宗 悅

(沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110168)

隨著石油相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展日漸成熟，我國(guó)大多數(shù)油田已經(jīng)處于開采中后期。原油中的含水量不斷增加，甚至可達(dá)到90%[1,2]。雖然部分污水可通過(guò)處理作為回注水使用，但是實(shí)際處理后的污水很難達(dá)到回注水質(zhì)量指標(biāo)，另外部分油田不存在回注條件，仍會(huì)產(chǎn)生大量含油污水[3]。如果未經(jīng)處理達(dá)標(biāo)直接排放，大量無(wú)機(jī)和有機(jī)污染物可以釋放到大氣、水體以及土壤中，危害生態(tài)環(huán)境和人類健康。采油廢水中污染物的種類和性質(zhì)相對(duì)復(fù)雜，屬于難降解工業(yè)廢水。因此，針對(duì)廢水的污染物特性，通常采用多種處理技術(shù)組合使用，合理高效地降低污染物的含量，從而實(shí)現(xiàn)采油廢水的達(dá)標(biāo)排放。但是目前處理工藝在實(shí)際應(yīng)用中仍存在許多問題，需要進(jìn)一步優(yōu)化改善，以取得更好的處理效果。

1 采油廢水的組成及其危害

油田采油廢水中含有油類物質(zhì)、懸浮固體、無(wú)機(jī)鹽類、酚類、烴類、醇類、酯類等多種成分[4]。

采油廢水如若未經(jīng)處理直接排放，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生多種危害[5]。

1.1 水資源污染

廢水中的浮油以連續(xù)相漂于水面，影響氣水之間的物質(zhì)互動(dòng)及水生植物的光合作用，溶解氧含量下降，水質(zhì)不斷惡化。

1.2 土壤污染

采油廢水不僅會(huì)降低土壤的透水性和透氣性，石油中的污染物質(zhì)還會(huì)與磷和氮等元素結(jié)合，降低土壤的肥力，影響各種植物的生長(zhǎng)。油類物質(zhì)會(huì)損壞植物根部甚至造成植物死亡，造成農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)的嚴(yán)重虧損。

1.3 大氣污染

采油廢水中部分污染物質(zhì)通過(guò)揮發(fā)進(jìn)入大氣，隨著污染物濃度的不斷升高，造成嚴(yán)重的大氣污染。

1.4 危害人類身體健康

石油污染物質(zhì)通過(guò)呼吸、皮膚接觸和食物鏈進(jìn)入人體后，對(duì)人體健康造成極大損害，引發(fā)貧血、惡性腫瘤等各種疾病。

2 采油廢水處理工藝研究現(xiàn)狀

2.1 物理法處理工藝

2.1.1 氣浮法

氣浮法的主要處理對(duì)象是密度接近于1的細(xì)微懸浮顆粒和膠體，污染物微粒黏附在大量微氣泡表面上浮至液面，形成浮沫被去除。氣浮法主要包括電解氣浮、加壓溶氣氣浮、化學(xué)氣浮和曝氣氣浮，該方法具有處理效率高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于處理含油廢水。

張吉庫(kù)[6]等采用電解氣浮/過(guò)濾工藝處理沈陽(yáng)采油廠廢水，以含油量和SS為主要水質(zhì)污染指標(biāo)，探究電流強(qiáng)度、停留時(shí)間、極板間距、溫度等因素對(duì)氣浮處理效果的影響。結(jié)果表明，在水溫60℃，電流強(qiáng)度為1.2A，極板間距為20mm，停留時(shí)間為18min時(shí)，SS去除率達(dá)到79.19%，除油率達(dá)到93.13%。

2.1.2 吸附法

吸附法是利用固體吸附材料比表面積大和表面活性強(qiáng)的特性吸收去除污水中的污染物質(zhì)的過(guò)程。因其去除效果好，避免二次污染，出水水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用[7]。近年來(lái)，常用的吸附劑有活性炭、樹脂吸附劑、聚乙烯、炭石纖維等。

He Lei[8]等通過(guò)氨基化氧化石墨烯，加入磁性Fe3O4納米粒子，并涂覆聚乙二醇制備了可重復(fù)使用的納米吸附劑去除油田廢水中Mg2+和Ga2+。試驗(yàn)結(jié)果表明，在10min時(shí)，對(duì)Mg2+和Ga2+的去除率分別達(dá)到61.1%和69.8%，并且該納米吸附劑在第5次回收時(shí)的重復(fù)利用率達(dá)到了79.1%。用納米吸附劑處理過(guò)的油田廢水用于巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中的采油，采油效率較之前顯著提高了11.8%。

2.1.3 膜分離法

膜分離法是利用膜的孔徑大小產(chǎn)生的選擇透過(guò)性將污染物小分子或顆粒分離去除的過(guò)程，具有分離效率高、操作簡(jiǎn)單、出水穩(wěn)定且水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到國(guó)內(nèi)外研究者的重視[9]。膜依據(jù)其材質(zhì)大致可以分為纖維膜、聚酯膜、陶瓷膜等。

曹婷婷[10]等采用無(wú)機(jī)陶瓷膜過(guò)濾處理采油廢水，結(jié)果表明，陶瓷膜過(guò)濾對(duì)采油廢水中Ba2+去除率達(dá)到92%，TP去除率達(dá)到69%，TS去除率達(dá)到59%。但膜組件運(yùn)行一段時(shí)間后膜通量下降，表面附著有機(jī)污染物、碳酸鈣等導(dǎo)致膜堵塞，建議與其它工藝結(jié)合使用處理采油廢水。

2.2 化學(xué)法處理工藝

2.2.1 化學(xué)混凝法

化學(xué)混凝法主要是處理廢水中的不溶污染物，投加化學(xué)藥劑可以降低油的乳化性，使水中膠體粒子和微小懸浮物聚集沉淀，凈化污水的過(guò)程。常用的絮凝劑有PFS、PAM、PAC等?；炷ú僮骱?jiǎn)單，但由于COD去除效果差，存在二次污染等問題，一般作為采油廢水的預(yù)處理階段。

王孝[11]等采用混凝-氣浮組合工藝處理三元驅(qū)和聚合驅(qū)采油廢水，確定除油效果較好的藥劑組合。結(jié)果表明，投加一定量硫酸鋁作為絮凝劑及少量PAM和破乳劑，在pH為8時(shí)，含油量從300mg·L-1降至5.2mg·L-1。結(jié)合氣浮工藝，提升了整體的除油效率。

2.2.2 高級(jí)氧化法

高級(jí)氧化技術(shù)主要針對(duì)處理高濃度含油廢水，利用羥基自由基(·OH)促進(jìn)氧化分解難降解的大分子有機(jī)物，達(dá)到污染物無(wú)毒無(wú)害化的過(guò)程。常用的技術(shù)有電化學(xué)氧化法、Fenton氧化法、臭氧氧化法等。該技術(shù)具有氧化無(wú)選擇性、反應(yīng)速度快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景[12]。

孟寧等[13]采用O3/H2O2氧化組合工藝處理某油田外排水，通過(guò)探究氧化反應(yīng)時(shí)間、O3質(zhì)量濃度、H2O2投加量、pH等因素對(duì)廢水處理效果的影響，確定了O3/H2O2處理工藝的最佳運(yùn)行條件。結(jié)果表明，在O3濃度為30mg·L-1、pH為8.50、H2O2投加量為0.24g·L-1、反應(yīng)時(shí)間為60min的最佳條件下，COD去除率達(dá)到55%以上，B/C提升至0.440。相比單獨(dú)使用O3氧化法，COD去除率提高了26.9%，B/C值增加了0.192。

2.3 生物法處理工藝

2.3.1 好氧生物處理

好氧生物處理法是借助好氧微生物(包括兼性微生物)進(jìn)行好氧代謝將有機(jī)污染物降解為無(wú)機(jī)物，使其穩(wěn)定、無(wú)害化的處理方法。好氧生物處理主要分為活性污泥法和生物膜法，主要處理中、低濃度的有機(jī)廢水。常用的處理工藝有SBR、A/A/O、MBR、曝氣生物濾池等。

2.3.1.1 SBR處理工藝

該工藝采用間歇式曝氣，集均化、生物降解、沉降于一體，具有運(yùn)行方式靈活、占地少、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。王玫[14]等采用SBR工藝處理遼河油田高含鹽采油廢水，利用嗜鹽菌減少?gòu)U水的含鹽量，探究工藝的最佳運(yùn)行參數(shù)。結(jié)果表明，在pH為5.5、反應(yīng)時(shí)間4～10h的最佳運(yùn)行條件下，COD的去除率在32.2%～76.2%。

2.3.1.2 曝氣生物濾池法

該方法因?yàn)樘幚硇矢摺⑦\(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。張齊[15]等采用三級(jí)內(nèi)循環(huán)BAF-超濾聯(lián)合工藝處理東北某油田采油廢水，以氣水比為影響因素考察了BAF對(duì)各污染物的降解效果。結(jié)果表明，三級(jí)內(nèi)循環(huán)BAF對(duì)COD的去除率達(dá)到60%以上，PAM的去除率高于40%，氨氮和SS去除率始終高于95%。經(jīng)聯(lián)合工藝處理后，最終出水滿足SYT5329—2012滲透層注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.2 厭氧生物處理

厭氧生物處理是在隔絕氧氣條件下，厭氧菌和兼性菌通過(guò)自身代謝對(duì)大分子有機(jī)物進(jìn)行生化降解的過(guò)程，可以分為3個(gè)階段，水解階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段。厭氧消化具有應(yīng)用范圍廣、能耗較低等優(yōu)點(diǎn)，但出水水質(zhì)較差，一般需進(jìn)一步經(jīng)過(guò)好氧處理。

李薇[16]等采用UASB-SMBR組合工藝模擬處理油田廢水，以COD、SS、氨氮、石油類、揮發(fā)酚為主要水質(zhì)污染指標(biāo)，考察該工藝的可行性。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)UASB消化作用，含油廢水的可生化性B/C從0.14提高到0.35。UASB出水經(jīng)好氧處理后，廢水中各類污染物質(zhì)的去除率均高于96%，出水滿足行業(yè)和國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 組合工藝處理采油廢水

雖然使用單一工藝可以部分降低采油廢水中各污染物質(zhì)的濃度，但是處理效果并不能達(dá)到預(yù)期，出水不能達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)或者國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，組合工藝的使用就顯得尤為重要，進(jìn)一步優(yōu)化處理效果，成為科學(xué)有效處理油田采油廢水的最佳選擇。

2.4.1 物化法組合工藝

物理法和化學(xué)法一般作為一級(jí)處理工藝[17]，物化法組合工藝具有占地小，反應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)，但由于其處理能力有限且存在二次污染，一般后面結(jié)合生物法共同處理采油廢水。王維[18]等采用混凝-Fenton氧化技術(shù)處理新疆某油田污水，結(jié)果表明，混凝階段，在pH為9，PAC投加量為700mg·L-1，APAM投加量為1.43mg·L-1時(shí)，COD降低至300mg·L-1，去除率可以達(dá)到62%；經(jīng)Fenton氧化處理混凝出水，當(dāng)H2O2投加量為0.55g·L-1，F(xiàn)eSO4投加量為0.65g·L-1時(shí)，出水中COD從832mg·L-1降至166mg·L-1，原油類物質(zhì)基本除盡。

2.4.2 物化加生化法組合工藝

生化法主要作為二級(jí)處理工藝[17]，對(duì)一級(jí)處理的出水進(jìn)行生物降解處理，具有處理效率高、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，物化加生物法組合工藝在實(shí)際處理采油廢水中應(yīng)用最為普遍。

研究以COD、SS、油類物質(zhì)、聚丙烯酰胺為主要水質(zhì)污染指標(biāo)考察了氣浮-酵母生物反應(yīng)器-上流式厭氧污泥床-曝氣生物濾池組合工藝對(duì)油田污水的處理效果。結(jié)果表明，在優(yōu)化條件下，COD、SS、油和聚丙烯酰胺的總?cè)コ史謩e為95.7%、88.8%、99.6%和97.0%，最終出水達(dá)到國(guó)家一級(jí)污水排放標(biāo)準(zhǔn)[19]。

王澤正[20]等采用MBR與陶瓷平板膜過(guò)濾技術(shù)相結(jié)合的工藝處理中海油高鹽度采油廢水，考察該工藝對(duì)COD和氨氮的去除效果。結(jié)果表明，在DO的質(zhì)量濃度在2～3mg·L-1條件下，C-MBR工藝對(duì)廢水中COD的去除率達(dá)到95%以上、NH4+-N的去除率達(dá)到98%以上，出水水質(zhì)較好。

3 結(jié)論與展望

通過(guò)上述研究與討論可知，由于油田采油廢水產(chǎn)量大、成分復(fù)雜，各油田廢水成分不盡相同，采油廢水的處理工藝也隨之相對(duì)復(fù)雜多變。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)很多處理采油廢水的新技術(shù)，也逐漸在實(shí)際處理中得到應(yīng)用。但使用單一的、傳統(tǒng)的處理工藝并不能徹底解決采油廢水處理達(dá)標(biāo)的問題，因此，在實(shí)際處理采油廢水過(guò)程中，各油田應(yīng)結(jié)合自身情況，同時(shí)考慮運(yùn)行成本、工藝可行性、出水水質(zhì)等因素，選擇最佳的組合工藝。并且不斷地發(fā)展新的處理技術(shù)以優(yōu)化組合工藝，保證更加科學(xué)高效地提升油田采油廢水的處理效率，最大程度地減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)我國(guó)在石油開采與污水處理2方面均可持續(xù)發(fā)展的可能。