基于體外清洗的核桃殼油田污水過濾技術(shù)

中國石化勝利油田分公司純梁采油廠

基于體外清洗的核桃殼油田污水過濾技術(shù)

彭松水

中國石化勝利油田分公司純梁采油廠

攪拌式核桃殼過濾技術(shù)反洗能力較弱，濾料再生不徹底而造成過濾精度不高，除油率僅在50%左右。體外清洗過濾技術(shù)應(yīng)用野生山核桃殼作為主要過濾介質(zhì)，利用核桃殼親水憎油特性，采用深床過濾機(jī)理，可以有效去除油和懸浮固體顆粒?，F(xiàn)場試驗表明，體外反洗除油效率能達(dá)到80%以上，比攪拌式核桃殼過濾器處理精度提高30%～40%；濾料采用罐體內(nèi)沖洗和體外循環(huán)清洗的聯(lián)合反洗方式，使濾床能高效反洗排污，使濾料徹底再生，能夠保持處理水質(zhì)長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

油田污水；過濾技術(shù)；體外清洗；核桃殼

目前我國多數(shù)油田含水率高達(dá)80%，甚至90%，含油污水的處理是油田面臨的嚴(yán)重問題[1-2]。油田污水經(jīng)水處理達(dá)標(biāo)后回注地層才能保持地層壓力平衡，維持油田穩(wěn)定生產(chǎn)[3]。過濾設(shè)備是油田污水處理中的關(guān)鍵設(shè)備，也是污水處理的最后一關(guān)[4]。

以往在油田中使用的過濾器以攪拌式核桃殼過濾器和多介質(zhì)過濾器為主，攪拌式核桃殼過濾技術(shù)由于反洗能力較弱，濾料再生不徹底而造成過濾精度不高，除油率僅在50%左右，懸浮物去除率在40%左右，現(xiàn)已很少使用[5-6]。體外清洗過濾技術(shù)由于反洗徹底，過濾精度持續(xù)保證，使得比常規(guī)攪拌式核桃殼過濾技術(shù)有很大提高，能使處理精度提高30%以上，保證設(shè)備過濾性能長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運行。

1 技術(shù)原理

體外清洗過濾技術(shù)應(yīng)用野生山核桃殼作為主要過濾介質(zhì)，利用核桃殼親水憎油特性，采用深床過濾機(jī)理，過濾時含油污水從上到下流過核桃殼濾床，可有效去除油和懸浮固體顆粒。過濾器使用專用泵對濾料進(jìn)行反洗流化清洗，其大強(qiáng)度的反洗能有效地克服重度濾料污染造成的濾層板結(jié)現(xiàn)象。流化泵對濾料流化后能使濾料上附著的油和懸浮物徹底脫離至水中，從而進(jìn)入清洗管內(nèi)隨反洗污水實現(xiàn)快速分離，使濾料具有極強(qiáng)的耐抗污水、高含油、高含聚合物污染的能力。

2 工藝流程

2.1 過濾器主要構(gòu)件

體外清洗過濾器主要由過濾罐、不銹鋼專用反洗泵、不銹鋼體外清洗裝置、管匯總成、自控系統(tǒng)、核桃殼濾料、底座、平臺、梯子等構(gòu)成。設(shè)備單獨成橇布置，既節(jié)省空間又美觀大方，整體現(xiàn)場安裝便于施工和現(xiàn)場管理。管匯布局采用多層立式布局，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、各流程走向合理等特點，并且設(shè)有合理的固定管架，可靠性和安全性都有保證，且減少了占地面積。

2.2 工藝流程

進(jìn)水中的油和懸浮固體顆粒在濾層中進(jìn)行接觸吸附、機(jī)械篩除和遷移等作用后被攔截截留，當(dāng)濾層中截留的油污和懸浮固體達(dá)到一定程度時，隨著含油量和懸浮物增加，濾層孔隙率減小，過濾水頭損失逐漸增加，流經(jīng)濾層的水流速度也隨之增加，這時進(jìn)、出口壓差增加，當(dāng)達(dá)到一定程度時，過濾罐過濾停止進(jìn)入反洗流程。反洗時通過反洗泵的水流經(jīng)罐體上的切向噴射入口噴入罐內(nèi)將核桃殼濾床中的濾料隨水流流化，流化后的濾料和水的混合液經(jīng)泵打入罐體外的清洗筒中并不斷地在罐內(nèi)和清洗筒中循環(huán)，在清洗筒中不斷地對濾料進(jìn)行循環(huán)反洗直至徹底再生，再生完成后，將管匯中的濾料泵入罐內(nèi)和罐內(nèi)的濾料一起構(gòu)成清潔的濾床繼續(xù)過濾。大水量反洗循環(huán)中大強(qiáng)度的反洗，能使濾料上的污物徹底脫落，然后用干凈的來水將含有污物的污水進(jìn)行置換，其置換用水量較少；故該過濾器既能大強(qiáng)度的反洗，又耗水較少，對系統(tǒng)沖擊較小，有利于系統(tǒng)平穩(wěn)運行。流程如圖1所示。

圖1 工藝流程示意圖

設(shè)備開始使用（或停用較長時間后再使用）時，需手動操作排出過濾罐和管匯中空氣，再將選擇開關(guān)轉(zhuǎn)換到“連續(xù)”位置。按“啟動”開關(guān)，設(shè)備從攪拌反洗流程狀態(tài)開始，在可編程控制器控制下自動循環(huán)運行。

（1）排空。投產(chǎn)時打開進(jìn)水閥和頂部的排氣閥，讓過濾介質(zhì)充滿設(shè)備罐內(nèi)和管匯，排出罐內(nèi)和管匯中的空氣。

（2）啟動。將控制柜面板上閥和泵的按鈕打到關(guān)的位置，將狀態(tài)按鈕打在自動連續(xù)狀態(tài)按下啟動按鈕，設(shè)備進(jìn)入自動過濾狀態(tài)。

（3）過濾。油和懸浮物在濾床中被截留和吸附，濾后水經(jīng)集水系統(tǒng)從出水口排出。

（4）過濾排放。設(shè)備在過濾狀態(tài)下，每隔2 h開啟罐頂部的排油、排氣管線閥門2～5 min，以排除容器頂部積聚的氣體和浮油。

（5）準(zhǔn)備。排盡管匯及泵內(nèi)的空氣為反洗做準(zhǔn)備。

（6）攪拌。反洗泵帶動水流使濾料形成流化狀，濾料之間不斷碰撞、摩擦，使濾料上聚積的污物分離至水中。

（7）反洗。反洗是經(jīng)過反洗泵和清洗管形成的污水從反洗出口排出的過程。選擇合理的反洗流量，使濾料充分反洗，且可保證濾料不流失。濾料得以徹底再生，恢復(fù)截污能力。

（8）清洗。反洗結(jié)束，用水流將罐體外管匯中的濾料清洗至罐內(nèi)形成濾床，為過濾作準(zhǔn)備。

在正常過濾狀態(tài)，當(dāng)截污層不斷增厚，過濾阻力增加，且濾后水質(zhì)達(dá)不到要求時，過濾罐進(jìn)行反洗，使濾料再生，反洗步驟為準(zhǔn)備、攪拌、反洗、清洗。設(shè)備自動工作時在過濾、過濾排放、準(zhǔn)備、攪拌、反洗和清洗步驟循環(huán)運行。

3 應(yīng)用情況

體外清洗核桃殼過濾器在勝利油田純梁采油廠首站、大港油田南一站、勝利采油廠坨六站、勝利采油廠寧海站進(jìn)行了現(xiàn)場推廣應(yīng)用?，F(xiàn)場應(yīng)用效果良好，該過濾器較常規(guī)攪拌式過濾器的過濾效果高出30%以上，技術(shù)可靠、性能穩(wěn)定。

現(xiàn)場應(yīng)用證明，進(jìn)水含油量達(dá)到200 mg/L左右時，經(jīng)體外清洗的全新濾料再生后濾料不發(fā)生板結(jié)現(xiàn)象，這是攪拌式過濾器和多介質(zhì)過濾器根本無法達(dá)到的。由于濾料再生徹底，能使設(shè)備污水處理效果長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，濾料使用壽命大大提高，可較長時間無需更換濾料。主要技術(shù)參數(shù)如表1所示，現(xiàn)場應(yīng)用水質(zhì)技術(shù)參數(shù)見表2。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

表2 現(xiàn)場應(yīng)用水質(zhì)技術(shù)參數(shù)

4 經(jīng)濟(jì)效益概算

由于體外清洗過濾器精度的提高，使得以往需要二級過濾的工況現(xiàn)在一級就能完成。由于其反洗水量較多，介質(zhì)過濾器減少一半以上，多介質(zhì)過濾器反洗水約占其處理量的10%，該過濾器使自耗水量減少到處理水量的5%，相應(yīng)地減少了設(shè)備使用數(shù)量，且能長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運行，減少設(shè)備投資一半以上。多介質(zhì)過濾器每1～2年就需更換濾料一次，其費用約為設(shè)備投資的20%，故該設(shè)備每兩年因減少濾料而節(jié)約總投資20%左右的運行費用。

5 結(jié)論

體外清洗核桃殼過濾器具有除油和除懸浮物效率高、濾料再生徹底、反沖洗流程合理、耐污染能力強(qiáng)、自動化程度高等優(yōu)點，經(jīng)處理后的水質(zhì)能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，體外反洗除油效率能達(dá)到80%以上，比攪拌式核桃殼過濾器處理精度提高30%～40%；且濾料采用罐體內(nèi)沖洗和體外循環(huán)清洗的聯(lián)合反洗方式，使濾床能高效反洗排污，濾料徹底再生，處理后的水質(zhì)長期保持穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，濾料能長時間使用無需更換，推廣應(yīng)用前景廣闊。

[1]陸柱，鄭士忠，錢滇子，等．油田水處理技術(shù)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1990：2-7.

[2]陳進(jìn)富．油田采出水處理技術(shù)與進(jìn)展[J]．環(huán)境工程，2000，8（1）：18-20.

[3]董曉丹，鄒慧芬，王恩德．油田采油污水處理工藝的試驗研究[J]．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2004，27（3）：10-12.

[4]欒希煒，曹會哲，丁慧．低滲透油田注水精細(xì)處理技術(shù)[J]．給水排水，2002，28（6）：40-43.

[5]BERNE F．Physical-chemical methods of treatment for oil-containing effluents[J]．Water Science and Technology，1982，14（9-11）：1 195-1 207.

[6]ROSHNI M and RICHARD A D．Gas attachment of oil droplets for gas flotation for oily wastew ater cleanup[J]．Separation and Purification Technology，2003，33（3）：303-314.

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.11.019

彭松水，高級工程師，主要從事油田開發(fā)管理工作。

2015-03-19

18654688067、pengsongshui.slyt@sinopec.com