维普资讯 http://www.cqvip.com １１８ 内蒙古石，￣ｂ４Ｌ－ｒ－ ２００７年第１期 稠油污水深度处理技术探讨 王棠昱 ，黄 坤 ，王元春 ，杨晓敏。，刘海燕 （１．西南石油大学；２．中国工程设计北京分公司； ３．西南油气田分公司川东气矿地面建设部；４．中油集团四川设计所） 摘要从稠油污水水质特征分析入手，对国内外三项典型的稠油污水深度处理工程的工艺技术 和处理效果进行了对比，阐述了微生物降解除油、膜分离精细除油过滤、膜生物反应器三项技术的原理， 探讨了三项技术在稠油污水深度处理中的应用前景与发展方向。 关键词稠油污水；深度处理；微生物除油；膜生物反应器 ’我国稠油资源分布广泛，储量丰富，陆上稠油、 沥青资源约占石油总资源的２Ｏ９，６［１】。东部的辽河油 田、胜利油田，中部的中原油田和西北的克拉玛依油 田是我国稠油四大主产区。稠油是指温度在５０＂Ｃ时， 动力粘度大于０．４Ｐａ・Ｓ，且温度为２Ｏ℃时密度大于 ９１６．１ ｋｇ／ｍｓ的原油。稠油普遍采用注蒸汽热采以 降低稠油粘度，改善其流变性，但是，由于蒸汽冷凝， 和注水开采等原因，使得稠油开采过程中产生大量 的含油污水。目前国内外对稠油污水处理的方法主 因此，稠油污水与稀油污水和气田污水等其它油田 污水比较具有以下一些特征： ①稠油污水的油水密度差小。通常情况下，稀油 密度在８８０ｋｇ／ｍ。以下，而稠油平均密度在９００ ｋｇ／ ｍ。以上，一些超稠油的密度还在９９０ｋｇ／ｍ。以上，油 水密度差小于１００ｋｇ／ｍ。。因此，重力除油难度很大。 ②稠油污水具有较大的粘滞性。由于稠油中的 胶质、沥青质含量高，使得稠油粘度很高。稠油污水 中由于胶质和沥青质的存在，表现出较大的粘滞性。 ③稠油污水杂质多，成分复杂。目前，稠油开采 要有三种：一是达标排放或无效回注；二是将其外输 至邻近稀油区，处理合格后有效回注；三是将其做深 度处理，回用于热采注汽锅炉给水。第三种方法能够 充分利用稠油污水水源和水温，无论从环境保护还 逐步采用热采和冷采联合的方式，往往会导致地层 出砂，使得稠油污水中除胶质、沥青外还携带有很多 地层颗粒，再者在开采和过程中又往往加入各种降 粘剂，使得稠油污水的成分更加复杂、矿化度高，过 滤和软化难度大。 ④稠油污水易形成以微小的油粒为中心的水包 油乳状液。由于稠油中的胶质和沥青质具有天然的 是资源利用的角度看，都是稠油污水处理的最佳选 择。 我国各油田目前使用较普遍的处理采油污水工 艺流程，主要是用于处理稀油油田和气田的含油污 水，大都以污水处理后回注为目的进行设计。近年 乳化作用，使得稠油污水乳化更加严重。乳状液的存 在，使得油滴聚集困难，“粗粒化”难度大，从而进一 步加大了除油的难度。 ⑤稠油废水可生化性差，例如：辽河油田稠油污 来，虽然在稠油污水用于热采锅炉的研究上取得了 一系列重大的突破，但仍然很难满足日益扩大的稠 油开采规模的要求。因此，加紧对稠油污水深度处理 等稠油开发的配套技术的研究就显得非常必要。 １稠油污水水质特征及处理难点 含油污水在高温高压的油层中溶解了地层中的 各种盐类和气体，在采油过程中从油层里携带了许 多悬浮固体，在油气集输过程中掺进了各类化学药 水Ｂ０Ｄ／ＣＯＤ￣０．２，ＣＯＤＱ最高达２０００ ｍｇ／Ｌ，平均 ４００－－－５００ ｍｇ／Ｌ左右［２］，废水中微生物营养成分少， 微生物化学方法处理困难。 ⑥稠油污水具有较高的温度。经过蒸汽热力开 采出来的原稠油，到达地表的温度一般在７０℃以上， 剂，并且稠油污水中还会含有大量的溶解性有机物。 由此脱出的污水温度也很高，这就使得很多在低温 收稿日期；２ＯＯ６一Ｏ７—２５ 作者简介：王棠昱，女，１９８１年生Ｉ２００４年本科毕业于西南石油学院，现为油气储运工程在读硕士Ｉ专业方向：储运工程 优化设计理论与技术。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第１期 王棠昱等 稠油污水深度处理技术探讨 １１９ 条件下可以采用的药剂和材料使用效果变差。 国外稠油热采起步较早，在２Ｏ世纪初就开始了 由此可见，水质的特殊性导致了稠油污水处理 难度较大，并且锅炉给水对水质的要求要比外排或 者回注要求更加苛刻。因而，稠油污水作为锅炉给水 的处理技术和工艺必然会更加复杂。 ２稠油污水深度处理典型工艺技术对比 工业性试验。加拿大冷湖油田在１９６４年便采用蒸汽 驱开采稠油，并于１９７８年将稠油污水处理后用于热 采蒸汽锅炉。其主要的工艺流程示意图啪如图１所 示。 油 Ｉ—－，］气浮诜 厂——’，１砂浓 ’ 图１加拿大冷湖油田稠油污水处理流程 国内将稠油污水用作热采锅炉给水的研究起步 较晚，但是发展迅速。特别是近年来，辽河油田、胜利 油田、油田和河南油田都针对稠油污水的深度 处理技术进行了大量研究，逐步形成了适合各自生 产特点的稠油污水深度处理工艺。 图２辽河油田欢三联稠油污水深度处理流程 图３油甲六九区稠油污水深度处理流程 图２和图３所示为辽 油田欢三联稠油污水处 理流程鲫和薪噩油田六九区稠油污水处理漉。下面 维普资讯 http://www.cqvip.com １２０ 内蒙古石油化工 ２００７年第１期 就以以上三个工程为例，进行对比分析，进一步阐述 稠油污水深度处理工艺的基本特点及存在问题。 表１典型稠油污水深度处理工程工艺技术对比 加拿大冷胡油田 辽河欢三联工程 六九区工程 控制水的硬度）浓度，从而降低其与二氧化硅反应结 垢的可能，从另一个角度解决污水在回用过程中的 结垢问题，降低污水处理过程中的成本。 ④除油是整个稠油污水深度处理流程中的基础 除油技术自然沉降除油、气浮除油混凝沉降除油 气浮除油 自然沉降、混凝沉降 过滤技术 砂滤、无烟煤过滤 拔桃壳过滤、多介质过滤双滤料过滤、纤维球过滤 和关键，目前已经形成自然沉降、混凝沉降、气浮选 等较熟的除油技术，已经基本能够满足行业标准的 软化技术 ： 两级弱酸树脂软化强酸钠粒子树脂软化 要求，但是与国外相比仍然存在一定的差距，因此有 必要在对现有的除油技术深入研究和改进的同时， 表２典型稠油污水深度处理工程处理效果对比（单位：ｍｇ／Ｌ） 油田采出水处理工艺流程实质就是根据不同的 处理要求，将除油、除悬浮物、降低矿化度、除二氧化 硅和除ＣＯＤ等工艺进行优化组合［５］。将稠油污水的 深度处理工艺流程看作一个系统，其主要包括除油 系统、过滤、软化系统等三个子系统，工艺流程设计 的主要任务是进行具体技术措施的比选和各个子系 统间的优化组合。通过表１和表２的对比，可以得出 下面几个问题： ①加拿大冷湖油田污水处理工程虽然建造时间 较早，但已经具备较强的深度处理稠油污水能力。尤 其是该油田采用自然除油和气浮除油，辅以反向破 乳，除油效果非常明显，但是由于技术发展的局限， 采用砂滤和无烟煤过滤、熟石灰软化，悬浮物和总溶 解固体量的浓度都很大。 ②国内的辽河和油田在借鉴国外成熟技术 的同时，根据各自不同的实际情况，设计出了基本符 合行业标准的稠油污水深度处理工艺。辽河油田欢 三联污水工程采用两级弱酸树脂软化技术，降硬效 果非常明显；油田六九区污水工程采用自然沉 降、混凝沉降相结合的技术，除油效果优于辽河的情 况。 ③国内稠油污水深度处理的一个棘手问题就是 二氧化硅的去除。辽河、的稠油污水虽然经处理 的二氧化硅的含量但也很难行业标准的要求。锅炉 给水除硅的目的在于防止因结垢而产生安全事故。 油田的实践证明，可以通过控制钙、镁离子（即 开发出适用于各油田的除油新技术。过滤也是稠油 污水深度处理的重要环节，现有的过滤方式虽然基 本能够满足行业标准，但是仍然存在滤料清洗困难 等老大难问题，所以有必要开发出适应性强、成本合 理的过滤新技术。 ３稠油污水处理新技术发展前景 如前所述，经过现有深度处理工艺处理的稠油 污水，其各项指标已经基本能够满足行业标准的要 求，但是要实现工艺流程的安全、高效和低成本运 行，还需要在技术创新上下功夫。微生物降解和膊分 离技术已经成为目前稠油污水处理领域研究的 点 和难点。 ３．１微生物降解除油技术 微生物降解原油的原理是利用微生物降解分散 到水中原油，使其最终完全无机化。微生物降解原油 的总反应过程为： 微生物＋石油烃类（碳源）＋营养物（Ｎ、Ｐ等） ＋氧一微生物增殖＋二氧化碳＋水＋氨及磷酸根 等［６］ 微生物降解污水的过程，实质上就是在污水处 理装置一小型生态系统中，利用各种微生物类群之 间的生理生化性能的相互配合而进行的一种物质循 环过程。当含油废水进入污水处理装置后，其中的原 油降解菌在好氧条件下，根据含油废水中营养物质 的情况，在客观上造成了一个选择性的培养条件，并 随时间的推移，发生了微生物区系的有规律更迭，从 而使水中的油不断地被降解。 原油的微生物降解是原油降解微生物在适宜的 环境条件下利用原油烃类进行生长代谢的结果。因 此，要实现原油的微生物降解，出了具备降解微生物 和微生物能发挥降解作用的环境。环境因素包括：水 份、温度、溶解氧、ｐＨ值、营养物质（氮、磷、无机盐 等）。研究发现［ ，一般原油降解菌的适宜温度为２ｏ ～４ｏ℃，此外，原油降解微生物一般都是好氧微生 物，它们在生长代谢过程中都要求环境中有一定的 溶解氧存在。但是稠油污水温度普遍高于４Ｏ℃、 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第１期 王棠昱等 稠油污水深度处理技术探讨 １ １ ＣＯＤＣｒ高、营养成分少，微生物降解难度极大。筛选 的膜通量降低。虽然目前膜生物反应器在我国的实 际应用还较少，然而，在水资源日益紧缺的情况下， 随着膜技术的发展、新型膜材料的开发以及膜材料 成本的逐渐下降，可以预见将膜生物反应器用于稠 培养出适宜在高温、高盐等恶劣条件下正常生长并 有较高微生物活性的菌种，或者提高现有菌种的降 解能力成为微生物降解原油技术发展的关键。 ３．２膜分离精细除油过滤技术 油污水深度处理技术将会有较好的应用前景。 ４结论与建议 ４．１无论从环境保护还是资源利用的角度看，将稠 油污水深度处理后回用于热采锅炉，都是稠油污水 处理的最佳方式； 膜分离技术的原理是用一张特殊制造的、具有 选择透过性能的薄膜（分离膜），在外力推动下对双 组分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯、浓缩。 膜分离技术是一项古老而又新兴的污水处理技 术，最早可以追溯到１７４８年科学家Ａｂｂｅ Ｎｏｌｌｅｔ发 现猪膀胱的渗透现象。膜分离技术在上世纪２Ｏ年代 后得的到了飞速的发展，５Ｏ年代开始进入工业化应 用。目前使用较广的膜分离技术主要有：微孔过滤 （Ｍｉｃｒｏｆｉｈｒａｌｉｏｎ，ＭＦ）、超滤（Ｕｈｒａｆｉｈｒａｔｉｏｎ，ＵＦ）、 ４．２与稀油污水相比，稠油污水作为锅炉给水的处 理技术和工艺更加复杂； ４．３稠油污水深度处理工艺流程成功的关键是通 过具体技术措施的比选使各个子系统得到优化组 合。 ４．４油田六九区污水处理工程证明，可以通过 反渗透（ＲｅｖｅｒｓｅｏｓｍｏｓｉＳ，ＲＯ）、纳滤（Ｎａｎｏｆｉｈｒａ． ｔｉｏｎ，ＮＦ）、渗析（Ｄｉａｌｙｓｉｓ，Ｄ）及电渗析（Ｅｌｅｃ． ｔｒｉｄｉａｌｙｓｉｓ，ＥＤ），特别是超滤（ＵＦ）和微滤（ＭＦ）最适 合于油田采出水中油和悬浮物的去除。含有油和悬 控制钙、镁离子（ａｐ控制水的硬度）浓度，从而降低其 与二氧化硅反应结垢的可能。 ４．５筛选培养出适宜在高温、高盐等恶劣条件下正 常生长并有较高微生物活性的菌种是稠油污水微生 物除油的关键所在。 ４．６膜污染问题是膜分离技术发展的最大障碍。无 浮物的进水沿轴向流入多孔管，清水沿管壁径向流 出。ＭＦ管壁孔径约为０．ｉｔｅｍ。而ＵＦ管壁孔径更小， 小于０．０１＃ｍ。它们的出水基本不含悬浮油，而且通 常比传统技术更稳定，在占地面积、重量以及处理成 机膜拥有其它聚合物膜所无法具有的抗微生物污染 能力强，耐高温等优点，因此将成为稠油污水膜分离 技术的重要研究方向。 ４．７膜生物反应器作为国内污水处理行业新兴的 本方面也占有一定的优势。但是膜的寿命及污染问 题一直制约着膜技术的发展与应用，膜通量的下降 将极大地降低膜的分离效率。无机膜由于具备其它 聚合物膜所无法具有的一些优点，如：无机膜具有耐 酸、碱、耐有机溶剂，化学稳定性好，机械强度大，抗 微生物污染能力强，耐高温，孔径分布窄，分离效率 高等，而受到学术界和工业化应用越来越多的重视。 技术，集中了微生物处理和膜分离技术的优点，有必 要进行深入研究。 参考文献 可以预言，无机膜分离技术将是稠油污水膜分离技 术的重要研究方向。 ３．３膜生物反应器技术 Ｉｌｌ 叶仲斌等．提高采收率原理．北京：石油工 业出版社， ２０００． ［２］孙绳昆等．稠油废水去除ＣＯＤ工艺的试验．油气田地 面工程．２０００，１９（０３）． 膜生物反应器（ＭＢＲ），是将膜分离技术与污水 微生物处理技术组合而成的新技术，该技术是以膜 分离技术替代传统二级微生物处理工艺中的二沉 池，综合了微生物处理和膜分离技术的优点，具有处 ［３］张殿华．稠油污水用于热采锅炉技术研究．硕士论文． 北京：中国地址大学，２００２． ［４］ 郭野愚等．稠油采出水深度处理及应用．石油规划设 计，２００３，１４（０５）． 理效率高，出水水质稳定，占地面积小，剩余污泥量 少，处置费用低，结构紧凑，易于自动控制和运行管 理，出水可直接回用等特点。目前主要用于生活污水 的回用处理。 ［５］李明义．油田采出水处理技术实践与发展．石油规划设 计，２００３，１４（０１）． ［６］孟文芳等．生物技术处理油田采出水的新进展．河北建 筑科技学院学报，２００４，２１（Ｏ３）． ［７］ 丁明宇等．海洋微生物降解石油的研究．环境科学学 报，２００１，２１（Ｏ１）． 在我国，对膜生物反应器的研究始于１９９３ 年［８］。作为污水再生回用的一项高新技术，其开发与 研究也正越来越深入。与单一的膜分离技术一样，制 约膜生物反应器的首要问题就是膜污染和由此引起 ［８］吴俊奇等．膜生物反应器的研究现状．北京建筑工程学 院学报，２００４，２０（０３）．
