微渦旋低脈動技術處理青海油田含油污水試驗

莫志庭　趙　進　馬建兵　何啟陽　解統(tǒng)平　李昀龍　星占龍

1青海油田采油三廠　2青海油田采油二廠

微渦旋低脈動技術處理青海油田含油污水試驗

莫志庭1趙進1馬建兵1何啟陽1解統(tǒng)平1李昀龍2星占龍2

1青海油田采油三廠2青海油田采油二廠

采用微渦旋低脈動技術對含油污水進行處理可以形成立體接觸絮凝，增大含油污水的排放量及清潔度，在密實的微渦旋流的作用下，微渦旋低脈動技術將不斷更新處理反應器的絮凝能力，從而有利于污水沉淀物的分解、分離及排放。青海油田烏南作業(yè)區(qū)位于柴達木盆地綠草灘，其油田含油污水處理過程中在水質沉淀區(qū)使用了微渦旋低脈動技術。逆向流水質沉淀區(qū)的表面負荷率穩(wěn)定在6.5 m3/s的情況下，能夠加快各項指標的污染物去除率，污染物去除率可高達75%以上；而順向流水質沉淀區(qū)的表面負荷率穩(wěn)定在5.8 m3/s的情況下，污染物去除率高達85%以上。微渦旋低脈動技術用于青海油田烏南作業(yè)區(qū)的含油污水處理，大幅度提高了污染物的去除率。

微渦旋低脈動技術；混凝；作業(yè)區(qū)；污水；工藝

微渦旋低脈動技術是污水處理的一級工藝，在現(xiàn)代的油田含油污水處理過程中具有技術指導性作用。青海油田烏南作業(yè)區(qū)的地理條件惡劣，且含油污水處理系統(tǒng)相對落后，立足于微渦旋低脈動技術對油田污水處理作用的特點，分析青海油田烏南作業(yè)區(qū)技術應用取得的成果，探討微渦旋低脈動技術用于油田污水處理中的價值和意義。

1　污水處理工藝原理

烏南作業(yè)區(qū)某污水處理站含油污水經三相分離器后進入沉淀池進行初步沉降，隨后污水進微渦反應池（處理水量65 m3/h），含油污水進一步沉淀后進入雙濾料過濾器（雙濾料過濾器共3組，濾速15 m/h），過濾后的污水儲存在2個1 000 m3水罐中，處理后的含油污水經地面注水系統(tǒng)注入地層。

采用微渦旋低脈動技術對油田含油污水進行處理是結合給水工程、多相流動控制慣性理論，對混凝動力學的深入研究應用。且在混凝反應中，湍流剪切力是起決定性作用的動力學因素，對微渦旋低脈動技術的擴散作用提供離心慣性效應。新型的油田含油污水處理技術的發(fā)展（即微渦旋低脈動技術）還體現(xiàn)在設備上的突破，如：串聯(lián)圓管初級混凝設備、小間距斜板沉淀設備、小網(wǎng)格反應設備等，在油田污水處理上將不同流向的含油污水混合同流，使其高速反應、快速分離，污水的處理效率更高［1］。采用微渦旋低脈動技術能使油田的污水處理量達到1 560 m3/d。圖1為矩型微渦流反應池的工作原理。

圖1　矩型微渦流反應池工作原理

當含油污水混凝反應被大量的渦流反應器控制時，上游的水流將呈絮體懸浮狀，且在反應器內流速較小的情況下容易產生脫穩(wěn)膠體效應，這樣的含油污水處理系統(tǒng)要比傳統(tǒng)的含油污水處理技術更加高效、清潔。采用微渦旋低脈動技術對含油污水進行處理可以形成立體接觸絮凝，增大污水的排放量及清潔度，在密實的微渦旋流的作用下，微渦旋低脈動技術將不斷更新處理反應器的絮凝能力，從而有利于含油污水的沉淀。

2　技術特點

（1）含油污水處理時混凝效率高，節(jié)省了資金成本。烏南作業(yè)區(qū)未使用該技術前日需投加混凝劑120 kg，藥劑費用及人工費用較高。使用微渦旋低脈動技術，實現(xiàn)了油田含油污水高效率的凝聚和絮凝水力結合的優(yōu)勢互動，使其混凝效率大大提高，遠遠好于早期處理工藝。該技術將混凝反應器的反應時間縮短到5～8 min，污水處理量可以提高1～2倍，藥劑用量減少到之前的30.3%，這樣既節(jié)約了占地面積，又節(jié)省了投資成本。

（2）出水質量大幅提高。在混凝劑投加相同的情況下，由于立體接觸絮凝，水的處理面積增大，而且絮凝體質量的提高也使得出水質量得到提高，未使用該技術前作業(yè)區(qū)含油污水最大處理量為45m3/h，使用該技術后含油污水處理量可達1 560 m3/h。在油田含油污水沉淀區(qū)體積不變的情況下，微渦旋低脈動技術使得產水量提高40%，且能保持出水濁度穩(wěn)定在3度以下，濾池的工作周期延長，反沖洗的工作量大大減少。

（3）能夠很好地適應水量、水質的變化。該作業(yè)區(qū)含油污水水質波動較大，污水來液量不穩(wěn)定，液量較大時污水濁度在5～10度左右，早期處理工藝技術很難達到較好的處理效果。使用微渦旋低脈動技術處理高濁度水時可以使混凝劑的擴散加速，使處理的含油污水不易被其中大量的雜質膠體包裹而失去可利用活性；另外，即使混凝劑被雜質膠體包裹，在微渦流的作用下，其產生的絮體也很容易被破碎，從而形成新的絮凝能力。微渦旋低脈動技術同樣有利于低濁度水的有效處理，雖然低濁度水中雜質膠體的數(shù)量少，但是只要碰撞，其凝聚效率就會下降，而渦流反應器能夠去除立體接觸絮凝中的雜質膠體。

（4）實施操作簡便。微渦旋低脈動技術既適于新建油田含油污水處理，也適于傳統(tǒng)工藝的改造。該技術對油田含油污水處理沉淀池的形狀及與傳統(tǒng)工藝的銜接沒有什么具體要求，在施工操作上比較簡便，只要能夠將其與必要的設備隔開，反應器投入后就可以使用。

（5）運行穩(wěn)定、混凝劑使用量少。早期該作業(yè)區(qū)含油污水處理過程中要添加大量的混凝劑，日投加量為120 kg。該作業(yè)區(qū)使用微渦旋低脈動技術處理油田含油污水后，與早期同等含油污水處理量相比，現(xiàn)每天僅需添加混凝劑80 kg。微渦旋低脈動技術能夠使渦流反應器內腔中的活性絮體長期保持，不必每次污水處理都得投入混凝劑，就可以將其中的雜質膠體全部排除，在工作量減少的同時，還減少了資源的浪費，也使得污水處理操作變得簡化，裝置運行更穩(wěn)定。

3　微渦旋低脈動技術的應用

青海油田烏南作業(yè)區(qū)位于柴達木盆地綠草灘，海拔高達3 000 m以上，作業(yè)區(qū)污水處理站含油污水中機雜含量為25～50㎎/L，含油量為20～30㎎/L，含硫量為15～40㎎/L，污水pH值為6.5～7.3，含油污水呈弱酸性。

青海油田烏南作業(yè)區(qū)的含油污水處理在水質沉淀區(qū)使用了微渦旋低脈動技術。沉淀區(qū)的污水處理受水力負荷情況影響，水力負荷與污水去除之間的關系見表1。

表1　水力負荷情況與污水去除之間的關系

從表1可以看出：逆向流水力沉淀區(qū)的表面負荷穩(wěn)定在6.5 m3/s的情況下，能夠加快各項指標的污染物去除率，污染物去除率可高達75%以上；而順向流水力沉淀區(qū)的表面負荷率保持在5.8 m3/s的情況下，能達到污染物去除率高達85%以上的去除效果。

表1的數(shù)據(jù)顯示：逆向流的水力表面負荷低于順向流的水力表面負荷，從而得出順向流的水力表面負荷更能承載水的沖擊力，但是數(shù)據(jù)的微弱變化不能影響到水質的變化［2］。因此在逆向流表面負荷的設計中要為數(shù)據(jù)的變化提供發(fā)展空間。

另外，油田的含油污水處理要根據(jù)工程設計來實施，且在含油污水處理參數(shù)上要進行合理設定，具體的污水處理參數(shù)見表2。

表2　污水處理設計參數(shù)

污泥處理是油田污水處理中一個重要環(huán)節(jié)，而污泥處理不當會對環(huán)境造成二次污染，因此在油田的污水處理中要嚴格制定合理、科學的設計參數(shù)，以保障污水處理的效果［3］。

青海油田烏南作業(yè)區(qū)的含油污水處理運用了先進的微渦旋低脈動技術后，污水進入雙濾料過濾器實現(xiàn)精細過濾。該技術的應用不僅降低了雙濾料過濾器的處理負荷，同時提高了該作業(yè)區(qū)油田含油污水的處理能力，使污水水質機雜含量由之前的25～50㎎/L降低到3㎎/L，污水含油量由之前的20～30㎎/L降低到5㎎/L，滿足《碎屑鹽油藏注水水質推薦指標及分析方法（SY/T5329—1994）》規(guī)定的回注標準。

應用微渦旋低脈動技術對油田含油污水進行處理降低了烏南作業(yè)區(qū)的成本投入。使用微渦低脈動技術后該作業(yè)區(qū)日節(jié)省藥劑40 kg，污水處理量較之前提高1～2倍，污水處理日節(jié)電2 000 kW·h。微渦旋低脈動技術作為一種環(huán)保型的污水處理技術，在油田含油污水處理方面減少了混凝劑的投入，減少了材質的購置費用，而且降低了混凝劑使用對空氣、水的污染，保證了污水處理的質量。另外，微渦旋低脈動技術的應用降低了作業(yè)區(qū)的用電量，促進了油田污水處理資金的節(jié)約和資源的循環(huán)再利用。

微渦旋低脈動技術能夠很好地適應水量、水質的變化。也就是說混凝的水力條件不是取決于水流的速度，而是依賴于渦流的形成。渦流為其提供充足的破碎雜質膠體的能力，且渦流的形成條件主要取決于流速的變化。需要強調的是，在大多數(shù)的油田含油污水處理的過程中，上向流微渦流混凝區(qū)是大量活性絮體的積累區(qū)，這些活性絮體的積累對水量、水質的變化具有實質性的緩沖作用。另外，在池水放空或停水期間，這些活性絮體不會排出池外也不會沉積板結，這就使得絮凝池的使用周期延長，可以間歇工作，從而保證使用壽命。微渦旋低脈動技術的應用周期變長，對整個作業(yè)區(qū)的含油污水處理具有長遠的利益價值。

4　結語

微渦旋低脈動技術是一項既經濟又實用，在油田含油污水處理方面具有重要意義的工業(yè)技術。微渦旋低脈動技術在污水處理上的幾大優(yōu)勢包括：①油田含油污水處理的混凝效率高，節(jié)省了資金成本；②出水質量優(yōu)于傳統(tǒng)工藝下的出水質量；③能夠很好地適應水量、水質的變化；④實施操作簡便；⑤運行穩(wěn)定，混凝劑使用量少；⑥設備使用壽命長，維護簡單。這些優(yōu)勢的充分應用，將會對我國的油田勘探及相應的污水處理工作帶來實質性的促進作用。

微渦旋低脈動技術用于青海油田烏南作業(yè)區(qū)的污水處理，極大地改善了污染物的去除率。但是油田含油污水處理不能盲目的進行開展，需要根據(jù)不同含油污水的性質以及相應的去污指標等來進行科學的去污設計。

［1］李懷印，李宏偉，王銀周，等.微渦旋低脈動技術用于油田生活污水處理中試研究［J］.油氣田地面工程，2003，22（5）：27-28.

［2］黃林平，李靜，陳立功.微渦旋混凝技術處理低溫低濁水［J］.東北電力大學學報，2006（6）：84-87.

［3］吳印強，曾順鵬，曾剛，等.金屬膜分離技術在冀東油田污水處理中的應用［J］.油氣田地面工程，2013，32（11）：61-62.

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.010

2015-05-11