油田废水处理过程中的结垢问题及应对措施

一、油田废水处理中的结垢问题

1、结垢成因

油田废水中含有高浓度的Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺等阳离子，以及CO₃²⁻、HCO₃⁻、SO₄²⁻、PO₄³⁻等阴离子，在压力降低（如节流降压）、pH值变化（如碱性药剂处理）或曝气氧化（如含硫废水氧化生成SO₄²⁻）等条件下，离子间发生化学反应，生成难溶性盐类（如碳酸钙、硫酸钡、氢氧化镁等），沉积在管道、设备表面形成结垢。此外，废水中的有机物、微生物代谢产物（如生物膜）也会吸附盐分，加速垢层生长。

2、结垢危害

(1) 设备损耗：垢层导致管道截面积减小，增加泵体能耗，甚至引发管道堵塞或设备腐蚀（垢下腐蚀）。

(2) 处理效率降低：结垢覆盖设备处理单元表面，降低处理效率，缩短设备寿命，增加反冲洗频率和药剂消耗。

(3) 经济成本增加：需频繁停机清洗（如酸洗、机械清洗等），维护费用上升，同时因生产中断造成原油产量损失。

3、主要垢型及特征

(1) 碳酸盐垢（CaCO₃、MgCO₃）：多见于高pH值、高HCO₃⁻水体，垢层坚硬、白色，易溶于酸。

(2) 硫酸盐垢（BaSO₄、SrSO₄、CaSO₄）：常见于含高SO₄²⁻废水，结晶速度快，垢层致密、难溶于酸，是油田最难处理的垢型之一。

(3) 硅酸盐垢（MgSiO₃、FeSiO₃）：多在高温、高硅含量条件下形成，垢层坚硬且附着力强，化学清洗难度大。

(4) 混合垢：实际废水中常以多种盐类混合形式存在，如碳酸盐-硫酸盐混合垢，成分复杂，处理难度更高。

二、应对措施

1、阻垢剂的应用

1.1阻垢剂作用机理

(1) 螯合作用：阻垢剂分子中的极性基团（如羧基、羟基、膦酸基）与Ca²⁺、Mg²⁺等阳离子形成稳定的可溶性螯合物，降低游离金属离子浓度，阻止其与阴离子结合生成沉淀。

(2) 晶格畸变作用：阻垢剂吸附于晶体生长点，破坏垢类晶体的正常排列，使晶格结构扭曲，无法形成致密垢层，最终以松散细小颗粒悬浮于水中，随废水排出。

(3) 分散作用：通过静电斥力或空间位阻效应，使已形成的微小垢颗粒分散稳定，避免其聚集沉降。

1.2常用阻垢剂类型及特点

(1) 有机膦酸盐类（如ATMP、HEDP、EDTMP）：耐高温、耐氧化，对碳酸盐垢阻垢效果优异，兼具缓蚀性能，适用于高硬度、高pH值废水，但对硫酸盐垢阻垢率较低，且易水解生成磷酸钙垢。

(2) 聚羧酸类（如PAA、HPMA、PESA）：通过晶格畸变和分散作用阻垢，对硫酸盐垢、碳酸钙垢均有效，热稳定性好，生物降解性优于膦酸盐，常用于膜分离系统（如RO膜），但单独使用时用量较大。

(3) 膦羧酸共聚物（如POCA、PPCA）：结合膦酸基的螯合性和羧酸基的分散性，兼具高温稳定性和广谱阻垢能力，对碳酸盐、硫酸盐混合垢效果显著，是目前油田废水处理的主流药剂之一。

(4) 含磺酸基聚合物（如PSAA、AMPS共聚物）：引入磺酸基团（-SO₃H）增强对Ba²⁺、Sr²⁺的螯合能力，专门针对高硫酸盐垢（如BaSO₄），阻垢率可达90%以上，适用于高盐度、高硫酸盐废水。

(5) 绿色阻垢剂（如聚天冬氨酸PASP、聚环氧琥珀酸PESA）：生物降解性好（BOD₅/COD＞0.5），无磷环保，避免水体富营养化，适用于环保要求严格的油田，但成本较高，目前多与传统药剂复配使用。

1.3阻垢剂选择与应用条件

(1) 水质适配性：根据废水离子组成（如Ca²⁺、Ba²⁺浓度）、pH值、温度、总溶解固体（TDS）等参数选择药剂。例如，高硫酸盐废水优先选用含磺酸基聚合物，高温系统（＞80℃）宜用膦酸盐或膦羧酸共聚物。

(2) 协同复配：单一药剂难以应对复杂水质，常将不同类型阻垢剂复配（如有机膦酸盐+聚羧酸），或与缓蚀剂、杀菌剂联用，提升综合性能并降低用量（如复配后阻垢剂投加量可从20mg/L降至10mg/L以下）。

(3) 加药方式与剂量：采用连续投加（如计量泵在线加药）或间歇投加，加药点需设在结垢风险区域上游（如管道前端），投加量通常需通过动态阻垢实验确定。

(4) 环境兼容性：优先选用低磷、可降解药剂，避免对后续生化处理单元（如MBR）的微生物活性产生抑制。

2、管道材质选取

(1) 涂塑钢管，又名涂塑管、钢塑复合管、涂塑复合钢管，是以钢管为基体，通过喷、滚、浸、吸等工艺，在钢管（底管）内表面熔接一层塑料防腐层，或在内外表面均熔接塑料防腐层的钢塑复合管材。其内壁光滑的塑料防腐层可显著降低流体摩擦阻力，减少杂质附着，从而有效抑制垢层形成，对油田废水处理中的结垢问题具有良好的预防效果。

(2) 钢丝网骨架塑料复合管以高强度过塑钢丝网骨架为核心增强体，通过特殊工艺对钢丝表面进行聚乙烯包覆处理，形成界面相容性优异的金属-塑料复合骨架；外层基体材料选用高密度聚乙烯（HDPE），并创新性采用高性能改性粘结树脂作为中间层。这种特殊结构使其内壁光滑，流阻系数较钢管降低30%以上，可有效减少结垢风险。

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