高锰酸钾/臭氧催化氧化去除气田采出水中重金属 阿卜杜热西提·萨伍提， 宋晓俊， 彭 豪， 杜 海， 陈 磊， 王 珂， 高永辉 （中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司 塔西南勘探开发公司， 新疆 喀什 844804） 摘 要： 塔里木盆地气田采出水存在多污染共存问题，其中重金属超标尤为突出。聚焦这一 现状，系统探究了高锰酸钾氧化、臭氧催化氧化及二者联用对气田采出水中重金属的去除效果。结 果显示，高锰酸钾和碳基催化剂联用对铜、汞、锌和铅的去除率超过97%，但对锰和镉的去除效果有 限。在臭氧和碳基催化剂联用体系中，臭氧接触时间为 30 min 即可使铜、汞和锰去除率达 97%~ 100%，锌和铅的去除率随臭氧接触时间的延长而降低，镉对臭氧氧化的敏感性较低（去除率为 61%）。将高锰酸钾氧化与臭氧催化氧化联用，能够实现铜、汞、锰和锌的残留量同步达标，且镉的 去除率较单一工艺提升14%。高锰酸钾/臭氧催化氧化联用技术通过氧化阶段的协同互补和解络合 作用，有效解决了气田采出水中多金属的同步去除难题。 关键词： 气田采出水； 重金属； 高锰酸钾； 臭氧催化氧化； 碳基催化剂 中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1000 - 4602（2026）01 - 0015 - 07 Combined Process of Potassium Permanganate and Ozone Catalytic Oxidation for Removal of Heavy Metals in Gas Field Produced Water ABDUREXITI Sawuti， SONG Xiaojun， PENG Hao， DU Hai， CHEN Lei， WANG Ke， GAO Yonghui （Tarim-Southwest Exploration & Development Company， Tarim Oilfield Branch of PetroChina， Kashgar 844804， China） Abstract： The produced water from gas fields in the Tarim Basin has the problem of coexistence of multiple pollutants, among which heavy metal exceeding the standard is particularly prominent. Focusing on this problem, this study systematically explored the effects of potassium permanganate oxidation, ozone catalytic oxidation and their combination on the removal of heavy metals from gas field produced water. The results showed that the combination of potassium permanganate and carbon‑based catalyst achieved a removal rate of over 97% for copper, mercury, zinc, and lead, but it had limited removal effect on manganese and cadmium. In the combined system of ozone and carbon‑based catalyst, a 30‑minute ozone contact time could make the removal rates of copper, mercury and manganese reach 97%- 100%, while the removal rates of zinc and lead decreased with the extension of ozone contact time, and cadmium had low sensitivity to ozone oxidation (with a removal rate of 61%). The combination of potassium permanganate oxidation and ozone catalytic oxidation could realize the simultaneous DOI：10. 19853/j. zgjsps. 1000-4602. 2026. 01. 003 通信作者：宋晓俊 E-mail：songxj-tlm@petrochina.com.cn ·15· 第 42 卷 第 1 期 中 国 给 水 排 水 www. cnww1985. com up‑to‑standard of residual amounts of copper, mercury, manganese and zinc, and the removal rate of cadmium was 14% higher than that of the single process. The combined technology effectively solves the problem of simultaneous removal of multiple metals in gas field produced water through the synergistic complementarity of oxidation stages and chelation. Keywords： gas field produced water; heavy metal; potassium permanganate; ozone catalytic oxidation; carbon‑based catalyst 气田采出水具有高矿化度、高有机负荷、高硬 度和重金属超标的典型特征，其安全处置已成为制 约油气资源可持续开发的关键环境问题。2024年， 我国天然气产量突破2 464×108 m3 ，与之伴随的气田 采出水量同步激增。若直接回注或排放，不仅会导 致地层孔隙堵塞、加速设备腐蚀，更会造成重金属 向土壤-水体系统迁移，对干旱地区脆弱的生态平 衡构成严重威胁［1］ 。塔里木盆地作为西气东输工程 的核心气源地，其克拉、迪那、克深等主力气田已进 入开发中后期，受水侵加剧影响，采出水量呈逐年 递增趋势，传统“重力沉降+除油+回注”模式已显现 技术瓶颈［2］ 。针对塔里木盆地气田采出水开展重金 属高效去除技术研究，对实现气田水资源的安全处 置与资源化利用具有重要意义。 高锰酸钾（KMnO4 ）是一种强氧化剂，可通过氧 化作用将水中溶解态的重金属离子转化为更高价 态或更易沉淀的形态。其还原产物水合二氧化锰 （MnO2 ）具有高比表面积、丰富的表面羟基，可通过 络合、静电吸附及共沉淀作用强化重金属的捕 获［3-6］ 。然而，现有研究多聚焦于高锰酸钾对单一或 双金属体系的去除效能，针对三种及以上重金属的 同步去除研究仍较为有限［7］ 。 臭氧（O3 ）作为一种高效的绿色强氧化剂［8］ ，可 通过直接氧化或分解产生的羟基自由基（·OH）间接 氧化低价态重金属至高价态，促进其在中性/弱碱性 条件下形成氢氧化物沉淀［9-10］ 。重金属在废水中常 以稳定络合物形式存在（如与 EDTA、NTA、柠檬酸 等配体结合），难以直接沉淀。而臭氧或·OH 可氧 化降解此类配体，破坏其络合能力，释放游离态重 金属离子或低稳态络合物［11-12］ 。基于此，臭氧催化 氧化技术可通过“配体降解-重金属释放-价态提 升”三步协同机制，同步实现有机物矿化与重金属 沉淀去除。与高锰酸钾等传统氧化剂相比，臭氧的 显著优势之一在于不会向体系中引入新的杂质。 针对塔里木盆地气田采出水有机负荷高和重 金属超标共存的复杂水质特征，单一氧化技术往往 难以实现重金属污染物的高效同步去除，亟须开发 协同联用技术。为此，以塔里木盆地某处理站气田 采出水为研究对象，首先系统分析典型区块的水质 特征，明确重金属的种类和浓度水平；在此基础上， 探究高锰酸钾氧化过程中氧化剂浓度、混凝剂种类 及助凝剂投加量对重金属去除效果的影响；同时， 研究臭氧接触时间对气田采出水中重金属去除效 能的影响，进而构建高锰酸钾/臭氧催化氧化联用技 术体系，考察其对多种重金属的协同去除效果，提 出塔里木盆地油气田采出水深度处理的优化方案。
高锰酸钾/臭氧催化氧化去除气田采出水中重金属 阿卜杜热西提·萨伍提， 宋晓俊， 彭 豪， 杜 海， 陈 磊， 王 珂， 高永辉 （中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司 塔西南勘探开发公司， 新疆 喀什 844804） 摘 要： 塔里木盆地气田采出水存在多污染共存问题，其中重金属超标尤为突出。聚焦这一 现状，系统探究了高锰酸钾氧化、臭氧催化氧化及二者联用对气田采出水中重金属的去除效果。结 果显示，高锰酸钾和碳基催化剂联用对铜、汞、锌和铅的去除率超过97%，但对锰和镉的去除效果有 限。在臭氧和碳基催化剂联用体系中，臭氧接触时间为 30 min 即可使铜、汞和锰去除率达 97%~ 100%，锌和铅的去除率随臭氧接触时间的延长而降低，镉对臭氧氧化的敏感性较低（去除率为 61%）。将高锰酸钾氧化与臭氧催化氧化联用，能够实现铜、汞、锰和锌的残留量同步达标，且镉的 去除率较单一工艺提升14%。高锰酸钾/臭氧催化氧化联用技术通过氧化阶段的协同互补和解络合 作用，有效解决了气田采出水中多金属的同步去除难题。 关键词： 气田采出水； 重金属； 高锰酸钾； 臭氧催化氧化； 碳基催化剂 中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1000 - 4602（2026）01 - 0015 - 07 Combined Process of Potassium Permanganate and Ozone Catalytic Oxidation for Removal of Heavy Metals in Gas Field Produced Water ABDUREXITI Sawuti， SONG Xiaojun， PENG Hao， DU Hai， CHEN Lei， WANG Ke， GAO Yonghui （Tarim-Southwest Exploration & Development Company， Tarim Oilfield Branch of PetroChina， Kashgar 844804， China） Abstract： The produced water from gas fields in the Tarim Basin has the problem of coexistence of multiple pollutants, among which heavy metal exceeding the standard is particularly prominent. Focusing on this problem, this study systematically explored the effects of potassium permanganate oxidation, ozone catalytic oxidation and their combination on the removal of heavy metals from gas field produced water. The results showed that the combination of potassium permanganate and carbon‑based catalyst achieved a removal rate of over 97% for copper, mercury, zinc, and lead, but it had limited removal effect on manganese and cadmium. In the combined system of ozone and carbon‑based catalyst, a 30‑minute ozone contact time could make the removal rates of copper, mercury and manganese reach 97%- 100%, while the removal rates of zinc and lead decreased with the extension of ozone contact time, and cadmium had low sensitivity to ozone oxidation (with a removal rate of 61%). The combination of potassium permanganate oxidation and ozone catalytic oxidation could realize the simultaneous DOI：10. 19853/j. zgjsps. 1000-4602. 2026. 01. 003 通信作者：宋晓俊 E-mail：songxj-tlm@petrochina.com.cn ·15· 第 42 卷 第 1 期 中 国 给 水 排 水 www. cnww1985. com up‑to‑standard of residual amounts of copper, mercury, manganese and zinc, and the removal rate of cadmium was 14% higher than that of the single process. The combined technology effectively solves the problem of simultaneous removal of multiple metals in gas field produced water through the synergistic complementarity of oxidation stages and chelation. Keywords： gas field produced water; heavy metal; potassium permanganate; ozone catalytic oxidation; carbon‑based catalyst 气田采出水具有高矿化度、高有机负荷、高硬 度和重金属超标的典型特征，其安全处置已成为制 约油气资源可持续开发的关键环境问题。2024年， 我国天然气产量突破2 464×108 m3 ，与之伴随的气田 采出水量同步激增。若直接回注或排放，不仅会导 致地层孔隙堵塞、加速设备腐蚀，更会造成重金属 向土壤-水体系统迁移，对干旱地区脆弱的生态平 衡构成严重威胁［1］ 。塔里木盆地作为西气东输工程 的核心气源地，其克拉、迪那、克深等主力气田已进 入开发中后期，受水侵加剧影响，采出水量呈逐年 递增趋势，传统“重力沉降+除油+回注”模式已显现 技术瓶颈［2］ 。针对塔里木盆地气田采出水开展重金 属高效去除技术研究，对实现气田水资源的安全处 置与资源化利用具有重要意义。 高锰酸钾（KMnO4 ）是一种强氧化剂，可通过氧 化作用将水中溶解态的重金属离子转化为更高价 态或更易沉淀的形态。其还原产物水合二氧化锰 （MnO2 ）具有高比表面积、丰富的表面羟基，可通过 络合、静电吸附及共沉淀作用强化重金属的捕 获［3-6］ 。然而，现有研究多聚焦于高锰酸钾对单一或 双金属体系的去除效能，针对三种及以上重金属的 同步去除研究仍较为有限［7］ 。 臭氧（O3 ）作为一种高效的绿色强氧化剂［8］ ，可 通过直接氧化或分解产生的羟基自由基（·OH）间接 氧化低价态重金属至高价态，促进其在中性/弱碱性 条件下形成氢氧化物沉淀［9-10］ 。重金属在废水中常 以稳定络合物形式存在（如与 EDTA、NTA、柠檬酸 等配体结合），难以直接沉淀。而臭氧或·OH 可氧 化降解此类配体，破坏其络合能力，释放游离态重 金属离子或低稳态络合物［11-12］ 。基于此，臭氧催化 氧化技术可通过“配体降解-重金属释放-价态提 升”三步协同机制，同步实现有机物矿化与重金属 沉淀去除。与高锰酸钾等传统氧化剂相比，臭氧的 显著优势之一在于不会向体系中引入新的杂质。 针对塔里木盆地气田采出水有机负荷高和重 金属超标共存的复杂水质特征，单一氧化技术往往 难以实现重金属污染物的高效同步去除，亟须开发 协同联用技术。为此，以塔里木盆地某处理站气田 采出水为研究对象，首先系统分析典型区块的水质 特征，明确重金属的种类和浓度水平；在此基础上， 探究高锰酸钾氧化过程中氧化剂浓度、混凝剂种类 及助凝剂投加量对重金属去除效果的影响；同时， 研究臭氧接触时间对气田采出水中重金属去除效 能的影响，进而构建高锰酸钾/臭氧催化氧化联用技 术体系，考察其对多种重金属的协同去除效果，提 出塔里木盆地油气田采出水深度处理的优化方案。
