油天然气资源的需求量不断上升，由于国内老油田多进入开发中后期，资源量减少，持续高产稳产压力增大。为了满足国民经济发展需求，我国加大了对油气资源的进口，资源进口量逐年上升，进口占比不断增大。为了保障油气资源供应安全，国内油田加大了对油气勘探开发的力度。老油田持续开采地层采出液中含水率不断上升，为了提高单井产量，大部分油田都采用注水开发、注聚合物开发等技术，大量油田污水从井眼中采出来，污水外排对环境造成污染，污水处理是油田面临的一大难题，如何提高油田污水的处理效果、提升水资源的再利用，对于减轻油田环保压力、改善矿区环境具有重要意义。现阶段，国内各油田专注于通过各种物理、化学、生物技术来改善油田污水水质，降低油田污水对环境的危害，将污水回注时，对储层的伤害降至最低，同时回注污水能够在一定程度上提高原油采收率。因此，不断加强对油田污水的处理的研究，不断探索新技术新工艺，提升资源的再利用，对于油田可持续发展具有重要意义。

2 油田污水现状分析

油田生产及开发过程中，不同的生产工艺会产生不同类型的污水，常见的有普通油井污水、洗井污水、洗盐污水以及三次采油产生的污水等。目前，我国油田多进入开发中后期，单井产量不断下降，为了提升原油采收率，多采用注水开发或注聚合物开发的方式，即采用注入高压的聚合物或水，压力大于油井地层压力，以此来驱替储层中原油向目标井流动，达到提升采收率的目的。注水或注聚合物开发在一定程度上提升了单井产量，注入的水或聚合物等液体在一定程度上补充了地层流体，但注入的物质会随着原油被采出地面，随着开采时间的增加，油井产出液中含水率不断上升，相应的产水量也不断增加，油井产出液中污水时油田污水的最主要来源，注水或注聚合物开发的油井，随着开发时间增加，含水率会逐年递增。部分油田老井含水率达到90%以上，油井产液量及污水量较大。此外，油田原油在外输过程中，还要进行脱水处理，将原油中含水率降至0.5%以下。

含油污水原水是指未经任何处理的含油污水，这种污水的性质受到地层水性质、储层中原油性质、注入水或聚合物类型、原油集输技术、原油脱水流程等影响，水体中通常含油固相物质、胶体、可溶性盐类、聚合物、溶解气等。油田污水中有害物质主要有以下几类：①固相颗粒。主要是不溶的固相悬浮颗粒，粒径多分布在1μm至100μm之间；②胶体颗粒。主要由钻井液中泥质成分、垢质及细菌微生物等组成的，粒径在0.001微米至1微米之间；③浮油或分散油。油田污水中通常含油一定量的原油，原油含量在1000至2000mg/L，其中，主要为分散油，含量在90%以上。分散油颗粒较小，粒径在10微米至100微米之间，浮油颗粒相对较大，多大于100微米；④乳化油。开采出的原油中含有一部分乳化油，乳化油颗粒在0.001微米到10微米之间；⑤溶解物质。主要是各种盐类等低分子无机物质及离子。根据对油田污水的研究发现，油井中采取液中污水排量大，油田污水中含油高、固相物质含量高，矿化度可达3000mg/L以上，并且不同油井返出的污水中物质含量差异较大。这些油田污水含有较多的有害物质，随意排放会造成严重环境污染。

3 油田污水高级氧化处理技术探讨

油田污水氧化处理技术根据使用的氧化剂的不同，分为芬顿试剂类法、臭氧及组合氧化法、高铁酸盐氧化法、半导体光催化法。

3.1 芬顿试剂氧化法

芬顿试剂具有较强的氧化性，芬顿反应的实质是二价铁离子与双氧水之间的链式反应，生成氢氧自由基，氢氧自由基的氧化能力较强。此外，系列反应中还会生成羧基自由基，羧基具有较强的电负性，具有较强的加成反应特性。氢氧自由基与铁离子反应生成氢氧化铁，在一定酸度条件下，氢氧化铁呈胶体状态，氢氧化铁胶体具有较强的吸附性和凝聚性，能够有效去除污水中的固体悬浮物及杂质。芬顿氧化法氧化速度快，对于污水中的无机硫化物、元素硫、含硫氧化物、硫化氢等都具有较好的氧化效果，反应产物为硫酸盐。芬顿类氧化试剂既能够作为单独的氧化剂处理污水，还能结合其它的污水处理技术，如活性炭吸附技术、混凝沉降技术等，结合使用的效果较好。

传统芬顿反应是铁离子与双氧水反应，后来经过研究，反应中加入氧气及紫外光照射，能够提升芬顿试剂的氧化效果，并能减少双氧水的用量。芬顿试剂氧化法对油田污水中的有机物处理效果好，H

₂O₂/UV氧化处理过程处理的油田污水中有机物浓度范围较大，但该处理方法的缺点是可能产生有害的光化物。

3.2臭氧及组合氧化法

臭氧具有较强的氧化能力，使用臭氧能够有效处理油田污水中的有机物，并且采用臭氧处理不会对环境造成污染，处理反应速度快，臭氧氧化法广泛应用于油田污水处理过程中。臭氧作为处理剂单独使用时，由于臭氧浓度较低，导致氧化能力不强，需要结合其它技术一起使用，能够取得较好的效果。

（1）紫外光臭氧法处理技术。研究表明，紫外光结合臭氧使用能够有效提升氧化能力，处理有机物的速率大幅加快，以此为基础开发的O₃/UV了有机物处理工艺流程，该处理技术的能够显著加速臭氧的分解速度，处理效果较理想。

（2）臭氧-双氧水处理技术。研究表明，双氧水结合臭氧使用，能够加速臭氧分解，增加了溶液中氧供应量，当PH值增加同时增加双氧水投放量，能够显著提升氧化效果。O₃/H₂O₂处理体系具有较好的处理效果。

（3）草酸/锰离子臭氧法。草酸/锰离子结合臭氧使用，与单独的臭氧氧化法相比，处理速度明显提升。

3.3 高铁酸盐类氧化法

高铁酸盐呈暗红色，具有较强的稳定性，极易溶于水，水溶液呈棕红色，热稳定性相对较差，温度高于60℃时开始分解，在酸性溶液中能够快速产生氧气。高铁酸盐具有较强的氧化性，普遍铁盐中铁离子多为Fe²⁺或Fe³铁离子，高铁酸盐中铁离子呈Fe⁶⁺，其具有较强的氧化能力，对于污水中有机化合物，如羧基、醇、胺等具有较好的处理效果，此外，还对部分无机物（氧化NH₂⁺、S₂O₆^2-等）具有较好的处理效果。最后，高铁酸盐不会产生重金属污染，环保效果好。

4 结束语

近年来，我国加大了对环境污染的治理力度，为了贯彻党中央绿水青山也是金山银山的号召，各地环保要求越来越严格，油田由于生产的特殊性，属于高污染高风险企业，环保压力越来越大。另一方面，随着油田持续开采，油井产出液含水率不断上升，注水、注聚合物开采等工艺的应用，使得油田污水量不断增加，污水中有害物质越来越复杂。油田污水是油田主要的污染源，由于采油工艺的不断变化，油田污水性质也产生了变化，必须不断加强油田污水处理工艺技术的研究，适应油田发展新形势，，为油田可持续发展提供技术保障。

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