渦凹氣浮+流砂過濾在大港油田污水處理中的應用

中國石油大港油田分公司采油工藝研究院

渦凹氣浮+流砂過濾在大港油田污水處理中的應用

麻建軍

中國石油大港油田分公司采油工藝研究院

油田污水處理過程中去除微粒雜質是水質能否達標的關鍵，高效流砂過濾裝置能夠替代傳統固定床過濾系統，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勢，在大港油田3座污水處理站的精細污水處理中進行了應用。現場應用情況表明：渦凹氣浮+流砂過濾技術在中北部的唐家河污水站和南三污水站應用效果比較理想，氣浮機在各污水站的除油率均在60%以上；而在南部采油三廠對于腐蝕性強、礦化度高的段一污水適應性較差，原因在于曝氣除硫時懸浮物增加，同時系統結垢加重，致使渦凹氣浮+硫砂過濾無法正常運行。

污水精細處理；渦凹氣浮；高效流砂過濾；大港油田

油田污水處理過程中用于去除微粒雜質的設備是水質能否達標的關鍵設備，高效流砂過濾裝置能夠替代傳統固定床過濾系統，可應用于給水處理、廢水處理、廢水的深度處理和回用處理，與以往的核桃殼、纖維球過濾器相比，有明顯的優勢，在大港油田3座污水處理站的精細污水處理中進行了應用。

1 工作原理

高效流砂過濾裝置由2個工作單元組成：渦凹氣浮單元和高效流砂過濾單元[1]。

1.1 渦凹氣浮單元

渦凹氣浮（CAF，Cavitation Air Floatation）裝置主要由曝氣池和氣浮池兩部分構成。裝置最前端的曝氣池向來水投加混凝劑，曝氣機高速旋轉所產生的負壓將空氣吸入，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入下一級裝置——流砂過濾器。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 渦凹氣浮原理示意圖

相對其他傳統的氣浮技術，渦凹氣浮在含油廢水處理中的設備占地、能耗、投資等方面，都具有較強的優勢，見圖2。

圖2 不同氣浮技術對比

1.2 流砂過濾單元

高效流砂過濾裝置模型見圖3，流砂過濾器結構見圖4。

圖3 高效流砂過濾裝置模型

1.2.1 原水過濾過程

原水從進水管進入到錐型的引水道，再進到濾床；經過濾床時懸浮物被砂子截留變成干凈的過濾水；過濾水經過溢流堰，由出水管流出過濾器外。

1.2.2 濾料清洗再生過程

被懸浮物污染的砂子，在重力作用下通過錐形的砂分配器、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，砂子因重力通過洗砂裝置的通道下降，清洗水（部分過濾水）則通過清洗水管從洗砂裝置的下部流到通道內。兩者相對接觸，砂子被洗凈。干凈的砂子重新均勻分布到濾床中央，洗砂污水通過排水裝置排出。洗砂污水的用量可通過排水裝置的調節堰進行調節。

圖4 流砂過濾器結構

2 現場應用

渦凹氣浮+流砂過濾技術在大港油田唐家河污水站、段一污水站和南二污水站進行了現場應用。由于唐家河、段六撥、周青莊油田地層滲透率低，回注要求指標嚴格，因此3座污水站先后采用了渦凹氣浮+流砂過濾的處理技術，但處理效果存在差異，見表1。

表1 各污水站現場應用效果

2.1 除油效果

3座污水站來水及氣浮段除油效果見表2。

表2 各污水站來水及氣浮段除油效果

從表2可以看出，氣浮機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座污水站流砂過濾段處理效果見表3。

表3 各污水站流砂過濾段處理效果

從表3可以看出，流砂過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濾器效果較差。段一污水站進口懸浮物遠遠高于進口的設計指標要求，沒有滿足過濾器進口指標要求，因此處理效果不理想。

段一污水站始建于2006年，當時采用核桃殼+纖維球過濾的處理工藝，2009年為了解決段一污水站所應用的纖維球過濾工藝在南部油田的工藝適應性較差，纖維球濾料頻繁污染、破損，污水處理效果差的問題，同時為了進一步提高腐蝕結垢治理的效果，深化腐蝕結垢治理研究，開展曝氣除硫新技術研究試驗，試驗應用渦凹氣浮+流砂過濾器進行技術升級改造。段一污水處理系統工藝流程示意圖見圖5，段一污水站各處理單元水質情況見圖6。

圖5 段一污水處理系統工藝流程示意圖

圖6 段一污水站各處理單元水質情況

段一污水站采用曝氣裝置+渦凹氣浮+流砂過濾器處理后，懸浮物嚴重超標，設備結垢嚴重，系統無法正常運行。

分析原因認為，曝氣罐通過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，Fe2+離子會逐漸被氧化生成Fe3+離子，進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高，氣浮出口懸浮物遠遠超出流砂過濾器進口設計的指標要求，導致最終出水懸浮物不達標。同時，污水曝氣引起了結垢趨勢增加，管道半個月時間結垢達到5 mm，同時出現過濾器石英砂板結現象。

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，分析原因認為：南三污水站系統來水含油不穩定（39～65 mg/L），前端只有一具100 m3緩沖罐，除油效果不好，只有通過增加加藥量才能保證氣浮出口水質，不然會影響氣浮處理效果，造成后端流砂過濾器砂子被污染，導致懸浮物固體含量時有超標。只有前端水質控制好，才能保證出口水質滿足指標要求。

3 結論及建議

（1）通過3座污水站的現場應用情況表明，渦凹氣浮+流砂過濾技術在中北部的唐家河污水站和南三污水站應用效果比較理想，而在南部采油三廠對于腐蝕性強、礦化度高的段一污水適應性較差。

（2）段一污水站處理效果不理想的原因在于曝氣除硫時懸浮物增加，同時系統結垢加重，致使渦凹氣浮+流砂過濾無法正常運行。

（3）為確保流砂過濾器處理水質合格，應保證前端水質，及時檢修設備、投加藥劑，或者在氣浮前端增加沉降罐，保證氣浮出水，否則會增加流砂過濾器的處理難度，造成濾料污染、板結，反洗困難。因此必須加強現場管理，保證各處理單元的處理效果，才能保證最終水質達標。

[1]霍夙彥，李智慧，趙昕銘，等．高效流砂過濾器[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年畢業于長江大學石油工程專業，獲學士學位，現從事地面系統配套規劃方案、老系統調整改造規劃方案的編制以及新工藝、新技術的引進和推廣等工作。

2015-04-09

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