技术领域
[0001] 本
发明涉及油田污染物处理领域，尤其涉及一种基于臭氧气浮装置的油气田采出水处理系统及方法。
背景技术
[0002] 油气田在开发过程中会伴随着大量采出水产生，这些采出水大部分通过油气井随产品一起来到地面，这部分水在产品的外运和外输前必须加以脱除，脱出的污水中含有
原油，因此被称为油气田采出水。
[0003] 随着开发时间的延长，采出油的含水逐渐上升，采出水即指油田开采过程中含有原油的水，或称含油污水。它主要来源于三个方面：一是采油污水，油质和有机物含量高，是各种原油储的底水；二是冼井污水，是油田井下采油作业洗井和注水井的定期洗井所产生的污水，含石油类酸、
碱等物；三是钻井污水与注水干线的冲洗水，含有石油类、
岩石等物质。
[0004] 目前油气田
污水处理方法主要分物理法、化学法、
生物法等三大类，其中物理法主要应用于油田各污水处理站、低渗透区
块注水站的污水处理，常用的处理工艺为“上游三段法（缓冲＋沉积分离除油＋过滤）＋下游二段法（缓冲＋精细过滤）”；化学法主要应用于油田各污水处理站，通过添加一定的浓度的化学药剂从而辅助物理法达到提高水处理效果的目的；生物法主要应用于注汽
锅炉给水的处理、污水达标排放处理等领域。传统的油气田污水处理方法主要存在工艺流程较长、运行
费用较高、出水难以回用等问题。
发明内容
[0005] 本发明提供了一种基于臭氧气浮装置的油气田采出水处理系统及方法，依托西安建筑科技大学研发的臭氧气浮装置，本发明将油气田采出水创造性的与臭氧气浮系统有机融合，将污染物的化学转化、
吸附凝聚、高效固液分离等多重物化过程有机融合于一个单元体系内完成，处理后采出水符合《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》SYT5329-2012中的A1标准。
[0006] 实现本发明目的的技术方案如下：一种基于臭氧气浮装置的油气田采出水处理方法，包括：
在油气田采出水中加入流动改性剂和降粘剂进行改性处理得到液体一；
在液体一中加入混凝剂并充分混合，完成改性水的混凝和破乳过程，得到液体二；
在臭氧作用下对液体二消毒处理，主要消灭液体中的
铁细菌、腐生菌和
硫酸盐还原菌，得到液体三；
液体三进入臭氧气浮装置与臭氧和气浮结合，完成液体三的固液分离。
[0007] 作为本发明的进一步改进，臭氧气浮装置的出水回流至其内二次处理。
[0008] 作为本发明的进一步改进，所述出水回流至臭氧气浮装置之前还进行有机物改性处理。
[0009] 作为本发明的进一步改进，油气田采出水中含有悬浮物，悬浮物由本源悬浮物和潜在悬浮物组成；液体三进入臭氧气浮装置的分离区进行固液分离，气泡吸附液体三形成气浮体在浮
力作用下使本源悬浮物进入臭氧气浮装置的浮渣区，潜在悬浮物随出水排出；
出水改性处理后再次进入臭氧气浮装置，使改性的潜在悬浮物进入臭氧气浮装置的浮渣区。
[0010] 作为本发明的进一步改进，油气田采出水中含有乳化油，乳化油随出水一并从臭氧气浮装置排出，乳化油与出水在臭氧气浮装置的外侧完成油水分离。
[0011] 一种基于臭氧气浮装置的油气田采出水处理系统，包括：采出水储存罐，存储有油气田采出水；
改性处理器，其与采出水储存罐连通并且其内投加有流动改性剂和降粘剂，油气田采出水输送到改性处理器进行有机物改性处理，以降低油气田采出水的粘性，增加其流动性；
水力混合器，其内投入混凝剂，将改性处理器内已改性的液体
泵送到水力混合器并与混凝剂充分混合，完成液体的混凝和破乳过程；
消毒装置，水力混合器内的液体进入消毒装置，在臭氧作用下消毒处理，消除液体中的铁细菌、腐生菌和
硫酸盐还原菌；
臭氧气浮装置，自消毒装置流出的液体进入臭氧气浮装置完成固液分离。
[0012] 作为本发明的进一步改进，所述臭氧气浮装置分离的出水排至其外侧；还包括悬浮物处理池，所述出水进入悬浮物处理池改性处理后再次进入臭氧气浮装置二次固液分离。
[0013] 作为本发明的进一步改进，出水在悬浮物处理池改性处理后具有固体颗粒，所述臭氧气浮装置的底端加装
过滤器，该过滤器可视实际情况选择性地分离出固体颗粒。
[0014] 作为本发明的进一步改进，所述臭氧气浮装置包括伞状混合器和气浮筒，伞状混合器位于气浮筒的下方；所述过滤器加装在伞状混合器的下方。
[0015] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明将西安建筑科技大学研发的臭氧气浮装置成功应用于油气田采出水处理中，处理后采出水符合《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》SYT5329-2012中的A1标准。
[0016] 2、油气田采出水的化学转化、吸附凝聚、高效固液分离等多重物化过程有机融合于一个单元体系内完成，具有移动性好、灵活性高、实用性广、节能性强等特点。
[0017] 3、油气田采出水进入水力混合器混凝和破乳之前进行改性处理，降低油气田采出水的粘性，增加其流动性；更利于油气田采出水的固液分离。
[0018] 4、混凝后的水先臭氧消毒处理再进入臭氧气浮装置，消灭油气田采出水中的铁细菌、腐生菌和
硫酸盐还原菌。
[0019] 5、自臭氧气浮装置流出的出水还完全进入臭氧气浮装置进行二次处理。
[0020] 6、出水二次改性处理后才进入臭氧气浮装置二次处理，二次改性处理主要是针对出水中的有机物进行的改性。
[0021] 7、由于有机物改性处理会产生固体颗粒，为了避免固体颗粒随出水二次进入臭氧气浮装置时造成臭氧气浮装置堵塞，本发明在臭氧气浮装置中加装了过滤器。
附图说明
[0022] 图1为臭氧气浮装置应用于油气田采出水处理的原理
框图；图2为油气田采出水处理系统的原理框图。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
[0024] 一般来说油田采出水中含有原油、各种盐类、有机物、无机物及
微生物等。含油约1000～2000mg/L,高的可达5000mg/L以上，存在形式根据油的颗粒大小而分为浮油、分散油、乳化油和溶解油。水中含盐约几千到几万甚至十几万mg/L,无机盐离子主要有Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Fe2、Cl-、HC03-、C032等。含有的有机物有脂肪
烃，芳香烃、酚类，有机硫化物、
脂肪酸、
表面活性剂、
聚合物等。
[0025] 无机物主要有溶解H2S、FeS颗粒、粘土颗粒、粉砂和细砂等。油田采出水中的微生物主要有硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌等。
[0026]
专利号为201410616487.6的发明专利，公开了一种多级臭氧气浮一体化处理装置，专利号为200410073500.4的发明专利，公开了气浮水处理分离装置，依托西安建筑科技大学的这两个发明专利，如图1所示，本发明将油气田采出水创造性的与臭氧气浮系统有机融合，将污染物的化学转化、吸附凝聚、高效固液分离等多重物化过程有机融合于一个单元体系内完成，具有移动性好、灵活性高、实用性广、节能性强等特点，本发明的系统成功应用于油气田采出水回注处理，处理后采出水符合《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》SYT5329-2012中的A1标准。下面简述西安建筑科技大学这两件发明专利的机理：臭氧-气浮工艺是将臭氧氧化技术与气浮分离技术相结合的一种新型深度处理工艺。
由于采用臭氧化空气为气源，对有机物的去除较为彻底，有明显的杀菌消毒作用，同时臭氧又有较强的助凝作用，能够促进气浮工艺的处理效果；气浮工艺则在具有去除悬浮颗粒物能力的同时又比混凝沉淀工艺减少了
水力停留时间，而溶气泵良好的混合效果又为充分发挥臭氧的氧化作用创造条件。
[0027] 在臭氧-气浮工艺中，臭氧的氧化是非常重要的环节。在经过生物处理以后，液体中还存在大量的难
生物降解的有机物，用常规的工艺很难对其进行处理，而臭氧的强氧化性可使有机物的结构发生显著变化，非饱和构造的有机物转化为饱和构造有机物，大分子有机物转化为小分子有机物，因此，由于采用臭氧化空气作为气浮工艺的气源，虽然只是低浓度臭氧，但也具有了在脱色、除臭和有机物去除方面的优势。在臭氧化处理水中，臭氧能够改变水中悬浮颗粒物的性质，从而改变絮凝操作单元的去除效果，这样在本工艺中，臭氧又对混凝气浮工艺有了一定的促进作用本工艺将臭氧氧化与高效气浮有机结合起来，能在一个操作单元内同时完成破乳或絮凝、固液分离、除色、嗅、味、消毒等多个过程。
[0028] 两个环节所发挥的作用都有其侧重面，臭氧氧化的主要作用就是对水中的有机物和细菌等物质进行氧化从而使工艺具有良好的除色、嗅、味、消毒等效果；气浮分离的作用则是对污染物作用，使其脱稳、絮凝，最终完成固液分离。
[0029] 臭氧-气浮工艺在发挥各自作用的同时，双方由于重要的联系。臭氧能够改变水中悬浮物的性质，主要体现在：将悬浮物颗粒粒径变大，使处于溶解状态的有机物变成可絮凝的胶体颗粒等方面。这样臭氧具有一定的助凝作用。而另一方面，臭氧与水的混合效果又对工艺的处理效果有非常重要的影响，溶气泵良好的混合效果能够使臭氧与水充分、均匀的混合，有利于臭氧各种作用的发挥。
[0030] 气浮法是固-液分离的一种方法，是通过某种方式产生大量的微气泡，其与污水中的固体和液体微粒粘附，形成
密度小于水的气浮体，在
浮力的作用下浮至水面，从而进行固-液分离。气浮过程大体上通过下列四个步骤来完成：(1)在液体中投加混凝剂或气浮剂使液体脱稳并形成大量的絮体；(2)产生尽可能多的微气泡；(3)形成良好的气泡
絮凝体颗粒结合体；(4)使结合体与
废水分离。要实现气浮分离必须，必须具备以下两个条件:一是必须向水中提供足够数量的微气泡；二是必须使要分离的物质呈悬浮状态或具有疏水性质，有利于与气泡结合并上浮。
[0031] 在溶气泵的作用下，回水与臭氧化空气一同进入稳压罐中，形成压力溶气水，通过溶气释放器减压释放形成大量的微气泡。这些微气泡在其气泡外层包围着一层透明的水膜，且富有弹性。为了不让气体分子逸出气泡膜，组成次膜的水分子既紧密又稳定。
[0032]
实施例1：本实施例提供了一种基于臭氧气浮装置的油气田采出水处理方法，包括以下步骤：
步骤一、在油气田采出水中加入流动改性剂和降粘剂进行改性处理得到液体一；
步骤二、在液体一中加入混凝剂并充分混合，完成改性水的混凝和破乳过程，得到液体二；
步骤三、在臭氧作用下对液体二消毒处理，主要消灭液体中的铁细菌、腐生菌和硫酸盐还原菌，得到液体三；
步骤四、液体三进入臭氧气浮装置与臭氧和气浮结合，完成液体三的固液分离；
步骤五、臭氧气浮装置的出水回流至其内二次处理。
[0033] 优选步骤五的出水回流至臭氧气浮装置之前还进行有机物改性处理。具体地，油气田采出水中含有悬浮物，悬浮物由本源悬浮物和潜在悬浮物组成；液体三进入臭氧气浮装置的分离区进行固液分离，气泡吸附液体三形成气浮体在浮力作用下使本源悬浮物进入臭氧气浮装置的浮渣区，潜在悬浮物随出水排出；出水改性处理后再次进入臭氧气浮装置，使改性的潜在悬浮物进入臭氧气浮装置的浮渣区。
[0034] 由于油气田采出水中含有乳化油，乳化油随出水一并从臭氧气浮装置排出，乳化油与出水在臭氧气浮装置的外侧完成油水分离。
[0035] 实施例2：在实施例1公开方案的
基础上，本实施例提供了一种基于臭氧气浮装置的油气田采出水处理系统，如图2所示，包括：
采出水储存罐，存储有油气田采出水；
改性处理器，其与采出水储存罐连通并且其内投加有流动改性剂和降粘剂，油气田采出水输送到改性处理器进行有机物改性处理，以降低油气田采出水的粘性，增加其流动性；
水力混合器，其内投入混凝剂，将改性处理器内已改性的液体泵送到水力混合器并与混凝剂充分混合，完成液体的混凝和破乳过程；
消毒装置，水力混合器内的液体进入消毒装置，在臭氧作用下消毒处理，消除液体中的铁细菌、腐生菌和硫酸盐还原菌；
臭氧气浮装置，自消毒装置流出的液体进入臭氧气浮装置完成固液分离。
[0036] 所述臭氧气浮装置分离的出水排至其外侧；优选油气田采出水处理系统还包括悬浮物处理池，所述出水进入悬浮物处理池改性处理后再次进入臭氧气浮装置二次固液分离。
[0037] 出水在悬浮物处理池改性处理后具有固体颗粒，所述臭氧气浮装置的底端加装过滤器，该过滤器可视实际情况选择性地分离出固体颗粒。
[0038] 所述臭氧气浮装置包括伞状混合器和气浮筒，伞状混合器位于气浮筒的下方；所述过滤器加装在伞状混合器的下方。
[0039] 实施例3：由于出水在悬浮物处理池改性处理后具有固体颗粒，固体颗粒随出水二次进入臭氧气浮装置后会堵塞伞状混合器，因此，本发明在西安建筑科技大学的这两个发明专利基础上，在伞状混合器下方加入了过滤器。
[0040] 在实施例2公开方案的基础上，本实施例公开了过滤器的结构。
[0041] 臭氧气浮装置包括伞状混合器和气浮筒，伞状混合器位于气浮筒的下方；气浮筒下部具有过滤器，过滤器与伞状混合器连接，过滤器将水力伞状混合器的液体和溶气水管的溶气水汇集后通过泵送至过滤器的过滤部，伞状混合器置于过滤器和气浮筒之间，伞状混合器为伞状并且其直接连接到气浮筒，伞状混合器与气浮筒的
接口位于过滤器的上部，过滤部可以对进入气浮筒的液体在过滤杂质模式和非过滤杂质模式中切换。
[0042] 过滤器的入料端与泵连接，出料端与伞状混合器连接，过滤器的过滤部内设有切换结构，利用切换结构实现过滤杂质模式和非过滤杂质模式的相互切换。
[0043] 切换结构具有两个滤环，分别为第一滤环和第二滤环，第一滤环的直径小于第二滤环直径，过滤器的
外壳分为小滤壳和大滤壳，小滤壳和大滤壳分别对应第一滤环和第二滤环，切换结构的中心还具有供溶气水流过的通道；第一滤环与入料端之间的区域为第一区域，两个滤环之间的区域为第二区域，第二滤环与出料端的区域为第三区域；第二滤环与出料端之间设有阻隔件，该阻隔件确定了第三区域的最小空间；过滤部还与臭氧吸入管、溶气水管和出水管连接，切换结构在过滤部中有两个
位置，在第一位置时，臭氧吸入管、溶气水管与第一区域连接，出水管与第二区域连接；第二位置时，臭氧吸入管、溶气水管及出水管均与第二区域连接；出水管与穿孔集水管连接。
[0044] 气浮筒在正常工作的情况下，
回流管回料顺畅，泵将溶气水加压后送入过滤部，在过滤部内，溶气水从切换结构中心通道流过并从出料端流出进入伞状混合器，切换结构被推向第一位置，臭氧吸入管向溶气水供气，溶气水管处于受压状态，出水管与第二区域连接处于闲置状态，此时过滤器对处理后的液体进行初次沉淀。
[0045] 当臭氧气浮系统被堵塞，出料端的溶气水排料不畅，这时出料端内压力增高，溶气水将切换结构推向入料端，并且切换结构最终稳定在第二位置，由第二滤环与小滤壳共同配合
定位；臭氧吸入管、溶气水管及出水管均与第二区域连接，臭氧吸入管所供的高压气体直接进入出水管，并射至分离区，使气浮筒继续工作直至气浮筒内的溶气水气浮分离完毕，切换结构动作会发出警报指令，操作人员得到切换结构动作的
信号后，提高液体泵和溶气泵的泵送压力，并将液体泵和溶气泵在该压力下保持一个预定时间之后泵送压力下降至初始压力，在预定时间内，切换结构被从第二位置推向第一位置。
[0046] 上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
[0047] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附
权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0048] 此外，应当理解，虽然本
说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
