油田廢水水質復雜，除了具有較高的礦化度和溫度以外，還含有高濃度的 H2S 等[1-2]。H2S 溶于水，使廢水呈酸性，成為高含硫油田廢水處理系統管道腐蝕的主要原因，而且由于油田注水大都采用油田廢水，更增加了注水系統的腐蝕[3-5]。

目前，油田廢水的主要處理方法是向廢水中加入緩蝕劑、殺菌劑等，通過在容器或管道壁上形成保護膜來減輕腐蝕[6-8]。但緩蝕劑并不能從根本上解決腐蝕問題，殺菌劑長期使用也會使細菌產生抗藥性，且容易產生二次污染[9-10]。真空抽提法對廢水的脫硫效果較好，但對設備要求高，需抽氣設備和負壓操作，投資較高[11-12]。脫氣膜工藝[13]和超重力工藝[14]脫除廢水中 H2S 的效果明顯，但是由于技術成熟度及經濟原因還未在油田廢水處理中廣泛應用。

氮氣氣提法去除油田廢水中的 H2S

本工作以氮氣作為載氣，采用氣提法脫除油田廢水中的 H2S ，探索了一種有效降低油田廢水腐蝕性的新方法。

1 實驗部分

1.1 氣提法的原理

氣提法就是利用氣液平衡原理來去除溶解于水中的氣體。在氣提設備中，使廢水和載氣接觸，并不斷排出氣體，始終保持氣體的實際濃度小于該條件下的氣體平衡濃度，使廢水中溶解的氣體不斷進入氣相，使廢水得到處理[15-16]。

1.2 廢水水質

實驗用油田廢水取自勝利油田某廢水處理站，含油量 200 mg/L，H2S 質量濃度 15 mg/L，pH為 5.5，對 A3 碳鋼的腐蝕速率為 0.251 mm/a。

1.3 材料、試劑和儀器

實驗所用試劑均為分析純。A 3 碳鋼：76 mm×13 mm×1.5 mm。

LG - 223 型恒溫干燥箱：北京宏睿儀器設備有限公司；PHS - 3D 型精密 pH 計：上海精科儀器有限公司；CP214 型分析天平：奧豪斯儀器上海有限公司。

1.4 試驗方法

將裝有 15 L 油田廢水的氣提瓶置于一定溫度的恒溫水浴中，通過伸入廢水底部的導管向氣提瓶中通入一定流量的氮氣，使油田廢水中溶解的 H2S擴散到氮氣中隨尾氣排出，尾氣通入裝有飽和氫氧化鈣溶液的中和瓶中，使 H2S 與氫氧化鈣反應。反應一定時間后，取樣測定氣提瓶中油田廢水的 H2S質量濃度，計算 H2S 去除率。用鹽酸調節(jié)油田廢水pH，向油田廢水中加入少量石油，攪拌得到不同含油量的廢水，進行條件實驗。氣提法實驗裝置示意見圖 1。

1.5 分析方法

根據SY/T 5329—1994《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》[17]測定廢水中含油量、H2S質量濃度和腐蝕速率。

2 結果與討論

2.1 氮氣流量對 H2S 去除率的影響

在油田廢水含油量為 200 mg/L、廢水 pH 為5.5、水浴溫度為45 ℃的條件下，氮氣流量對 H2S去除率的影響見圖 2。由圖 2 可見，隨氮氣流量增大，H2S 去除率升高。因為氮氣流量較小時，H2S 在氮氣中的分壓和在廢水中的分壓很快達到平衡，故不能將大量的 H2S 帶走；隨著氮氣流量增加，氮氣可帶走更多的 H2S ，氮氣和廢水的接觸面積也增大，H2S 向氮氣中擴散的速率增加，故 H2S去除率升高。由圖 2 可見，氮氣流量為 3 L/min 和4 L/min 時，30 min 內廢水中的 H2S 去除率均達到98% 以上。綜合考慮，本實驗最佳氮氣流量為 3L/min，通氣時間為 30 min。

2.2 油田廢水 pH 對 H2S 去除率的影響

在油田廢水含油量為 200 mg/L、氮氣流量為3L/min、通氣時間為 30 min、水浴溫度為45 ℃的條件下，油田廢水 pH 對 H2S 去除率的影響見圖 3。

由圖 3 可見：隨著油田廢水 pH 增大，H2S 去除率逐漸下降；當油田廢水 pH 大于 5.0 時，H2S 去除率迅速下降。這是因為，油田廢水中的 H2S 有一部分是以 H2S 分子形式溶解在廢水中，其余是以硫離子的形式存在的，使用氣提方法只能脫除以 H2S分子形式存在的 H2S。廢水 pH 小于 5.0 時，98%以上的 H2S 以 H2S 分子形式存在；廢水 pH 較高時，H2S 絕大部分發(fā)生水解，以硫離子的形式存在，氣提方法對 H2S 的去除率很低。但廢水 pH 過小會加快對處理設備的腐蝕，因此，本實驗最佳油田廢水pH 為5.0。

2.3 水浴溫度對 H2S 去除率的影響

在油田廢水含油量為 200 mg/L、油田廢水 pH為 5 .0、氮氣流量為 3 L/min、通氣時間為 30 min 的條件下，水浴溫度對 H2S 去除率的影響見圖 4。由圖 4 可見：隨著水浴溫度提高，H2S 去除率升高，因為水浴溫度升高時 H2S 的溶解度變小，H2S 更易從廢水中析出，隨氮氣排出；當水浴溫度為45 ℃時，H2S 去除率已達 97%；繼續(xù)提高水浴溫度，H2S去除率升高趨緩。綜合考慮，本實驗最佳水浴溫度為45 ℃。

2.4 油田廢水含油量對H2S 去除率的影響

在水浴溫度為45 ℃、油田廢水 pH 為 5.0、氮氣流量為 3 L/min、通氣時間為 30 min 的條件下，油田廢水含油量對 H2S 去除率的影響見圖 5。

由圖5可見，隨著油田廢水含油量的增加，H2S 去除率逐漸下降。因為廢水中的油類物質會阻礙 H2S 從廢水中析出，減小 H2S 向氮氣中擴散的速率。

2.5 處理后廢水的水質

在水浴溫度為45 ℃、廢水 pH 為 5.0、氮氣流量為 3 L/min、通氣時間為 30 min 的最佳條件下，對含油量為 200 mg/L 的油田廢水進行氣提處理，處理后的廢水中 H2S 質量濃度小于 0.1 mg/L，H2S去除率達 98% 以上，廢水 pH 為 7.5、含油量為180 mg/L，對 A3 碳鋼的腐蝕速率為 0.02 mm/a，達到了SY/T 5329-1994《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》的指標。

3 結論

采用氮氣氣提法去除油田廢水中 H2S 的效果顯著，在水浴溫度為45 ℃、氮氣流量為 3 L/min、通氣時間為 30 min、油田廢水 pH 為 5.0 的條件下，廢水中 H2S 的去除率可達 98% 以上，升高水浴溫度和降低廢水中的含油量有助于提高 H2S 去除率。經該工藝處理后廢水 pH 升高到 7.5，碳鋼的腐蝕速率降至 0.02 mm/a，廢水達到 SY/T 5329—1994《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》的指標。

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[作者簡介]楊向平（1960-），男，山東省昌樂市人，博士，教授，主要從事化學工程方面的研究。

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