中國(guó)石油大港油田分公司采油工藝研究院

渦凹?xì)飧?流砂過(guò)濾在大港油田污水處理中的應(yīng)用

麻建軍

中國(guó)石油大港油田分公司采油工藝研究院

油田污水處理過(guò)程中去除微粒雜質(zhì)是水質(zhì)能否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵，高效流砂過(guò)濾裝置能夠替代傳統(tǒng)固定床過(guò)濾系統(tǒng)，在給水處理、廢水處理、廢水的深度處理和回用處理中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在大港油田3座污水處理站的精細(xì)污水處理中進(jìn)行了應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明：渦凹?xì)飧?流砂過(guò)濾技術(shù)在中北部的唐家河污水站和南三污水站應(yīng)用效果比較理想，氣浮機(jī)在各污水站的除油率均在60%以上；而在南部采油三廠對(duì)于腐蝕性強(qiáng)、礦化度高的段一污水適應(yīng)性較差，原因在于曝氣除硫時(shí)懸浮物增加，同時(shí)系統(tǒng)結(jié)垢加重，致使渦凹?xì)飧?硫砂過(guò)濾無(wú)法正常運(yùn)行。

污水精細(xì)處理；渦凹?xì)飧?；高效流砂過(guò)濾；大港油田

油田污水處理過(guò)程中用于去除微粒雜質(zhì)的設(shè)備是水質(zhì)能否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵設(shè)備，高效流砂過(guò)濾裝置能夠替代傳統(tǒng)固定床過(guò)濾系統(tǒng)，可應(yīng)用于給水處理、廢水處理、廢水的深度處理和回用處理，與以往的核桃殼、纖維球過(guò)濾器相比，有明顯的優(yōu)勢(shì)，在大港油田3座污水處理站的精細(xì)污水處理中進(jìn)行了應(yīng)用。

1 工作原理

高效流砂過(guò)濾裝置由2個(gè)工作單元組成：渦凹?xì)飧卧透咝Я魃斑^(guò)濾單元[1]。

1.1 渦凹?xì)飧卧?/p>

渦凹?xì)飧。–AF，Cavitation Air Floatation）裝置主要由曝氣池和氣浮池兩部分構(gòu)成。裝置最前端的曝氣池向來(lái)水投加混凝劑，曝氣機(jī)高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的負(fù)壓將空氣吸入，空氣與污水充分混合后，在混凝劑的作用下，懸浮顆粒形成絮狀物的油上浮，形成的泥渣由刮泥裝置排除。處理后的水由另一端進(jìn)入下一級(jí)裝置——流砂過(guò)濾器。為了更好地去除污水中的油，在氣浮階段需要添加混凝劑和絮凝劑。氣浮原理示意圖見圖1。

圖1 渦凹?xì)飧≡硎疽鈭D

相對(duì)其他傳統(tǒng)的氣浮技術(shù)，渦凹?xì)飧≡诤蛷U水處理中的設(shè)備占地、能耗、投資等方面，都具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，見圖2。

圖2 不同氣浮技術(shù)對(duì)比

1.2 流砂過(guò)濾單元

高效流砂過(guò)濾裝置模型見圖3，流砂過(guò)濾器結(jié)構(gòu)見圖4。

圖3 高效流砂過(guò)濾裝置模型

1.2.1 原水過(guò)濾過(guò)程

原水從進(jìn)水管進(jìn)入到錐型的引水道，再進(jìn)到濾床；經(jīng)過(guò)濾床時(shí)懸浮物被砂子截留變成干凈的過(guò)濾水；過(guò)濾水經(jīng)過(guò)溢流堰，由出水管流出過(guò)濾器外。

1.2.2 濾料清洗再生過(guò)程

被懸浮物污染的砂子，在重力作用下通過(guò)錐形的砂分配器、從傾斜通道下落到集砂箱，由提砂泵輸送到上部洗凈槽的洗砂裝置中。被污染的砂子在提升過(guò)程中先與水和空氣劇烈摩擦，在空氣分離器中空氣與砂、水分離，砂子因重力通過(guò)洗砂裝置的通道下降，清洗水（部分過(guò)濾水）則通過(guò)清洗水管從洗砂裝置的下部流到通道內(nèi)。兩者相對(duì)接觸，砂子被洗凈。干凈的砂子重新均勻分布到濾床中央，洗砂污水通過(guò)排水裝置排出。洗砂污水的用量可通過(guò)排水裝置的調(diào)節(jié)堰進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖4 流砂過(guò)濾器結(jié)構(gòu)

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

渦凹?xì)飧?流砂過(guò)濾技術(shù)在大港油田唐家河污水站、段一污水站和南二污水站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。由于唐家河、段六撥、周青莊油田地層滲透率低，回注要求指標(biāo)嚴(yán)格，因此3座污水站先后采用了渦凹?xì)飧?流砂過(guò)濾的處理技術(shù)，但處理效果存在差異，見表1。

表1 各污水站現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

2.1 除油效果

3座污水站來(lái)水及氣浮段除油效果見表2。

表2 各污水站來(lái)水及氣浮段除油效果

從表2可以看出，氣浮機(jī)在各污水站的除油效果好，除油率均在60%以上。

2.2 除懸浮物效果

3座污水站流砂過(guò)濾段處理效果見表3。

表3 各污水站流砂過(guò)濾段處理效果

從表3可以看出，流砂過(guò)濾器在唐家河污水站和南三污水站處理效果良好，而段一污水站的流砂過(guò)濾器效果較差。段一污水站進(jìn)口懸浮物遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于進(jìn)口的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，沒(méi)有滿足過(guò)濾器進(jìn)口指標(biāo)要求，因此處理效果不理想。

段一污水站始建于2006年，當(dāng)時(shí)采用核桃殼+纖維球過(guò)濾的處理工藝，2009年為了解決段一污水站所應(yīng)用的纖維球過(guò)濾工藝在南部油田的工藝適應(yīng)性較差，纖維球?yàn)V料頻繁污染、破損，污水處理效果差的問(wèn)題，同時(shí)為了進(jìn)一步提高腐蝕結(jié)垢治理的效果，深化腐蝕結(jié)垢治理研究，開展曝氣除硫新技術(shù)研究試驗(yàn)，試驗(yàn)應(yīng)用渦凹?xì)飧?流砂過(guò)濾器進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造。段一污水處理系統(tǒng)工藝流程示意圖見圖5，段一污水站各處理單元水質(zhì)情況見圖6。

圖5 段一污水處理系統(tǒng)工藝流程示意圖

圖6 段一污水站各處理單元水質(zhì)情況

段一污水站采用曝氣裝置+渦凹?xì)飧?流砂過(guò)濾器處理后，懸浮物嚴(yán)重超標(biāo)，設(shè)備結(jié)垢嚴(yán)重，系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。

分析原因認(rèn)為，曝氣罐通過(guò)曝空氣去除污水中的S2-，S2-被氧化為S沉淀，懸浮物含量增加。污水在接觸氧的情況下，F(xiàn)e2+離子會(huì)逐漸被氧化生成Fe3+離子，進(jìn)而水解生成絮狀膠體，使污水中的懸浮物含量增加。曝氣罐出水懸浮物過(guò)高，氣浮出口懸浮物遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出流砂過(guò)濾器進(jìn)口設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求，導(dǎo)致最終出水懸浮物不達(dá)標(biāo)。同時(shí)，污水曝氣引起了結(jié)垢趨勢(shì)增加，管道半個(gè)月時(shí)間結(jié)垢達(dá)到5 mm，同時(shí)出現(xiàn)過(guò)濾器石英砂板結(jié)現(xiàn)象。

2.3 加藥量使用情況

唐家河污水站、段一污水站、南三污水站加藥情況見表4。

表4 各污水站加藥情況

從表4可以看出，雖然南三污水站實(shí)際處理水量較其他2座污水站處理水量小，但加藥量卻很高，分析原因認(rèn)為：南三污水站系統(tǒng)來(lái)水含油不穩(wěn)定（39～65 mg/L），前端只有一具100 m3緩沖罐，除油效果不好，只有通過(guò)增加加藥量才能保證氣浮出口水質(zhì)，不然會(huì)影響氣浮處理效果，造成后端流砂過(guò)濾器砂子被污染，導(dǎo)致懸浮物固體含量時(shí)有超標(biāo)。只有前端水質(zhì)控制好，才能保證出口水質(zhì)滿足指標(biāo)要求。

3 結(jié)論及建議

（1）通過(guò)3座污水站的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明，渦凹?xì)飧?流砂過(guò)濾技術(shù)在中北部的唐家河污水站和南三污水站應(yīng)用效果比較理想，而在南部采油三廠對(duì)于腐蝕性強(qiáng)、礦化度高的段一污水適應(yīng)性較差。

（2）段一污水站處理效果不理想的原因在于曝氣除硫時(shí)懸浮物增加，同時(shí)系統(tǒng)結(jié)垢加重，致使渦凹?xì)飧?流砂過(guò)濾無(wú)法正常運(yùn)行。

（3）為確保流砂過(guò)濾器處理水質(zhì)合格，應(yīng)保證前端水質(zhì)，及時(shí)檢修設(shè)備、投加藥劑，或者在氣浮前端增加沉降罐，保證氣浮出水，否則會(huì)增加流砂過(guò)濾器的處理難度，造成濾料污染、板結(jié)，反洗困難。因此必須加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，保證各處理單元的處理效果，才能保證最終水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

[1]霍夙彥，李智慧，趙昕銘，等．高效流砂過(guò)濾器[J]．油氣田地面工程，2010，29（7）：105.

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.11.016

麻建軍：工程師，2005年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)石油工程專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)從事地面系統(tǒng)配套規(guī)劃方案、老系統(tǒng)調(diào)整改造規(guī)劃方案的編制以及新工藝、新技術(shù)的引進(jìn)和推廣等工作。

2015-04-09

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