離子調(diào)整旋流反應(yīng)法污水處理技術(shù)在新疆油田的應(yīng)用

唐 麗

(新疆克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆獨(dú)山子 833600)

離子調(diào)整旋流反應(yīng)法污水處理技術(shù)在新疆油田的應(yīng)用

唐 麗

(新疆克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆獨(dú)山子 833600)

新疆油田各采油廠長(zhǎng)期注入不達(dá)標(biāo)污水，給油田造成巨大傷害。通過應(yīng)用離子調(diào)整旋流反應(yīng)法污水處理技術(shù)及相關(guān)配套處理工藝，使新疆油田采出水經(jīng)處理后達(dá)到注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。污水回用或回注，既節(jié)約了淡水資源，又降低了稠油開采能耗。綜述了離子調(diào)整旋流反應(yīng)法污水處理技術(shù)在新疆油田應(yīng)用前后的采出水處理現(xiàn)狀。

新疆油田;離子調(diào)整旋流反應(yīng)法;污水處理技術(shù)

長(zhǎng)期以來，新疆油田污水處理系統(tǒng)存在的突出問題是工藝不成熟、藥劑不對(duì)路、處理成本高、管理難度大、采出水處理達(dá)標(biāo)率較低。各采油廠長(zhǎng)期注入不達(dá)標(biāo)污水，給油田造成巨大傷害，主要表現(xiàn)為:注水井吸水指數(shù)下降，欠注井和注不進(jìn)的井逐年增多且趨勢(shì)加快，不得不采取增注措施;注水井分層注水率逐年下降，油田水淹、水竄嚴(yán)重，穩(wěn)油控水難度加大;注水地面管線因結(jié)垢、腐蝕破損嚴(yán)重，注水井油套管腐蝕嚴(yán)重;下封隔器的井三、四年后修井時(shí)油管拔斷的多，導(dǎo)致大修。針對(duì)這些問題油田公司技術(shù)部門從分析油田采出水水質(zhì)特點(diǎn)、水處理藥劑的反應(yīng)機(jī)理、水處理藥劑與原水的混合機(jī)理、絮體長(zhǎng)大的機(jī)理及絮體沉淀的機(jī)理等方面入手，研究出了“油田污水離子調(diào)整旋流反應(yīng)法處理技術(shù)”和配套處理工藝［1］，該技術(shù)適用于稀油和稠油采出水處理、稀稠油采出水混合處理以及地下水和地表水的混合處理。

1 應(yīng)用新處理技術(shù)前采出水的現(xiàn)狀和存在問題

1.1 基本現(xiàn)狀

新疆油田公司所轄油田主要分布在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣、東部和腹部，地處戈壁荒原及沙漠，水資源十分貧乏。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，一方面，水的需求量增長(zhǎng)很快，另一方面，油田生產(chǎn)過程中采出的污水量也急劇增加。1997年以前油田采出水處理站有一廠稀油污水處理站、二廠81#稀油污水處理站、二油庫(kù)污水處理站(三廠污水處理站)和百聯(lián)稀油污水處理站等，處理工藝及規(guī)模詳見表1。

表1 1997年以前各污水站污水處理工藝情況表

由于當(dāng)時(shí)的處理工藝技術(shù)不過關(guān)，加之新疆油田污水水質(zhì)及水性復(fù)雜，稠油污水廠常常建設(shè)大型的蒸發(fā)場(chǎng)，污水靠蒸發(fā)處理，運(yùn)行一段時(shí)間后，蒸發(fā)場(chǎng)水面上被油膜覆蓋，極大地影響了污水的蒸發(fā)，且污染環(huán)境，威脅油田生產(chǎn)。另外，稀油采出水部分回注油田，部分排入蒸發(fā)場(chǎng)，外排稠油污水溫度達(dá)60℃，造成水資源和熱能的巨大浪費(fèi)。在已建成的幾座污水處理站中，只有百聯(lián)站處理后的稀油污水基本達(dá)到注水標(biāo)準(zhǔn)。

由于處理后的凈化水不合格，造成了水處理設(shè)備及注水管網(wǎng)的嚴(yán)重腐蝕;另外，各方面的數(shù)據(jù)都顯示，長(zhǎng)期注入不合格污水，新疆油田注水壓力正逐年升高。

1.2 存在的問題

1.2.1 污水水質(zhì)復(fù)雜

新疆油田部分油區(qū)污水性能指標(biāo)如表2所示。

表2 新疆油田部分油區(qū)污水性能指標(biāo)

從表2中可以看出，新疆油田采出水溫度范圍極大，最低的溫度只有15～18℃，極不利于藥劑反應(yīng)，易造成投加藥劑量大，且反向破乳效果差;油水密度差范圍大，最小為0.081 1 g/cm3，最大為0.182 5 g/cm3;乳化嚴(yán)重，油珠粒徑≤20 μm所占百分比最大為82.2%，由斯托克斯公式可知，自然沉降很難去除。

SRB(硫酸鹽還原菌)最適應(yīng)pH在7.0～7.5，控制SRB的方法之一就是突然改變SRB所處的環(huán)境，使細(xì)菌無法適應(yīng)變化較大的某種環(huán)境，殺死細(xì)菌或抑制其生長(zhǎng)繁殖。新疆油田污水pH在7.6～8.52，偏堿性，因此可通過調(diào)節(jié)pH控制SRB的生長(zhǎng)環(huán)境。

1.2.2 混凝反應(yīng)強(qiáng)度不夠

新疆油田采出水處理工藝主要是物理—混凝—過濾法。1997年以前的含油污水處理設(shè)計(jì)規(guī)范只對(duì)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了要求，而對(duì)反應(yīng)強(qiáng)度及幾種藥劑投加時(shí)間間隔等均未做明確要求。規(guī)范要求混凝反應(yīng)在混凝罐的中心反應(yīng)桶中進(jìn)行，混凝劑加在進(jìn)水管上，進(jìn)水管沿切線進(jìn)入中心反應(yīng)桶，絮凝劑加在中心反應(yīng)桶內(nèi)，這種設(shè)計(jì)中藥劑雖有一定的擴(kuò)散作用，但每種藥劑的擴(kuò)散強(qiáng)度不足。

1.2.3 緩沖罐使用欠缺

1997年新疆油田設(shè)計(jì)的重力混凝沉降流程依次為重力除油罐、混凝沉降罐、過濾罐，此工藝流程的重力除油罐出水管常常設(shè)計(jì)為高出水，在污水處理前段沒有緩沖調(diào)節(jié)段，因此污水處理前段流程中必須留有緩沖調(diào)節(jié)污水水量及水質(zhì)的設(shè)施。

1.2.4 藥劑投加量跟不上處理系統(tǒng)水量及水質(zhì)的變化

混凝沉降的關(guān)鍵就是通過投加化學(xué)藥劑使小油珠或絮體長(zhǎng)大而去除，而油田采出水每天的水量及水質(zhì)變化較大，這會(huì)使藥劑投加過量或藥劑投加不足，造成出水水質(zhì)不合格，投加藥劑的浪費(fèi)。油田采出水處理站的加藥控制如果采用自動(dòng)控制，則每年可省藥劑費(fèi)達(dá)千萬余元。

1.2.5 設(shè)備及管線腐蝕嚴(yán)重

1993年改造的管線大部分埋于地下或放于管溝中，由于地下水位上升，管線都淹沒在水中，造成管線嚴(yán)重腐蝕，管線經(jīng)常破裂。油及污水管線破裂后進(jìn)入管溝，而油浮于水面不易清除，成為稀油站的一大安全隱患。

藥劑系統(tǒng)也腐蝕嚴(yán)重。如鋼制的加藥箱腐蝕嚴(yán)重，各藥箱間的隔板已基本上連通，導(dǎo)致各種藥劑在進(jìn)入水處理系統(tǒng)前就已混合，無法按原投藥工藝要求加藥，影響了水質(zhì)處理效果;柱塞加藥泵及加藥管線腐蝕嚴(yán)重、老化，使泵密封不嚴(yán)，正常加藥困難;攪拌器磨損大，攪拌能力不足。從處理后的污水中懸浮物、油含量較高及細(xì)菌數(shù)超標(biāo)來看，投加的藥劑效果不好。所有這些一方面是污水的腐蝕性造成的，另一方面也是處理后的污水未達(dá)標(biāo)造成的。

2 離子調(diào)整旋流反應(yīng)法處理技術(shù)在新疆油田的應(yīng)用

2.1 離子調(diào)整旋流反應(yīng)法處理技術(shù)

通過深入分析污水的特性，結(jié)合國(guó)內(nèi)最新的混凝反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理理論，采用混凝沉降工藝，采用管道破乳、微渦旋混凝沉降、小間距斜板分離、等面積配水及收水、等摩阻穿孔管排泥、流量環(huán)變頻等新技術(shù)處理污水，形成了“離子調(diào)整旋流反應(yīng)法處理技術(shù)”。

2.1.1 離子調(diào)整劑使用

“離子調(diào)整旋流反應(yīng)法處理技術(shù)”的核心是采用離子調(diào)整的方法。向污水中加入特定的離子調(diào)整劑，調(diào)整水中有關(guān)離子的含量，除掉或減少某些引起腐蝕、結(jié)垢的離子，增加某些促進(jìn)穩(wěn)定的離子，并利用配套的工藝技術(shù)來實(shí)現(xiàn)破乳除油、除懸浮物、控制腐蝕結(jié)垢、抑制細(xì)菌生長(zhǎng)、凈化和穩(wěn)定水質(zhì)的目的。當(dāng)加入離子調(diào)整劑后，膠體顆粒的電負(fù)性變小，乳化油與懸浮微粒形成的膠體體系的穩(wěn)定性被破壞，從而使乳化油破乳、懸浮微粒相互碰撞聚集并長(zhǎng)大，形成大的顆粒后沉降下來，這就是離子調(diào)整水質(zhì)凈化的基本原理。

2.1.2 高效旋流反應(yīng)器的使用技術(shù)

針對(duì)新疆油田污水特性采用離子調(diào)整、加堿、加助凝劑的三段式藥劑投加方式。為了讓藥劑與原水混合反應(yīng)得更充分，當(dāng)污水溫度較低時(shí)，要求三種藥劑投加時(shí)間間隔變長(zhǎng);藥劑混合強(qiáng)度較大時(shí)，藥劑用量就減小;反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)強(qiáng)度對(duì)處理效果影響明顯，但間隔時(shí)間較低時(shí)，可通過提高強(qiáng)度來增強(qiáng)反應(yīng)效果。

2.1.3 加藥智能控制技術(shù)

以往加藥量都是靠人工進(jìn)行控制，所加的藥劑難以做到與水量匹配，很難保證出水水質(zhì)持續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。污水處理系統(tǒng)來水量總是隨生產(chǎn)情況動(dòng)態(tài)變化的，藥劑本身的濃度也是有變化的，在藥劑篩選對(duì)路、工藝設(shè)計(jì)合理的前提下，水質(zhì)能否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是控制加藥量。因此我們研制了水處理加藥的智能控制系統(tǒng)。

2.1.4 過濾器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

為適應(yīng)工程需要，研發(fā)了帶壓緊裝置改性纖維球過濾器，此種過濾器的特點(diǎn)是過濾時(shí)水流壓力對(duì)改性纖維球?yàn)V料自然形成縫隙反級(jí)配，截留機(jī)械雜質(zhì);反沖洗時(shí)改性纖維球?yàn)V料具有比表面積大、對(duì)懸浮物的攔截作用優(yōu)良、親水疏油反洗干凈等特性;反洗完成后壓緊裝置將改性纖維球?yàn)V料壓緊，初濾水直接是合格水，節(jié)約了水資源，經(jīng)過帶壓緊裝置纖維球過濾器濾后水質(zhì)懸浮物含量小于2 mg/L(通常可小于1 mg/L)，達(dá)到了國(guó)內(nèi)外精細(xì)過濾器出水標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.5 斜板沉降罐的優(yōu)化設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的斜板罐中大量的絮體在斜板下面就聚結(jié)下沉了，減輕了斜板的集泥負(fù)荷，斜板一般不會(huì)跨塌。通過斜板罐處理后，出水水質(zhì)懸浮物含量一般在4～8 mg/L，基本上達(dá)到了注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.6 收油槽的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的污水罐收油槽位置高于工作液面，收油時(shí)要控制好水出口，提高整個(gè)罐的液位才能把油收出來，控制難度大，掌握不好還容易溢罐。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中降低了收油槽的高度，污水罐工作時(shí)收油槽浸沒在浮油層里，收油時(shí)只要打開收油閥門就可把油收出來，且基本不影響污水罐出水。每次收油完成后，上液面還留有一層10 cm左右的油，有利于隔氧。

2.1.7 采用變頻控制，保證處理系統(tǒng)穩(wěn)定

從原油處理站來的含油污水水量受生產(chǎn)情況的變化影響很不均衡，來水量的波動(dòng)勢(shì)必會(huì)引起污水處理系統(tǒng)的不穩(wěn)定。本技術(shù)對(duì)反應(yīng)提升泵和過濾提升泵均采用變頻控制，利用實(shí)時(shí)檢測(cè)的進(jìn)站來水量和提升泵前緩沖罐的液位數(shù)據(jù)，通過分析計(jì)算出提升泵合適的運(yùn)行頻率，對(duì)提升泵運(yùn)行頻率進(jìn)行緩慢調(diào)整控制，以達(dá)到穩(wěn)定處理系統(tǒng)的目的。同時(shí)采用變頻控制也有利于節(jié)能降耗。

2.2 離子調(diào)整旋流反應(yīng)法處理技術(shù)的應(yīng)用

近幾年新疆油田公司采用離子調(diào)整旋流反應(yīng)法處理技術(shù)對(duì)不達(dá)標(biāo)回注和排放處理站進(jìn)行了改造，徹底改變了新疆油田污水靠蒸發(fā)的歷史。2004年新疆油田采用離子調(diào)整旋流反應(yīng)法處理技術(shù)的污水站情況見表4。

表4 新疆油田采用離子調(diào)整旋流反應(yīng)法處理技術(shù)的污水站處理工藝情況

2.3 應(yīng)用效果

以采油二廠81#污水處理工程為例。采油二廠污水具有水溫低(18～20℃)、乳化油含量高等特點(diǎn)。為了優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保項(xiàng)目成功，進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

來自于700 m3接受罐的污水通過變頻器控制泵的排量后，進(jìn)入2.0 m3旋流反應(yīng)器。在反應(yīng)器中依次加入三種藥劑，反應(yīng)后的污水進(jìn)入20 m3的緩沖罐，然后經(jīng)過兩級(jí)過濾，一級(jí)為改性纖維球過濾罐，二級(jí)為雙濾料過濾罐，根據(jù)試驗(yàn)要求任意選擇過濾裝置，模擬試驗(yàn)工藝流程見圖1。

試驗(yàn)流量為4.0～10.0 m3/h，單位體積污水藥劑加藥總量為350 mg，來水含油量在50～750 mg/L的范圍內(nèi)波動(dòng)，處理后水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到注水標(biāo)準(zhǔn)，處理后的水質(zhì)情況見表5。該工程于2001年9月投產(chǎn)，已正常運(yùn)行2年半，是全國(guó)低溫油田污水處理的一大創(chuàng)舉。

表5 水質(zhì)十項(xiàng)指標(biāo)化驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

從1997年到2003年底，新疆油田污水排放合格率、回注污水合格率大大提高，目前油田產(chǎn)出污水8.5×104m3/d，經(jīng)過處理后回注稀油油田或外排的占總量的92%。污水重復(fù)利用率達(dá)到76.1%，污水處理率達(dá)到100%。年產(chǎn)生的直接效益達(dá)2億多元，實(shí)現(xiàn)了新疆油田污水處理的歷史性飛躍，離子調(diào)整旋流反應(yīng)法處理技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了環(huán)保與效益的統(tǒng)一、油田開發(fā)與環(huán)境保護(hù)的和諧。

［1］ 張寶田，劉福明.浮選技術(shù)在含油污水中的應(yīng)用［J］.注水及水處理，1992，3(2):110－113.

Technology of Ion Swirl Reaction Treatment of Wastewater in Xinjiang Oilfield

TANG Li
(Karamay Vocational＆ Technical College，Dushanzi 833600，Xinjiang，China)

The oil extraction plants and the heavy oil companies in Karamay are old oilfields.As the non-standard sewage was injected into the oilfields for a long time，it caused great damage to oilfields.However，after the technology of using the ion swirl reaction to treat the wastewater in the oilfield and supporting the treatment process，the technology of produced water treatment has reached the injected water quality standards，national emission standards and water quality standards that backs to boiler in Xinjiang Oilfield;the reused or re-injected wastewater is to make use of wastewater heat to save the water resources and reduce the energy consumption of heavy oil.In this paper，produced water status was reviewed before and after the technology of using the ion swirl reaction to treat wastewater in Xinjiang Oilfield.

water quality indicators;ion swirl reaction;wastewater treatment

TE992.2

B

1008-9446(2012)02-0004-05

2011-10-19

唐麗(1965－)，女，上海嘉定人，新疆克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，碩士，主要從事油田化學(xué)及鉆井液技術(shù)研究。