李朝陽(yáng)

（河南油田資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中心，河南南陽(yáng) 473132）

1 引言

中石化河南油田王集油氣開(kāi)發(fā)區(qū)塊污水具有以下特點(diǎn)：礦化度為2 500 mg/L；COD 為148 mg/L；總硬度為213.6 mg/L；總堿度為871.8 mg/L；SRB 為300～550 個(gè)/mL。屬于NaHCO3陰離子水型，pH 值在7.3～7.5，此外，水中含有S2－，易與重金屬離子生成難溶物質(zhì)，影響注聚效果，降低采收率。

污水處理末端的壓濾污泥主要特點(diǎn)是含水率高，含水55%～69%、含油3%～5%，含泥15%～26%。含油污泥中的石油類主要為重質(zhì)成分，含油污泥已被列入國(guó)家危險(xiǎn)廢棄物名錄（HW08），作為危險(xiǎn)廢棄物進(jìn)行管理。

為了落實(shí)國(guó)家法律、法規(guī)，在降低生產(chǎn)成本和潛在風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，中石化河南油田開(kāi)發(fā)了水質(zhì)凈化深度處理技術(shù)，此舉為落實(shí)中石化“綠色企業(yè)行動(dòng)計(jì)劃”奠定了基礎(chǔ)。

2 油田污水深度處理一體化技術(shù)

一體化處理工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 一體化處理工藝流程

2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

2.1.1 工藝流程預(yù)處理工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 預(yù)處理工藝流程

2.1.2 技術(shù)特性

三相分離工作原理：來(lái)液經(jīng)氣液進(jìn)口進(jìn)入分離器本體，經(jīng)過(guò)整流器和重力沉降在一級(jí)捕霧器中實(shí)現(xiàn)三相初步分離。分離出的油水混合物通過(guò)落液管引流到分離室的底部，通過(guò)布液板對(duì)破乳油水進(jìn)行水洗，破乳后液體因油水密度差，水進(jìn)入水室，油進(jìn)入油室。再通過(guò)填料室脫出水中油滴整流聚集進(jìn)入沉降室，利用油水密度差沉降分離出油和水。原油翻過(guò)堰板進(jìn)入油室，污水由導(dǎo)水管進(jìn)入水室，最后通過(guò)油水出口排出分離器。經(jīng)一級(jí)捕霧器脫出的氣體整流時(shí)分離出較大粒徑液滴，再經(jīng)二級(jí)捕霧器分離出較大粒徑液滴，氣體經(jīng)氣路排出。分離出的液滴進(jìn)入沉降室進(jìn)一步分離。沉降室中的固相經(jīng)排污口排出。

絮凝沉降：絮凝沉降罐內(nèi)置熱水循環(huán)系統(tǒng)、集油收油系統(tǒng)、進(jìn)出液系統(tǒng)，以及底部有多套排污系統(tǒng)，頂部有安全系統(tǒng)以及消泡劑添加系統(tǒng)。機(jī)理主要是利用重力沉降，分離后的油進(jìn)入收油系統(tǒng)，水進(jìn)入氣浮系統(tǒng)進(jìn)一步深度處理。

預(yù)處理系統(tǒng)的指標(biāo)：含油量≤300 mg/L，機(jī)械雜質(zhì)含量≤300 mg/L。

2.1.3 關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)

預(yù)處理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)如下：

（1）投運(yùn)前檢查本體結(jié)構(gòu)完好、儀表顯示正常、安全附件在有效期內(nèi)，試壓前拆除安全閥、穩(wěn)壓30 min 后壓力不下降為合格。

（2）投運(yùn)前利用污水進(jìn)行預(yù)熱，形成底部水預(yù)備層，以分離器1/3～1/2 為宜。

（3）分離器壓力控制在0.2～0.3 MPa。

（4）檢測(cè)陰極保護(hù)系統(tǒng)完好。

（5）及時(shí)添加破乳劑，確保合適的機(jī)械雜質(zhì)和含油量，不向下游氣浮系統(tǒng)傳遞處置壓力。

（6）定期排污，每次排污不少于3 min。每隔6～9個(gè)月徹底清污。

（7）根據(jù)油水指標(biāo)來(lái)液特點(diǎn)，確定合適的油水界面。

（8）動(dòng)態(tài)調(diào)整來(lái)液量大小，防止串油串氣發(fā)生。

（9）根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定合適的油水界面，防止水中含油增加以及油中含水增加。

（10）避免藥品型號(hào)、濃度、添加方式不當(dāng)導(dǎo)致油水混層。

（11）升高原油溫度，調(diào)高自力式壓力調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟壓力。

（12）關(guān)小上游來(lái)液量、協(xié)調(diào)天然氣壓力、保持分離器出口暢通可解決分離器壓力過(guò)高問(wèn)題。

（13）調(diào)整自力式壓力調(diào)節(jié)閥壓力、確保浮球閥關(guān)閉嚴(yán)密可解決分離器油水室壓力過(guò)低問(wèn)題。

2.2 氣浮系統(tǒng)

2.2.1 工藝流程

氣浮處理工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 氣浮處理工藝流程

2.2.2 技術(shù)特性

污水氣浮處理的主要藥劑有聚合氯化鋁（凈水劑）和聚丙烯酰胺類陽(yáng)離子聚合物（絮凝劑）。其中，聚合氯化鋁為無(wú)機(jī)高分子混凝劑，在水中溶解后，形成高電荷多羥基水合物，加入污水中后，對(duì)污水中的膠體和顆粒物及乳化油，通過(guò)壓縮雙電層、吸附電中和及吸附架橋、網(wǎng)捕等作用，使污水快速破膠脫穩(wěn)及油水分離，并通過(guò)對(duì)污水中的雜質(zhì)的吸附，形成較大礬花。加入的陽(yáng)離子聚合物溶于水后，形成具有多種活潑基團(tuán)的高分子長(zhǎng)鏈，在進(jìn)水室廢水和氣水混合物中釋放的微小空氣氣泡（氣泡直徑為30～40 μm）混合，氣泡黏附在絮體上，快速上升的顆粒將浮到水面，上升較慢的顆粒由于重力作用則在波紋斜板分離器中分離，沉降的顆粒通過(guò)底部刮渣機(jī)清理，通過(guò)泥閥排出，水面浮渣連續(xù)通過(guò)刮渣機(jī)清理，通過(guò)排渣口排出到浮渣池，從而達(dá)到對(duì)水質(zhì)處理凈化的目的［1］。

2.2.3 關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)

氣浮系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)如下：

（1）絮凝劑的配比要與來(lái)水的pH 值以及機(jī)械雜質(zhì)值、含油量相匹配。藥劑的添加要實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，以氣浮系統(tǒng)上表面產(chǎn)生較大的礬花為主。

（2）溶氣比的調(diào)整要以氣浮系統(tǒng)上表面不過(guò)分翻浪花為主。

（3）液位要及時(shí)調(diào)整堰板高度，液位過(guò)高浮渣溢流，過(guò)低影響水質(zhì)。

（4）及時(shí)觀測(cè)浮渣顏色，泛黃則聚合氯化鋁加少，發(fā)白則聚丙烯酰胺加多。

（5）定期排污和排泥。

（6）定期清理氣浮系統(tǒng)內(nèi)部，尤其是斜板分離器內(nèi)部格柵孔洞。

（7）刮泥頻率要及時(shí)調(diào)整，過(guò)快容易使下層浮渣受剪切力影響出現(xiàn)紊流，影響水質(zhì)。

（8）溶氣釋放器要及時(shí)清理堵塞污垢。

（9）冬季運(yùn)行時(shí)適當(dāng)增加溶氣比和回流壓力。（10）協(xié)調(diào)上游來(lái)液平穩(wěn)操作，防止水量過(guò)大，氣浮系統(tǒng)處理不及時(shí)。

（11）加藥口與管式反應(yīng)器連接的部位易堵塞，應(yīng)及時(shí)清理。

（12）氣浮系統(tǒng)的指標(biāo)：含油量≤10 mg/L，機(jī)械雜質(zhì)含量≤30 mg/L。

2.3 回用系統(tǒng)

2.3.1 過(guò)濾軟化工藝流程

過(guò)濾軟化處理工藝流程見(jiàn)圖4。

圖4 過(guò)濾軟化處理工藝流程

2.3.2 基本參數(shù)

雙濾料過(guò)濾罐（一級(jí)）內(nèi)含無(wú)煙磁鐵礦，粒徑為2 mm，裝填高度30 cm。多介質(zhì)過(guò)濾罐（二級(jí)）內(nèi)含磁鐵礦、核桃殼、石英砂，粒徑分別為0.1，1.2～1.8，1.8～2.2 mm，裝填高度分別為20，60，30 cm。兩級(jí)軟化裝置內(nèi)含弱酸大孔樹(shù)脂11 t，樹(shù)脂層高度2 m。

2.3.3 過(guò)濾技術(shù)特性

工藝流程分為工作（產(chǎn)水）、氣洗、水洗等。濾料在濾罐放置原則：根據(jù)其比重和粒徑的大小在過(guò)濾器罐體內(nèi)科學(xué)有序地分布，這樣的配比保證了過(guò)濾器在進(jìn)行反洗時(shí)不會(huì)產(chǎn)生亂層現(xiàn)象，從而保證了濾料的截留能力。工作時(shí)，打開(kāi)進(jìn)水閥，從緩沖池過(guò)來(lái)的水由過(guò)濾器上部進(jìn)入過(guò)濾器內(nèi)部，水中懸浮物由于吸附和機(jī)械阻流作用被濾層表面截留下來(lái)，從而得到澄清的水質(zhì)。反洗前氣洗時(shí)，打開(kāi)排氣閥和反洗排水閥排盡罐內(nèi)積水，利用水環(huán)真空泵對(duì)罐內(nèi)濾料進(jìn)行空氣擦洗，使附著在濾料上的機(jī)械雜質(zhì)得到初步分離。打開(kāi)排氣閥和反洗進(jìn)水閥、反洗出水閥對(duì)濾料進(jìn)行反洗，以排除液清亮、無(wú)雜物為好。

2.3.4 過(guò)濾關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)

回用系統(tǒng)的過(guò)濾關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)如下：

（1）系統(tǒng)長(zhǎng)期停運(yùn)后，重新開(kāi)啟時(shí)，要對(duì)濾料進(jìn)行約10 min 的正洗，沖洗至出水清澈為止。

（2）進(jìn)出口壓差＞0.05 MPa 時(shí)進(jìn)行反洗。

（3）空氣擦洗的時(shí)間為15 min 以上，流量300～350 m3/h 。

（4）根據(jù)水質(zhì)的含油量與機(jī)械雜質(zhì)含量確定反洗的頻次。

（5）反洗時(shí)應(yīng)控制好反沖洗強(qiáng)度，應(yīng)避免濾料泄漏出系統(tǒng)。

（6）根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的情況，應(yīng)定期更換多介質(zhì)濾料，一般8～12 個(gè)月更換一次。

（7）一般情況下回用進(jìn)口段的過(guò)濾器濾料承受負(fù)荷較大，濾料更容易污染，應(yīng)加大反洗頻次。

（8）注意每個(gè)過(guò)濾器過(guò)水量平衡，均勻過(guò)水。

（9）發(fā)現(xiàn)真空泵安全閥起跳時(shí)，考慮內(nèi)部篩管滲漏濾料進(jìn)入篩管內(nèi)部憋壓。

（10）濾料板結(jié)時(shí)應(yīng)及時(shí)更換、緩釋阻垢劑，清洗劑要定時(shí)、定量加注。

（11）注意操作面板上的閥門(mén)開(kāi)啟情況與現(xiàn)場(chǎng)是否對(duì)應(yīng)。

2.3.5 軟化裝置技術(shù)特性

當(dāng)飽和的大孔弱酸樹(shù)脂由于吸附了過(guò)多的鈣鎂離子失去軟化功能時(shí)，就應(yīng)當(dāng)立即再生。首先用酸再生：用3%～5%的鹽酸以增壓泵保持30～40 m3/h 的流量與樹(shù)脂上的鈣鎂離子進(jìn)行交換，多余的H＋和交換物進(jìn)入中和池，至罐底部出水pH 值為1～2 時(shí)再生完成。保壓7～8 h 讓交換充分進(jìn)行后再排酸、酸正洗，以排出液pH 到7 時(shí)完成酸正洗。其次是堿轉(zhuǎn)型：用3%～5%的堿液以增壓泵保持30～40 m3/h 的流量與樹(shù)脂上的H＋進(jìn)行交換，多余的鈉離子和交換物進(jìn)入中和池，至罐底部出水pH 值為13～14 時(shí)再生完成。保壓5～6 h 讓交換充分進(jìn)行后再排堿、堿正洗，至排出液pH 到7 時(shí)完成堿正洗。中和池中的酸堿廢液中和以后排入污水池參與下一步污水處理［1］。

2.3.6 軟化關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)

回用系統(tǒng)的軟化關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)如下：

（1）酸罐向計(jì)量罐進(jìn)酸時(shí)，計(jì)量罐向外排空氣，在溢流管口可見(jiàn)白色酸霧溢出，因此為了員工健康必須佩戴防毒面具。

（2）進(jìn)酸堿時(shí)，一定要佩戴橡膠手套等勞保用品，要有酸堿泄漏后能應(yīng)急處置的意識(shí)，流程要再三確認(rèn)正確性。

（3）操作面板上氣動(dòng)閥閥門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)要與現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)狀態(tài)相吻合，注意部分閥門(mén)有延遲現(xiàn)象。

（4）中和池水位要足夠低，見(jiàn)底閥。中和池水位要保持低位常態(tài)化。

（5）反洗時(shí)要在底部進(jìn)水口、上部出水口分別接水樣對(duì)比反洗水質(zhì)。

（6）中和池的水一定要隨時(shí)監(jiān)測(cè)pH 值，發(fā)現(xiàn)偏離中性，一定要停止一切操作。

（7）反洗后一定要淋水，可節(jié)約1/3 的鹽酸。

（8）酸堿正洗時(shí)，選擇合適流量。

（9）進(jìn)酸堿時(shí)，剛開(kāi)始pH 值顏色變化慢，后期顏色變化呈現(xiàn)加速度。

（10）經(jīng)常檢測(cè)系統(tǒng)的氣密性防止泄漏。

（11）注意反洗強(qiáng)度，防止樹(shù)脂泄漏。

（12）每個(gè)軟化裝置過(guò)水量平衡，均勻過(guò)水。

（13）系統(tǒng)壓力異常時(shí)，應(yīng)立即停止回用水泵進(jìn)行檢修。

（14）回用系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)：含油量≤2 mg/L，機(jī)械雜質(zhì)含量≤2 mg/L，硬度≤0 mg/L。

2.4 殺菌曝氣系統(tǒng)

2.4.1 工藝流程

殺菌曝氣處理工藝流程見(jiàn)圖5。

圖5 殺菌曝氣處理工藝流程

2.4.2 殺菌技術(shù)特性

殺菌劑采用1227 高效殺菌劑，具有廣譜、高效、低毒的特點(diǎn)，對(duì)殺滅硫酸鹽還原菌有特效。采用沖擊式加藥防止耐藥性發(fā)生。

2.4.3 微孔曝氣技術(shù)特性

該微孔曝氣裝置氣泡直徑微小，氣體液體分界面直徑小，氣液界面表面積大，氣泡擴(kuò)散逸出均勻，孔眼堵塞的幾率小。曝氣裝置由曝氣器、布?xì)夤艿缽濐^等組成。曝氣時(shí)，在壓縮空氣的作用下，膜片鼓起，孔眼張開(kāi)，進(jìn)行布?xì)鈹U(kuò)散。停止供氣，膜片孔隙閉合［1］。

2.4.4 關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)

殺菌曝氣系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)如下：

（1）為保證氧利用率開(kāi)孔直徑應(yīng)適當(dāng)。

（2）橡膠膜片應(yīng)選用耐老化、高強(qiáng)度材料。

（3）風(fēng)機(jī)宜用離心式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口必須有空氣過(guò)濾、除塵、清潔裝置。

（4）殺菌曝氣系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)：TRB（硫酸鹽還原菌）≤10 個(gè)/mL，TGB（腐生菌）≤10 個(gè)/mL，S2－≤0.5 mg/L。

2.5 污泥處理系統(tǒng)

2.5.1 工藝流程

污泥處理系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖6。

圖6 污泥處理工藝流程

2.5.2 技術(shù)特性

板框壓濾：浮渣水從浮渣池通過(guò)浮渣泵進(jìn)入壓濾機(jī)，壓濾機(jī)板由76 塊濾板間組成，在濾板的兩側(cè)內(nèi)表面覆設(shè)有滌綸濾布，前段有液壓站提供18 MPa的液壓力將濾板緊壓在本體上，污水從中間流道進(jìn)入濾室內(nèi)，由于濾布的截流分離作用，污泥被過(guò)濾到濾布上，污水通過(guò)水道進(jìn)入污水池。

蒸汽除油：從板框下來(lái)的油泥進(jìn)入分離池內(nèi)，池底盤(pán)有盤(pán)管內(nèi)通蒸汽，由于熱傳導(dǎo)作用，油泥中的油從泥中溢出實(shí)現(xiàn)初步分離。油通過(guò)泵回收，泥則送到離心分離系統(tǒng)進(jìn)一步分離。

機(jī)械分離：油泥由進(jìn)料口連續(xù)輸送到反應(yīng)罐內(nèi)，在離心機(jī)械力作用下，密度不同的液體形成同心圓柱，較輕的液相（油）處于上層，較重的液相（水、泥）處于下層。分離后污水通過(guò)污水回收泵回收，污泥進(jìn)行下一步無(wú)害化處置。

熱相分離：含油污泥由進(jìn)料口進(jìn)入熱解系統(tǒng)內(nèi)隨轉(zhuǎn)動(dòng)部件運(yùn)轉(zhuǎn)，物料在絕氧和缺氧條件進(jìn)行解吸、脫附，初步分離氣體在引風(fēng)機(jī)作用下導(dǎo)入油氣回收單元進(jìn)行冷卻，使工藝氣體中的氣、液、固進(jìn)行分離，冷凝物（油、水）收集到回收池中，實(shí)行固、液分離，剩余有機(jī)物被強(qiáng)氧化終至殘?jiān)鼰o(wú)害化。

2.5.3 關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)

（1）檢查機(jī)組是否充分接地，各儀表是否正常，機(jī)組各構(gòu)件螺栓是否緊固，管道各連接是否正確，控制開(kāi)關(guān)有無(wú)失控，控制閥門(mén)是否正確開(kāi)啟。

（2）板框的數(shù)量是否符合規(guī)定，禁止在板框少于規(guī)定數(shù)量的情況下開(kāi)機(jī)工作。

（3）濾布有無(wú)破損，濾布孔比板框孔小且與板框孔相對(duì)同心。

（4）液壓站的工作壓力橡塑板框最高工作壓力不得超過(guò)20 MPa。

（5）過(guò)濾壓力必須小于0.45 MPa，過(guò)濾物料溫度必須低于80 ℃，以防引起滲漏和板框變形、撕裂等。

（6）蒸汽除油時(shí)，蒸汽量要與池內(nèi)污泥相匹配。

（7）采用低氮燃燒器，確保氣體外排符合環(huán)保要求。

（8）及時(shí)檢測(cè)燃燒室中的氧氣分析儀，確保氧含量達(dá)標(biāo)。

（9）嚴(yán)格執(zhí)行“氣鎖”標(biāo)準(zhǔn)，確保燃燒室氮?dú)夂窟_(dá)標(biāo)。

3 結(jié)論

當(dāng)油井來(lái)液進(jìn)入三相分離器后，在破乳劑的作用下，通過(guò)整流器和重力沉降作用，氣體從捕霧器溢出，油進(jìn)入油室、水進(jìn)入水室后再進(jìn)入絮凝沉降罐進(jìn)行二次油水分離后進(jìn)入氣浮系統(tǒng)。污水首先進(jìn)入管式混合反應(yīng)器，并在其內(nèi)投加絮凝劑（PAC）和助凝劑（PAM），污水中的細(xì)微雜質(zhì)及礬花被絮凝成較大的絮團(tuán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的快速凈化。在多介質(zhì)以及雙濾料過(guò)濾下，初步凈化的水中機(jī)械雜質(zhì)含量和含油量進(jìn)一步降低。通過(guò)弱酸樹(shù)脂的進(jìn)一步軟化，形成符合注汽鍋爐的軟化水。在殺菌劑的作用下，水中TRB和TGB 達(dá)標(biāo)，不僅如此，通過(guò)微孔曝氣使回注水中含硫量進(jìn)一步降低。浮渣池中的浮渣在板框壓濾作用下，初步實(shí)現(xiàn)油水泥分離。在離心機(jī)械作用下，水和油分別從各自出口排出。含油污泥進(jìn)入熱解裝置內(nèi)隨轉(zhuǎn)動(dòng)部件運(yùn)轉(zhuǎn)，物料在裝置內(nèi)翻轉(zhuǎn)并向出料端運(yùn)動(dòng)，通過(guò)間接吸熱分解物料中的水分及油分，使其脫附。剩余有機(jī)物強(qiáng)氧化終至殘?jiān)鼰o(wú)害化。

2018 年4 月中石化啟動(dòng)“綠色企業(yè)行動(dòng)計(jì)劃”，以奉獻(xiàn)清潔能源、踐行綠色發(fā)展為理念，立足于“綠色發(fā)展、綠色能源、綠色生產(chǎn)、綠色服務(wù)、綠色科技、綠色文化”，大力推行清潔生產(chǎn)和污染防治，在此基礎(chǔ)上通過(guò)一體化的油田污水處理實(shí)踐與探索，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)發(fā)與保護(hù)的和諧統(tǒng)一，為油田實(shí)施可持續(xù)發(fā)展及履行社會(huì)環(huán)保責(zé)任探索出一條新路。