油田压裂及油田开发产生的污水造成了大量水资源的浪费，成为制约油气田开发重要问题之一。本文在分析油田污水及压裂污水特点的基础上，调研了植物脱盐、膜分离、铁碳微电解、紫外光杀菌、捕获离子 等处理方法及工艺，分析了不同处理工艺的特点，并提出了油田污水处理发展的方向、油田污水回用的思路。
关键词：
污水处理；膜分离；铁碳微电解
油田污水是在油田三采过程中产生的作业废 水，主要含有原油、驱油剂、破乳剂、杀菌剂、机械杂 质等，呈现出腐蚀快、细菌多、悬浮物含量高、色度重 等特点，处理不当会造成注水设备腐蚀、水体腐败等 问题。压裂返排液则是在油田增产改造后从井筒 中返排出来的液体，主要含有稠化剂、聚合物、表面活性剂、杀菌剂及其他添加剂，具有粘度大、有机物含量高、水质多变等特点，若排放至地面不经过处 理，将会对周围环境，尤其是农作物及地表水系统造 成污染。 因此，如何有效的缓解油气田开发带来的环境污染问题成为了当今油气田开发的关键技术之一。
1 国内油田污水处理技术现状
1.1 油田污水的处理方法油田污水的处理方法主要有物理法、化学法、物 理化学法、生物法等。
1.1.1 物理法
物理法主要是实现固液分离或不同 相的分离处理，物理法主要包括重力分离、离心分 离、过滤、粗粒化、膜分离和蒸发等方法。 重力分离技术是依据比重差异实现污水中油 分、悬浮物、机杂从水体分离，已被各油田广泛使用。 离心分离是污水在高速旋转过程中形成离心力 场，从而实现固液分离和不同相分离。我国引进Vortoil 水力旋流器已经在油田污水处理领域有了良好的应用。
粗粒化是指在设备中加入一定量的粗粒化材 料，使污水中的油分粒径增大，以便处理含油污水中 的小油滴和乳化油。 膜分离主要是通过膜渗透理论实现不同粒径物 质、分子的分离及脱除。常用膜分离技术包括超滤、纳滤、反渗透等。膜是膜分离技术的核心组件，膜主要是由多孔材料组成，对污水中的颗粒、分子均有一定的拦截、分离作用。各种膜处理孔径、压力及去除污染物类型均有所不同，其特点如下所示。
1.1.2 化学法
化学法主要是指依靠化学原理、化 学药剂等实现处理、净化污水的方法。常见的化学法 有絮凝、混凝、沉淀、中和、氧化、还原等。絮凝、混凝是通过絮凝剂对胶体粒子的静电中和、吸附、架桥等作用使胶体粒子脱稳，形成絮体使污水中悬浮物、油 分等分离出来。常用的絮凝剂有铝盐类、铁盐类、聚 丙烯酰胺（PAM）类、改性淀粉类等。
中和法则是通过酸碱质子理论使水体的酸碱度 处于安全可用状态。常用的酸多为 HCl，常用的碱多为 NaOH、 Na2CO3 等。 氧化法则是通过氧化剂使水体中的有机物分解，抑制水体中的细菌繁殖。常用的氧化剂有 H2O2、NaClO、H2SO4 等。
1.1.3 物理化学法
常用的物理化学法主要有气浮 法和吸附法。 气浮法是在空气中注入微小气泡，使微小气泡与水中悬浮的油粒粘附，形成浮渣，实现油水分离。 张登庆等采用电气浮技术处理了油田采出水，进行了现场探索性试验，试验结果表明，该技术除油 率为 80%~90%，且具有良好的杀菌效果。 吸附法主要是通过吸附剂及吸附原理除去污水中的污染物，常用的吸附技术有表面吸附、离子交换 等。
1.1.4 生物法
微生物通过生化作用可将大分子有机物分解成 CO2 和水，从而将水中有害有机物去除， 以达到净化污水的作用，该方法称为生物法。生物法可分为好氧法、厌氧法两大类。好氧法特点是微生物可利用水中的溶解氧发生生化反应，将废水中的有机物最终分解成 CO2、H2O、NH3、NO-3等，而厌氧 法则是通过特定的反应器生成菌体，而后与水中的有机物反应，将有机物分解成 CH4、CO2、H2O 等。总之，油田污水的处理方法较多，其优缺点如下 所示。
2 国外油田污水的处理方法
2.1 植物脱盐技术
阿曼石油公司选择了一种特殊的抗盐植物，可将油田采出水经简单处理后灌溉嗜盐植物，经植物 脱盐后，采出水盐度降低 25%以上。
2.2 沸石材料捕获离子
美国的 Sandia 国家实验室研发了一种离子捕 获材料，可实现离子捕捉，从而降低离子含量。该离 子捕获材料主要为表面改性沸石，改性沸石材料构 成过滤材料的基质结构，而网状结构则为选择性过滤器。网状结构上电荷可与水中特定阴阳离子发生离子交换反应，水经过多组沸石过滤器后，可去除部 分离子。室内实验结果表明，使用该技术可使污水的 含盐量从 10000mg·L-1 降低至 2000mg·L-1。
3 压裂返排液处理方法及工艺现状
3.1 压裂返排液处理方法
（1）微电解法 微电解就是利用铁-碳的电位差 形成多个微电池，发生电化学反应，与其他化学药剂 配合使用时可产生絮凝、氧化、沉淀等作用。在碱性的污染物产生吸引作用，形成絮体，将污染物去除。微电解与芬顿试剂协作使用时，可释放出氧化性较 强的羟基自由基，可将压裂返排液中的有机物分解， 达到降低粘度、降低 COD 的目的。
（2）生物法 微生物通过分解代谢作用，可使水中的有机污染物被降解或变成微生物的细胞质，从而达到降低返排液中的 COD、降粘、净化水质的目 的。
（3）混凝法 混凝法常用混凝剂有 PFS、Al（2 SO）4 3、Fe（2 SO4）3、FeCl3、AlCl3、PAC。
（4）催化氧化法 催化氧化法主要是通过氧化 剂或者催化-氧化复合体系对返排液进行降粘、去除COD 等常用的催化氧化药剂或方法。有 Fenton 试剂氧化、NaClO、纳米光催化氧化、超临界、水氧化等。
（5）过滤吸附法 过滤吸附法主要是通过过滤 器及吸附材料进行过滤、吸附等，以达到除杂、脱色 的目的。常用的方法有滤料滤池、压滤罐、SSF 机、活性炭吸附、果壳吸附等。
3.2 压裂返排液处理工艺
目前，压裂返排液主要处理工艺大体可分为以 下几种。
（1）絮凝离心-微波无极紫外光氧化-内电解工 艺 研究表明，内电解法可提高有机物含量较高的 污水的可生化性，为难生化的污水提供了处理方案。 孙杰、赵晖、曾庆福等人采用该技术对印染行业污水进行了处理，处理后水色度去除率大于 95%，COD 去 除率大于 70%，处理后水呈无色。延长油田采用该技 术对采油污水进行了室内实验研究处理，处理后水 呈无色透明，COD 降低 85%，处理效果较好。 河南油田采用该技术进行了现场试验，处理后水pH 值约为 7，含油量为 0.5mg·L-1，含硫量为 0.5mg·L-1， 含铁量为 0.5mg·L-1，悬浮物含量为 4mg·L-1，达到油 田回注水的技术要求。
（2） 混凝-氧化-Fe／C 微电解-H2O2 ／Fe2+催化氧 化-活性炭吸附（五步法） 针对河南油田压裂返排 液 COD 含量高的特点，张宏针采用了该处理工艺对 返排液进行了返排液无害化处理，处理后水 COD 由12000mg·L-1 降低至 451mg·L-1，水体外观无色透明， 处理后水达到了回用、回注地层的标准。五步法处理 量较大，可对压裂液进行综合性处理，但占地面积较 大，投资较高。
（3）哈里伯顿 Clean Wave TM 水处理工艺 该 工艺主要是采用电絮凝技术对污水进行处理。电离出来的金属离子在电流场作用下，进入溶液后与污 水中的带负电的悬浮物产生电中和反应，使得悬浮物凝聚成大的颗粒，从而达到去除悬浮物、油分、机 械杂质的目的。采用该工艺处理后铁离子去除率为95%，钙镁离子去除率为 97%，悬浮物、油分去除率 为 98%，处理效果较好。该工艺已在美国犹他州 成功进行了试验，累计处理了 9000 余方返排液。
（4）斯伦贝谢移动式返排液处理工艺 该工艺 由化学絮凝系统、沉淀系统、过滤系统、压滤等组成， 首先返排液经进液泵提升后进入化学预处理单元， 经絮凝、氧化后进行杀菌等，随后进行沉淀、过滤等， 固液分离后将固相送至压滤机中，将絮体、固相压成 滤饼，压出水返回至沉淀单元进行二次处理。处理后 水钙离子从 1450mg·L-1 降低至 400mg·L-1，铁离子从45mg·L-1 降低至 0.5mg·L-1，浊度从 199NTU 降低至8.5NTU。
（5）哈里伯顿紫外光杀菌技术 植物胶压裂液 腐败问题是影响压裂液性能的主要问题之一，常规 的杀菌剂使用量过大，对环境有一定的危害。哈里伯 顿优选了紫外光波段，采用紫外光杀菌技术，破坏了 细菌 DNA 分子链，从而达到了杀菌的目的。试验结 果表明，使用该技术杀菌率可达到 99.9%，该技术克 服了常规杀菌剂药剂使用过量对环境产生的影响，具有良好的环保效益。
4 新技术发展方向
（1）抗污性能较好、工作压力范围较广、廉价的 膜分离材料和新型膜分离系列技术与预处理技术、 高效清洗剂的有机结合成为加大膜分离技术推广的重要途径。
（2）返排液处理应立足于中段水的最大化利用， 末端水以减量化、无害化为研究方向，实现污水的减 量化、资源化、无害化。
（3）研究压裂返排液的变化规律及影响压裂液 性能的因素是压裂返排液回收及处理的关键技术。
（4）目前，微生物培养及使用条件较为苛刻，制 约了微生物技术的推广，性能优越、广谱型微生物处 理技术的研发将成为微生物处理技术的重要研究方 向。
（5）新型耐盐抗污型植物栽培与人工湿地技术的改良将为污水综合处理、资源重复利用及生态修 复提供良好的技术引领。
（6）开展可调波长紫外光杀菌设备的研发，探索精细化、针对性较强的紫外杀菌技术，建立不同菌种 杀菌方案工艺包。
（7）处理工艺撬装化、模块化。可根据污水的物性特征、污水量及处理后水用途、去向，进行处理模 块的实时集成，增加处理能力，提升处理工艺适应 性。
原标题：油田污水及压裂返排液处理技术分析
原作者：王克强 陈亚联 毛智平
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