一种油砂洗涤水处理方法技术领域
本发明涉及油砂洗涤水的一种处理方法，具体涉及油砂洗涤水经过超
滤、反渗透等过程处理后，对反渗透过程中产生的浓水，进行高级氧化处
理，降低浓水中的COD含量，实现达标排放的方法。
背景技术
油砂作为一种非常规的石油资源，其中油砂沥青含量5～20％，砂与黏
土含量80～85％，含水3～5％。其资源量约占世界石油储量的30％，若全部
被开采利用，按照现在世界能源的需求水平，可供全世界消费上百年，油砂
的开发利用成为新的经济增长点。据油砂主要资源国统计，目前世界探明的
油砂资源量约为3.8万亿桶。主要分布在加拿大、委内瑞拉和美国，世界上
大部分油砂资源集中在加拿大阿尔伯塔省北部Athabasca流域、和平湖和阿
尔伯塔省与萨斯喀彻温省交界处的冷湖地区。油砂的发展使加拿大的石油储
量仅次于沙特位居全球第二，让国际社会进一步意识到油砂的价值。在我国
也发现了大量的油砂资源，储量约1000亿吨，据世界第五位，主要集中在
以准噶尔、柴达木、鄂尔多斯和松辽等24个盆地。我国全国油气资源调查
中，将油砂资源首次纳入评价体系，经过评价，我国油砂的含油率在
5％～20％，具有良好的经济开发价值和前景。
目前，世界上油砂的开采、分离还处于起步阶段，油砂具有粘度大、密
度高、分离的稠油含有大量微小沙粒和矿物质，在油砂沥青的分离、加工和
尾矿处理中尚存在许多技术难题，油砂开采应用一直受到制约。在油砂开采
过程中产生巨大的有毒尾矿池，对环境造成很大危害。最大的七家油砂公司
(Canadian Natual Resources，Imperial Oil，Shell Canada，Suncor Energy，
Syncrude Canada Ltd.，Teck Resources and Total E&PCanada)于2010年12
月成立一个联盟，以解决业界最棘手的挑战之一：清理他们的巨大有毒尾矿
池。这意味着油砂公司将共同努力，统一力量，推动尾矿管理和交换技术诀
窍，而不是试图出售或许可他人使用其知识产权。
目前油砂露天开采主要使用水洗分离技术，利用热碱水加热、搅拌，使
油和砂土分离，分离过程中产生的废物主要是水与油砂沥青、悬浮物、黏
土、砂土、化学药剂的混合物。由于沥青与水、黏土混合十分均匀，沉降分
离很困难。目前加拿大阿尔伯塔省油砂矿区有8亿多立方米的尾矿储存于
142平方公里的尾矿池中，且尾矿库存不断增加。基于离心机模拟研究，尾
矿池中的陈化细土尾矿需要超过130年才能自由沉降分离，它不仅储存了大
量的水也占据了广大的土地，油砂洗涤后产生的尾矿池废水的处理和利用问
题是油砂处理企业面临的巨大挑战之一。
CN101855177A提出一种采用膜分离方法，处理油砂洗涤尾矿池水，该
废水中含有大量的粘土、油砂沥青和化学药剂，处理过程膜易于堵塞，能量
消耗大。
CN103359861A提出一种油砂洗涤废水的处理方法，包括如下步骤：将
油砂开采污水在均质槽中进行均质处理，然后将均质处理后的污水进入气浮
除油装置进行气浮除油处理，去除部分悬浮油和少量的乳化油；将气浮后的
污水进入絮凝气浮装置，分离絮凝物；将絮凝气浮污水进行离心分离，得到
油砂地层回注用水。该过程在气浮除油和絮凝气浮过程中，污水中含有大量
的粘土和沙粒，容易堵塞管线和设备，影响装置的长周期运行。
CN103351072A提供了一种油砂开采废水处理方法，将油砂洗涤分离出
的污水进行均质，然后进行气浮除油，除去大部分悬浮油和少量的乳化油，
然后进行絮凝处理，絮凝后的废水进行澄清、过滤、软化、离心分离，得到
锅炉回注水。该过程前处理过程中对洗涤水中含有大量的砂土未进行深度的
去除分离，将对废水的后续处理带来很大的困难。
CN102676199A公开了一种油砂尾矿或油砂矿浆的处理系统，能够从油
砂尾矿或油砂矿浆中回收残余沥青，并能够将油砂尾矿固化，以便能够容易
地用经济和环保的方式处置。
综上所述，针对目前油砂洗涤水的处理技术，虽然可以达到一定的处
理、回用效果，同时也仍存在着不足之处，影响油砂洗涤水的回用，形成大
量的尾矿池，造成水资源的浪费与严重的环境污染，亟待处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油砂洗涤水处理方法，以克服现有技术中容
易造成水资源的浪费和严重的环境污染的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种油砂洗涤水处理方法，包括以下步
骤：
步骤一将油砂洗涤后分离出来的废水经过第一级文丘里混合器与酸或
碱混合，调节废水的pH值为6.0～8.6之间；
步骤二经过步骤一处理后的废水，再次经过第二级文丘里混合器与破
乳剂混合，控制加入破乳剂的投加量为30～300mg/L；
步骤三将经过步骤二处理后的废水排入隔油沉降池，保持废水的停留
时间为0.5～3.0h，除去悬浮油和沙土；
步骤四将隔油沉降后的废水进行旋流分离，去除水中粒径为50μm以
上的颗粒物；
步骤五将经过旋流分离后的废水进入混凝气浮装置，进一步去除废水
中的悬浮物及处于悬浮和溶解状态的石油类物质；
步骤六将经过步骤五处理后的废水进行过滤，得到油砂洗涤水；
步骤七将经过步骤六处理后的油砂洗涤水通过超滤与反渗透装置，得
到油砂洗涤回用水；以及
步骤八将经过步骤七处理后产生的反渗透浓水，通过高级氧化装置，
处理后达标排放。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，步骤一中所述酸优选为盐
酸、硫酸、醋酸、碳酸、次氯酸或硝酸；更优选为浓硫酸。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，步骤二中所述破乳剂的投加
量优选为50～300mg/L。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，所述步骤三中废水的停留时
间优选为1～2.5h。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，步骤五中优选在所述混凝气
浮装置中加入絮凝剂。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，所述絮凝剂优选为无机高分
子絮凝剂或有机高分子絮凝剂。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，所述无机高分子絮凝剂优选
为聚合氯化铝或聚硅酸铝。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，所述有机高分子絮凝剂优选
为阳离子、阴离子或非离子型聚丙烯酰胺。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，所述阳离子型聚丙烯酰胺分
子量优选为700～1000万。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，所述无机高分子絮凝剂投加
量优选为40～300mg/L。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，所述有机高分子絮凝剂投加
量优选为2～50mg/L。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，步骤六中所述过滤用滤芯材
质优选为石英砂、活性炭或化纤。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，步骤二中所述破乳剂优选为
醚类破乳剂、醛类破乳剂或脂类破乳剂。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，所述步骤七中超滤和反渗透
用膜均优选为有机膜或无机膜。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，所述步骤七中，优选的是，
油砂洗涤水首先通过超滤装置，然后通过反渗透装置。
本发明所述的油砂洗涤水处理方法，其中，所述步骤八中反渗透浓水的
高级氧化，优选为臭氧-活性炭氧化、Fenton试剂法氧化或铁碳微电解氧
化。
本发明的有益效果：
本发明采用“隔油沉降-旋流分离-混凝气浮-过滤-双膜”的深度处理方
法。其优点在于：①对油砂洗涤废水中所含有的大量砂土，根据其粒径不
同、沉降时间差异，进行多层次分级处理，分级沉降，砂土沉降更彻底；②
根据废水中沥青基石油类物质在废水中存在状态不同，油滴粒径差异，进行
分级分离，石油类物质分离去除更彻底；③对废水中的沙粒、黏土、石油类
等多种物质实现深度处理；④采用两级文丘里混合器串联使用，物料流动速
度快，避免粒径较大的砂粒沉积在设备或管线内部，发生堵塞；⑤采用双膜
处理后的油砂洗涤水，可以去除洗涤水中溶解的盐类和多种溶解性物质，克
服洗涤水循环使用过程中盐类和多种有害物质的积累；⑥采用高级氧化法处
理反渗透浓水，可以降低浓水的COD含量，实现废水的达标排放；⑦该技
术减少油砂洗涤过程中外排污水中的污染物含量，处理效果好。
附图说明
图1为本发明实施例1的方法流程示意图；
其中，附图标记：
1-第一级文丘里混合器；
2-第二级文丘里混合器；
3-隔油沉降池；
4-旋流器；
5-混凝气浮装置；
6-过滤器；
7-超滤膜装置；
8-反渗透装置；
9-高级氧化装置。
具体实施方式
本发明首先将油砂洗涤废水经过文丘里混合器，中和并与破乳剂混合，
然后排入隔油沉降池，隔油池出水进行旋流分离、气浮和过滤和双膜处理，
将油砂洗涤后产生的洗涤水处理后循环使用，将反渗透过程中产生的浓水进
行高级氧化处理后达标排放，具体包括以下步骤：
步骤一将油砂洗涤后分离出来的废水经过第一级文丘里混合器与强酸
(或碱)混合，调节废水的pH值为6.0～8.6之间；
步骤二经过步骤一处理后的废水，再次经过第二级文丘里混合器，与
破乳剂混合，控制加入破乳剂的投加量为50～300mg/L；
步骤三将经过步骤二处理后的废水排入隔油沉降池，保持废水的停留
时间为0.5～3.0h，除去水中的大部分悬浮油和废水中大量的砂土；
步骤四将隔油沉降后的废水进行旋流分离，去除水中粒径为50μm以
上的颗粒物；
步骤五将经过旋流分离后的废水进入混凝气浮装置，深度去除废水中
的悬浮物、处于悬浮和溶解状态的石油类物质；
步骤六将步骤五处理后的废水进行过滤，过滤后的水浊度≤5NTU，
石油类含量≤25mg/L，悬浮物含量≤25mg/L；
步骤七将经过过滤后的废水进入超滤和反渗透装置，深度去除废水中
的盐类和溶解状态的其他有害离子，得到油砂洗涤水；
步骤八将经过步骤七处理后产生的反渗透浓水，通过高级氧化装置，
处理后达标排放。
本发明优选的工艺条件如下：
文丘里混合内投加的酸选自盐酸、硫酸、硝酸等，优选浓硫酸，也可以
选择其它弱酸如醋酸、碳酸或次氯酸。
pH值优选7.6～8.2；破乳剂投加量优选50～150mg/L，沉降池内废水停
留时间优选1～2.5h。
混凝气浮处理过程中需要絮凝剂，絮凝药剂为无机高分子絮凝剂和有机
高分子絮凝剂；无机高分子絮凝剂优选聚合氯化铝、聚硅酸铝，投加量优选
40～100mg/L；有机高分子絮凝剂优选阳离子聚丙烯酰胺，分子量优选
700～1000万，投加量优选2～50mg/L。
过滤器滤芯材质可以选择石英砂、活性炭和化纤等，优选化纤和石英砂
材质。
破乳剂可以选择使用醚类破乳剂、醛类破乳剂或脂类破乳剂。
超滤和反渗透装置使用的膜，可以采用无机陶瓷膜也可以采用有机膜。
反渗透浓水的高级氧化，包括臭氧-活性炭氧化、Fenton试剂法氧化或
铁碳微电解氧化等化学氧化。
本发明中，油砂洗涤废水在第一台文丘里混合期内加入浓硫酸，调节废
水的酸碱度后，进入第二台文丘里混合器，废水与破乳剂混合后进入隔油沉
降池，在隔油沉降池内，将处于乳化状态的油滴进行聚并、上浮去除，废水
中大量的砂土沉降去除；沉降池出水进入旋流分离器，通过密度差产生的不
同离心力进一步去除废水中粒径约50μm以上的砂土；经过旋流器处理后
的废水进入混凝气浮装置，通过加入高价电解质，破坏水中胶体的稳定状
态，使悬浮物脱稳、凝聚并去除，在气浮过程中，大量的微气泡黏附在油滴
表面，有助于使处于悬浮状态的细小油滴的上浮并去除；混凝过程中生成大
量的矾花，利用矾花的吸附和“网捕”作用，深度去除废水中处于乳化状态
的石油类物质。经过混凝气浮处理后的废水进入过滤器，经过过滤处理后，
水浊度≤5NTU，石油类含量≤25mg/L，悬浮物含量≤25mg/L。过滤后的
废水先进行超滤处理，然后进入反渗透装置，反渗透装置出水可以满足油砂
洗涤水的要求，反渗透装置产生的浓水通过高级氧化处理后达标排放。
本发明的主要特点在于，针对油砂洗涤分离出废水的砂土含量高，废水
中不仅有沙粒还有大量的黏土，易于堵塞管道和设备，难以沉降分离；废水
中的石油类物质以沥青基原油为主，密度与水更接近，且沥青基原油与沙
粒、黏土混合充分，难以分离。选择两级文丘里混合器串联使用，原因有是
文丘里混合器内物料流动速度高，防止废水的所含的大量砂土沉降，堵塞设
备和管线。
本发明使用隔油沉降池，废水在该设备内可以沉降出粒径较大的砂土，
同时废水中部分呈悬浮态的石油类进行上浮分离。
本发明使用旋流器分离废水中所含的大量砂土，依靠流体高速流动和旋
转过程中产生的离心力，进行废水中砂土的分离，分离效率高、分离速度
快。
本发明使用混凝气浮，处理废水中的悬浮物和油类，主要原因是通过加
入高价电解质，破坏水中胶体的稳定状态，使悬浮物脱稳、凝聚并去除，在
气浮过程中，大量的微气泡黏附在油滴表面，有助于处于悬浮状态的细小油
滴的上浮并去除；混凝过程中生成大量的矾花，利用矾花的吸附和“网捕”
作用，深度去除废水中处于乳化状态的石油类物质。
本发明使用过滤器作为油砂洗涤废水处理工序，主要原因是为回用水增
加一级保障和安全，可以过滤废水中的悬浮物和石油类物质。
本发明对过滤器后的油砂洗涤水经过双膜处理，主要原因是随着油砂洗
涤水回用次数的增加，洗涤水中溶解的盐类和多种溶解性有害物质积累量显
著升高，对油砂的洗涤效果分离产生明显的影响。油砂洗涤水回用3～7次
后，可以将回用水全部通过双膜处理后再进行回用，也可以将部分油砂洗涤
水通过双膜处理后回用，保持油砂的洗涤分离效果。
本发明对经过反渗透装置处理过程中产生的浓水进行高级氧化处理，主
要原因是，反渗透处理过程中产生了占总处理量约30％的浓水，浓水中
COD含量较高，难以达到排放标准的要求。通过高级氧化装置处理后，可
以较大幅度的降低废水中COD含量，实现反渗透浓水的达标排放。
实施例1：
油砂洗涤废水pH值为9.8，砂土含量3300mg/L，油含量1400mg/L，
通过文丘里混合器投加浓硫酸混合后，调剂废水pH值为7.9，然后投加聚
醚类破乳100mg/L，通过文丘里混合器混合，废水进入隔油沉降池，沉降
时间3h，沉降池出水中砂土含量1000mg/L，油含量110mg/L。将沉降池
处理后的废水送入旋流器，经过旋流分离后砂土含量为120mg/L，然后进
行混凝气浮和过滤装置，聚硅酸铝投加量为80mg/L，阳离子聚丙烯酰胺加
入量为30mg/L，过滤器内填装石英砂。过滤器出水浊度5.0NTU，石油类
含量为24mg/L，悬浮物含量为25mg/L。对该出水作为油砂洗涤水，循环
使用3次后，通过超滤和反渗透装置处理。反渗透装置产生浓水，经过臭氧
-活性炭装置氧化处理后，COD含量为60mg/L，达到排放要求。
对比例1：
油砂洗涤废水pH值为9.8，砂土含量3300mg/L，油含量1400mg/L，
通过文丘里混合器投加浓硫酸混合后，调剂废水pH值为7.9，然后投加聚
醚类破乳100mg/L，通过文丘里混合器混合，废水进入隔油沉降池，沉降
时间3h，沉降池出水中砂土含量1000mg/L，油含量110mg/L。将沉降池
处理后的废水送入旋流器，经过旋流分离后砂土含量为120mg/L，然后进
行混凝气浮和过滤装置，聚硅酸铝投加量为80mg/L，阳离子聚丙烯酰胺加
入量为30mg/L，过滤器内填装石英砂。过滤器出水浊度5.0NTU，石油类
含量为24mg/L，悬浮物含量为25mg/L。对该出水作为油砂洗涤水，循环
使用3次后，通过超滤和反渗透装置处理。反渗透装置产生浓水，COD含
量为180mg/L，COD含量较高，不能达到排放要求。
实施例2：
油砂洗涤废水pH值为9.0，砂土含量6000mg/L，油含量1500mg/L，
通过文丘里混合器投加浓硫酸混合后，调剂废水pH值为8.2，然后投加聚
醚类破乳220mg/L，通过文丘里混合器混合，废水进入隔油沉降池，沉降
时间3h，沉降池出水中砂土含量1800mg/L，油含量150mg/L。将沉降池
处理后的废水送入旋流器，经过旋流分离后砂土含量为170mg/L，然后进
行混凝气浮和过滤装置，聚硅酸铝投加量为100mg/L，阳离子聚丙烯酰胺
加入量为50mg/L，过滤器内填装化纤质填料。过滤器出水浊度3.0NTU，
石油类含量为16mg/L，悬浮物含量为20mg/L。对该出水作为油砂洗涤
水，循环使用7次后，通过超滤和反渗透装置处理，反渗透装置产生浓水，
经过Fenton试剂法氧化处理后，COD含量为55mg/L，达到排放要求。
实施例3：
油砂洗涤废水pH值为12.0，砂土含量1200mg/L，油含量900mg/L，
通过文丘里混合器投加浓硫酸混合后，调剂废水pH值为8.6，然后投加聚
醚类破乳30mg/L，通过文丘里混合器混合，废水进入隔油沉降池，沉降时
间1.0h，沉降池出水中砂土含量400mg/L，油含量90mg/L。将沉降池处
理后的废水送入旋流器，经过旋流分离后砂土含量为80mg/L，然后进行混
凝气浮和过滤装置，聚硅酸铝投加量为60mg/L，阳离子聚丙烯酰胺加入量
为50mg/L，过滤器内填装石英砂。过滤器出水浊度4.6NTU，石油类含量
为20mg/L，悬浮物含量为18mg/L。对该出水50％直接作为油砂洗涤水，
循环使用，另外50％水量通过超滤和反渗透装置处理，两种水混合后作为
油砂洗涤水。反渗透装置产生浓水，经过铁碳微电解装置氧化处理后，
COD含量为53mg/L，达到排放要求。
本发明采用“隔油沉降-旋流分离-混凝气浮-过滤-双膜-高级氧化”的联
合处理方法。其优点在于：①对油砂洗涤废水中所含有的大量砂土，根据其
粒径不同、沉降时间差异，进行多层次分级处理，分级沉降，砂土沉降更彻
底；②根据废水中沥青基石油类物质在废水中存在状态不同，油滴粒径差
异，进行分级分离，石油类物质分离去除更彻底；③对废水中的沙粒、黏
土、石油类等多种物质实现深度处理，处理后的废水可以作为油砂洗涤水循
环使用；④采用两级文丘里混合器串联使用，物料流动速度快，避免粒径较
大的砂粒沉积在设备或管线内部，发生堵塞；⑤采用双膜处理后的油砂洗涤
水，可以去除洗涤水中溶解的盐类和多种溶解性物质，克服洗涤水循环使用
过程中盐类和多种有害物质的积累对油砂洗涤产生的不利影响；⑥采用高级
氧化法处理反渗透浓水，可以降低浓水的COD含量，实现废水的达标排
放；⑦该技术减少油砂洗涤过程中外排污水中的污染物含量，处理效果好。
该技术更有利于油砂洗涤分离，有利于洗涤水循环使用，有利于油砂洗
涤过程中废水的处理与达标排放，处理效果好。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的
情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，
但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。