王圈聯(lián)合站污水處理工藝優(yōu)化研究

王彥龍，曹偉麗，郭 明，黃保軍，屈撐囤

（1.延長油田股份有限公司定邊采油廠，陜西定邊 718600；2.延長油田股份有限公司子長采油廠，陜西子長 717300；3.陜西黃陵煤化工有限責(zé)任公司，陜西黃陵 727300；4.克拉瑪依市三達有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834000；5.西安石油大學(xué)，陜西西安 710021）

隨著石油開發(fā)的加劇，油田廢水伴隨著增多，含油污水的外排已經(jīng)成為環(huán)境污染的主要因素。環(huán)保問題以及淡水需求增加，使得油田含油污水處理技術(shù)要求提高。傳統(tǒng)處理方法效率低投資大處理成本高，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在油田含油污水處理技術(shù)的要求。目前注水開發(fā)是有效的彌補地層能量以及提高采收率的重要方法，是油田開發(fā)開采的主要方式，能有效降低環(huán)境污染，節(jié)約水資源[1，2]。

定邊采油廠污水處理工藝流程為：沉降、除油罐、三級過濾器過程，體系中的膠體粒子未被去除，因此處理后水難以達到回注標(biāo)準(zhǔn)。本文通過對水處理工藝中除油罐、絮凝沉降罐或氣浮或生物池、過濾罐進出水、注水泵進口、注水井井口等構(gòu)筑物及位置的懸浮物含量、各個離子含量、含油量、pH、細菌、鐵含量、游離二氧化碳、粒徑中值、含硫量等水質(zhì)指標(biāo)的分析測定，評價了該處理站的污水處理工藝流程的運行穩(wěn)定性，得出運行穩(wěn)定的優(yōu)化處理流程。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

實驗儀器：電子天平、pH計、測氧管、溫度計、稱量瓶、分光光度計、濾膜、微孔濾膜過濾器、細菌測試瓶等。

實驗試劑：石油醚、無水乙醇、丙酮、碳酸鈉、酚酞試劑、甲基橙試劑、鉻酸鉀、鹽酸、無水醋酸鈉溶液、鉻黑T、硝酸銀、氯化銨均為分析純試劑。

污水取自王圈聯(lián)合站污水處理站。污水不同位置的離子含量分析結(jié)果（見表1）。

1.2 實驗方法

離子含量依據(jù)《油氣田水分析方法》（SY/T5523-2000）相關(guān)規(guī)定進行，懸浮物含量、含油量等測定采用《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》（SY/T5329-2012）相關(guān)規(guī)定進行。采用激光粒度儀分析污水中的顆粒大小及分布，采用X-衍射儀測定污水結(jié)垢的垢型等。

2 結(jié)果與討論

2.1 處理工藝中各構(gòu)筑物運行穩(wěn)定性評價

該站的污水處理工藝流程為：沉降罐污水→調(diào)節(jié)罐→提升泵→除油罐→緩沖罐→提升泵→油水分離器→纖維球過濾器→PE燒結(jié)管過濾器→注水罐，因此選擇沉降罐出口、緩沖罐出口、油水分離器出口、過濾器出口、注水井進口位觀察點，測定了懸浮物含量、含油量、腐蝕速率等。5天的測定平均結(jié)果（見表2）。水的粒徑中值、溶解氧等分析結(jié)果（見表3）。

表1 離子含量分析結(jié)果

表2 各構(gòu)筑物水質(zhì)分析結(jié)果

表3 粒徑中值分析結(jié)果

由表3中數(shù)據(jù)可看出，含油量及懸浮物含量五天平均值經(jīng)過構(gòu)筑物流程后有所降低，含油量由沉降罐處理后含油量平均值為359.66 mg/L降低到注水井口的59.46 mg/L；懸浮物含量從沉降罐出口的80.4 mg/L變化為注水井口的87 mg/L，腐蝕速率平均值均超過控制值0.076 mm/a，溶解氧除緩沖罐過高外，其它均相對較低；粒徑中值雖有所降低，但在注水井口仍超過控制標(biāo)準(zhǔn)5倍以上。說明各構(gòu)筑物除油及去除懸浮物效果不佳，腐蝕速率控制不達標(biāo)，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。為此，需要進一步分析各構(gòu)筑物的運行狀況。

2.2 油水分離器運行效果分析

油水分析器5天的分析數(shù)據(jù)（見圖1、圖2）。由圖1得知，油水分離器進出口除油效果極差，五天跟蹤測定中有四天出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，進口水質(zhì)含油從61.75 mg/L到414.99 mg/L，設(shè)計值為10 mg/L，進口水質(zhì)嚴重不合格，說明除油罐效果也不佳，出口水質(zhì)含油從49 mg/L到261.84 mg/L，設(shè)計值為5 mg/L，沒有達到除油效果。連續(xù)采樣中，油水分離器處理效果有4天連續(xù)反常，出水含油量、懸浮物均出現(xiàn)大幅度不降反升現(xiàn)象，分析原因一是可能是進水水質(zhì)偏差，導(dǎo)致油水分離器填料被污染；二是反洗效果差、不徹底，影響處理效果。腐蝕情況與設(shè)計值相比，也出現(xiàn)偏高現(xiàn)象。

圖1 油水分離器進出口含油量波動圖

圖2 油水分離器進出口懸浮物含量波動圖

圖3 過濾器除油效果圖

圖4 過濾器去除懸浮物效果圖

由圖2得知，對油水分離器進出口去除懸浮物效果，五天跟蹤測定中，有兩天出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，進口水質(zhì)懸浮物含量從49 mg/L到124 mg/L，設(shè)計值為10 mg/L，說明除油罐效果也不佳，出口水質(zhì)懸浮物含量從16～92 mg/L，遠高于設(shè)計值為5 mg/L。

油水分離器腐蝕速率五天數(shù)據(jù)中，進口平均值為0.122 7 mm/a，出口值為0.105 9 mm/a，遠高于腐蝕速率控制值0.076 mm/a。

2.3 過濾器運行效果分析

該站利用纖維球過濾器和PE燒結(jié)管過濾器連用，該過濾設(shè)備適用于含油污水的深度處理，進水水質(zhì)含油量和懸浮固體含量均應(yīng)在10 mg/L以下，有利于提高產(chǎn)水率和延長濾料壽命，濾后水含油含雜量依然很大，纖維球過濾器進口設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)含油量≤10 mg/L，懸浮固體含量≤10 mg/L，燒結(jié)管過濾器出口設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)含油量≤3 mg/L，懸浮固體含量≤2 mg/L。

由圖3、圖4看出，過濾器運行過程中，出水含油從246.93 mg/L到217.37 mg/L，較標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計值明顯偏高，沒有達到預(yù)期效果。出水質(zhì)懸浮物含量偏高且遠高于設(shè)計值2 mg/L，沒有達到預(yù)期效果。出水腐蝕速率平均值為0.105 9 mm/a，也遠高于控制指標(biāo)（0.076 mm/a）。

從目前設(shè)備運行和處理效果來看：纖維球過濾應(yīng)用效果并不理想，濾料污染嚴重、反洗效果差，每年僅更換一次濾料；由于纖維球濾床依靠自重生成濾床，隨著過濾水壓和過濾壓差“自行”調(diào)節(jié)濾床密實性，目前大多站為間歇運行方式，加之運行負荷偏低，不利于彈性濾料形成合理密實過濾層，直接影響了過濾精度；每周反洗2次，大部分站反洗時不投加清洗劑，反洗時間相差較大（5～15 min），不利于發(fā)揮過濾器的性能[3-7]。

從表2、表3分析結(jié)果可以看出，緩沖罐運行基本正常，井口粒徑中值為20.32 μm左右，高于設(shè)計指標(biāo)2.5 μm。系統(tǒng)總體運行不穩(wěn)定，構(gòu)筑物及其流程需要改善。

2.4 污水處理工藝優(yōu)化研究

按照以往經(jīng)驗[8，9]，預(yù)處理采用pH調(diào)節(jié)工藝并使水質(zhì)pH值控制在7.5左右，除硫劑加量為30 mg/L，無機絮凝劑及有機絮凝劑加量分別為60、1.5 mg/L且間隔30 s，并在實驗室采用60 L/h處理量的流動試驗儀對該流程進行驗證，實驗結(jié)果（見表4）。

表4 模擬實驗結(jié)果

由實驗結(jié)果得出，污水經(jīng)過自然沉降處理后，其含油量、懸浮物含量均大幅度降低，去除率達80%以上，經(jīng)過絮凝處理后，進一步去除污水中的油分和懸浮物含量，總鐵含量也大幅度降低，經(jīng)過粗濾和精濾后污水含油量與懸浮物含量分別小于3 mg/L和2 mg/L，總鐵含量小于0.5 mg/L，粒徑中值小于2.0 μm，處理后污水能達到低滲透油層的注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

（1）污水處理流程中各構(gòu)筑物出水的含油量、懸浮物含量均超過15.0、80 mg/L以上，系統(tǒng)腐蝕速率在0.1 mm/a以上；注水井口粒徑中值超過10 μm。

（2）經(jīng)過pH調(diào)節(jié)工藝并使水質(zhì)pH值控制在7.5左右，除硫劑加量為30 mg/L，無機絮凝劑及有機絮凝劑加量分別為60、1.5 mg/L且間隔30 s時，污水含油量與懸浮物含量分別小于3 mg/L和2 mg/L，總鐵含量小于0.5 mg/L，粒徑中值小于2.0 μm。

（3）提出的污水處理流程優(yōu)化方案為：來水→（pH調(diào)節(jié)劑、除硫除鐵劑、絮凝劑）→反應(yīng)罐（混合罐）→絮凝沉降罐→石英砂過濾器（粗過濾）→改性纖維球過濾器（精細過濾）→污水池→回注。

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