電氣浮-過濾-離子交換/電滲析組合工藝處理油田污水

張海薇 李學鳳 張錫波 許浩偉 占程程

1中國地質大學（武漢）材料與化學學院2中國石化勝利油田分公司孤島采油廠

電氣浮-過濾-離子交換/電滲析組合工藝處理油田污水

張海薇1李學鳳2張錫波2許浩偉2占程程2

1中國地質大學（武漢）材料與化學學院2中國石化勝利油田分公司孤島采油廠

針對勝利油田部分區塊污水富余與熱采注汽需用清水的矛盾，提出富余污水利用電氣浮-過濾-離子交換/電滲析法深度處理后達到鍋爐注汽用水替代注汽鍋爐用清水的技術思路。對電滲析與離子交換進水比率為2∶1的處理污水路線產生的制水成本進行計算，其中運行成本7.85元/立方米，污泥、濃水處理及設備維護成本1.3元/立方米，總制水成本9.15元/立方米。預計試驗規模產水量3 000 m3/d，則年節約清水費用525.6萬元(當地工業用水價按4.8元/立方米計)，年節約無效回灌費用876萬元(無效回灌費用按8.0元/立方米計)，年創經濟效益399.6萬元。

電氣浮-過濾；電滲析；深度處理污水；回用；試驗

目前，勝利油田某采油廠有污水回灌井62口，日污水回灌量2.9×104m3。一方面，回灌層的吸納容量和選擇難度越來越大，污水回灌處理難度加大，生產成本壓力逐步增加。另一方面，該油田稠油熱采產量比例高，占全廠產量的1/3以上，稠油熱采注汽鍋爐用水均為清水，以匯入某聯合站進行污水處理的1#、9#站為例，兩站注汽鍋爐需求水量共計6 000 m3/d。實現富余污水深度處理后資源化再利用，是近年來油田一直探索的問題[1]，污水替代清水注蒸汽對油田節能增效和可持續發展具有重要意義。

表1 某污水站外輸污水水質

1 試驗部分

1.1 試驗用水及外輸污水

試驗用水為某聯合站污水站外輸污水，溫度為40～45℃，礦化度7 108 mg/L，pH值為7，外輸污水水質見表1。

1.2 設備與流程

該聯合站污水站目前外輸污水含油量、懸浮物含量及礦化度均明顯高于鍋爐用水，要實現外輸污水再利用，需進行除油、除懸浮物、降低硬度、降低可溶性固體含量（即礦化度）等一系列處理。處理工藝流程如圖1所示。

采油污水進入氣浮混凝管道與絮凝劑和混凝劑等混合反應后，將石油類、懸浮物顆粒等污染物形成絮體后進入氣浮工段，通過氣浮工藝除去大部分污染物。氣浮出水經過過濾裝置進一步去除石油類和懸浮物顆粒后，進入離子交換、電滲析深度處理階段。深度處理階段分別采取了3條技術路線進行試驗，試驗路線一只進行離子交換；路線二只進行電滲析處理；路線三電滲析與離子交換同時運行，處理后進行混摻，處理水量比例為2∶1。

兩級離子交換處理：采用適用于油田污水水質特點的專用深度軟化離子交換樹脂及運行技術，降低因含油及有機物污染導致樹脂軟化效果不佳、使用壽命短等問題。

圖1 采油污水深度處理試驗工藝流程

電滲析深度處理：電滲析技術由于脫鹽原理不同于“雙膜”或“蒸發”等工藝，不會因污染物在壓差驅動下深入膜孔造成難以恢復的污堵，而且脫鹽率可控，可降低污水過度凈化帶來的高昂處理成本。該技術在化工廢水領域有較成熟的工程應用[2-4]。

2 試驗結果及分析

2.1 電氣浮+過濾處理

該處理工藝在某污水站進行了現場小試，日處理量1 m3，現場對3條路線分別進行試驗。每天進行4次氣浮及過濾出水含油量、懸浮物含量、硬度等取樣檢測，結果見表2（試驗數據取試驗期間平均值）。

從各節點出水檢測結果可以看出，經過兩級電氣浮和兩級過濾處理后，污水含油量已達到鍋爐用水指標，但還需要進行進一步硬度及礦化度深度處理。

表2 氣浮、過濾處理后水質檢測結果

2.2 深度處理

將經過電氣浮+過濾處理過的污水進行進一步深度處理，試驗共設計了3條技術路線，并分別對出水水質進行檢測。

技術路線一：將二級過濾污水進行兩級離子交換，該路線主要進行軟化處理。通過處理，出水中鈣、鎂離子含量為零，總礦化度變化不大，處理后最終產水率到達81.8%。

技術路線二：將二級過濾污水進行電滲析處理，通過電滲析處理，降低污水中可溶性離子含量。調節電壓和淡水流量不同，電滲析降低礦化度的效果(用脫鹽率表示)也不同，試驗結果見表3。

表3 電滲析出水跟蹤

電滲析可有效降低處理污水的礦化度，并且可通過調整電壓或淡水產量來獲得不同礦化度的出水。出水礦化度不同，產水率也有所不同，存在現場運行耗電量高等問題。

技術路線三：將電滲析裝置與離子交換裝置同時運行，電滲析與離子交換進水比率為2∶1，利用離子交換裝置降低處理水硬度，利用電滲析裝置降低礦化度。

從試驗結果看出，將電滲析和離子交換裝置組合，按一定進水比率共同處理污水，降低電滲析電耗運行成本，可達到水質要求，且產水率較高。

3 經濟效益分析

對電滲析與離子交換進水比率為2∶1的處理污水路線產生的制水成本進行計算，其中運行成本7.85元/立方米，污泥、濃水處理及設備維護成本1.3元/立方米，總制水成本9.15元/立方米。預計試驗規模產水量3 000 m3/d，則年節約清水費用525.6萬元(當地工業用水價按4.8元/立方米計)，年節約無效回灌費用876萬元(無效回灌費用按8.0元/立方米計)，年創經濟效益399.6萬元。

4 結論

采用電氣浮-過濾-電滲析工藝對某油田污水站污水進行深度處理試驗，以期處理后代替清水用于注蒸汽鍋爐用水，試驗取得了較好效果。該技術在經濟上、技術上都是可行的。

采油污水深度處理回用技術有效利用了污水，節省了淡水資源，減輕了剩余污水的回注成本壓力，減少了環境污染和對地層的傷害，為油田富余采油污水資源化回用開辟了一條新途徑。

[1]宋永亭，杜春安，王新，等．采油污水回用深度處理技術研究進展[J]．工業水處理，2009，2（1）：1-5．

[2]李長海，黨小建，張雅瀟．電滲析技術及其應用[J]．電力科技與環保，2012，28（4）：27-30.

[3]王北福，于水利，聶立宏，等．超濾／電滲析法處理驅采污水與回用[J]．中國給水排水，2005，21（10）：93-95.

[4]劉啟明，田清華，馬建華，等．含鹽廢水電滲析膜分離處理工藝研究[J]．生態環境學報，2012，21（9）：1 604-1 607．

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.011

2015-04-16