油田污水處理沉降節點水質提升技術與改進措施

孫青

摘 要：對于水質特性日益復雜的油田采出水，開發各類新型高效的藥劑新型材料和新型處理工藝關鍵節點，提高采出水的處理效果是當前重要的課題。油田老區由于已建設施適應能力下降和采出液含聚濃度上升， 部分污水處理站的運行工藝及設計參數已經不能滿足現有水質的要求， 處理后水質不達標。影響沉降節點水質的主要因素為沉降罐內部結構及沉降時間。因此， 本次選取的研究對象為污水處理工藝中的沉降節點， 針對其存在的問題， 進行影響因素分析， 提出合理的工藝優化措施， 以達到改善沉降節點后續水質和提高工藝適應性的目的。

關鍵詞：油田老區；污水處理工藝；沉降節點；工藝適應性；優化措施

油田污水處理系統由多個處理單元組成， 按照工藝流程可分為來水、沉降、過濾及注水4個主要工藝節點。針對油田沉降節點存在的問題， 確定影響沉降節點水質的關鍵因素， 給出水質提升技術措施， 變最終控制為過程控制， 通過改善沉降節點出水水質， 提高污水處理效果， 保證最終注水水質。

1 污水處理工藝及沉降節點水質現狀

對部分污水處理站沉降節點水質情況進行化驗分析， 其中一沉含油去除率最高可達92.94%， 最低則為-10.62%；一沉懸浮物去除率最高可達72.54%， 最低則為7.46%；二沉含油去除率最高可達79.7%， 最低則為2.51%；二沉懸浮物去除率最高可達66.67%， 最低則為-13.56%。通過分析現場實測數據， 沉降節點含油和懸浮物去除率波動范圍較大， 且部分污水處理站沉降節點去除率偏低， 處理后水質不達標， 應確定影響沉降節點水質的關鍵因素， 提出相應改進措施。

2 沉降節點水質影響因素分析

由于重力式沉降罐只靠油水密度差來實現油水分離， 因此沉降罐的內部結構直接影響沉降罐分離效率的好壞， 其中主要包括配液管、集水管、集油槽等， 各部件的的形狀、數量及相對位置均會對沉降罐的除油效果有影響。污水中含油和懸浮物含量隨沉降時間的延長而減少。沉降罐內油層和泥層會侵占罐內有效空間， 減少有效沉降距離， 縮短沉降時間， 使得沉降罐沉降分離效果變差。

3 沉降節點水質提升技術措施

3.1 沉降罐配水裝置結構優化

3.1.1 沉降罐配水裝置結構的改進形式

配水裝置是影響罐內流態變化的主要因素， 其結構將直接影響罐內流場分布和油水分離效果。污水沉降罐配水裝置多采用梅花點式喇叭口配水形式， 開口朝上布置。油水混合物由配水口進入罐內后， 由于存在向上的初速度， 會在配水口與罐頂油層之間形成復雜流動場， 擾動油層， 影響油水分離。針對該問題， 確定了兩種解決辦法：1） 改變配水口布置方向， 配水口向下布置， 出口處設置擋板， 以確保水流方向向上；2） 改變配水形式， 降低配水口初速度；

3.1.2 沉降罐配水裝置仿真模擬分析

應用Fluent軟件模擬計算配水裝置結構改變前后配水口初速度大小。根據配水裝置實際尺寸建立幾何模型， 選擇Mixture混合物模型、標準k-ε湍流模型、三維穩態、隱式耦合求解器、SIMPLE算法進行數值計算。仿真模擬計算時， 為了更好的對比結構優化前后配水裝置內的速度分布情況， 配水干管入口處取相同速度值， 設置配液管上開孔的總面積與原結構相同部分開孔的總面積相同。按照配水形式的不同， 共分為四種情況進行仿真分析。軟件計算得到的配水裝置內速度分布情況， 見表1。

從分析結構可以看到， 油水混合物在進入配水裝置后， 流速沿著流動方向逐漸降低；優化后弧形配水支管內油水混合物流速要明顯小于優化前配水支管內流速；三種穿孔管配水裝置內速度分布情況相差不大；對四種配水形式各配水口處速度分布取加權平均， 穿孔管 （a） 式及穿孔管 （c） 式配水在增加布水輻射面積的同時配水口平均流速均小于原喇叭口式配水， 且穿孔管 （c） 式內外弧流速差值及外弧平均流速均更小， 各配水口流速分布又較為均勻， 因此最終選擇變孔徑布置的穿孔管 （c） 式配水作為配水裝置的改進形式。

3.2 混凝沉降罐中心反應筒內部結構優化

混凝沉降罐中心反應筒的作用是為了達到流體的緩沖， 讓來水與所加藥劑能夠充分混合， 并不起沉降作用。因此， 選擇在中心反應筒內加裝斜板， 并增加一組配水口， 實現一次預分離。油水混合物由進水口流入中心反應筒， 流經斜板后， 斜板既能對流體起到緩沖作用， 又可實現筒內預分離， 加劇細小油滴間的聚結。預分離后輕質相從上配水口排出， 此部分將在沉降區快速分離；筒底部的混合液含水率較高， 整體混合液粘度較之前降低， 此部分混合液由下配水口排至沉降區進行油水分離， 由于混合液粘度降低， 分離速度也會較之前有所提高。總的來說， 中心反應筒加裝斜板后既能加快分離速率又能提高分離效率。

3.3 沉降罐排泥工藝改進

大罐排泥方式主要有兩種， 一是靜壓穿孔管排泥， 二是泵抽排泥。結合上述兩種工藝自身特點， 對排泥工藝進行優化。一是采用靜壓排泥改良技術中的滑泥坡， 在罐底修建錐形坡體， 坡體表面采用非金屬小摩阻材質， 確保滑泥坡區域沉積泥能順利滑落至坡底， 提高集泥效率；二是在滑泥坡上方增設液力旋轉沖泥裝置， 該裝置以罐中心為軸， 兩側沖泥管噴嘴的方向相反， 沖泥管可自動旋轉， 實現全區域、無死角的沖泥效果；三是在滑泥坡間布置半圓形排泥管， 配合罐外排泥泵， 構成吸泥系統。新型排泥工藝的沖泥系統、吸泥系統采用同一臺離心泵。整套排泥裝置具有沖洗與強排雙重流程， 系統排泥時可先運行沖泥裝置進行液力旋轉沖泥， 排泥方式采用靜壓排泥， 沖泥完成后， 排泥泵入口自動切換至與排泥管連接， 實現泵吸排泥。應用新型排泥技術進行排泥時無需停罐， 污泥能及時排出沉降罐， 利于改善水質；沉降罐利用率高， 不會影響系統穩定運行。

4 結束語

（1） 優化沉降罐配水裝置結構， 將梅花點式喇叭口配水更改為變孔徑雙弧形穿孔管配水， 可降低配水口處流速， 減輕對罐頂油層的擾動， 提高油水分離效果。（2） 根據斜板沉降理論， 在混凝沉降罐中心反應筒加裝斜板， 實現一次預分離， 可提高罐內空間利用率， 加快油水分離速率， 改善油水分離效果。（3） 新型排泥工藝由滑泥坡、液力旋轉沖泥裝置、吸泥系統、罐外動力泵組成， 具有沖洗與強排雙重流程， 排泥時無需停罐， 污泥能及時排到罐外， 確保沉降罐有效沉降空間， 利于改善水質。（4） 強化水質過程控制， 實施沉降節點水質提升技術措施， 可改善沉降節點出水水質， 促進水質全程達標。

參考文獻：

[1] 油田含油污水處理工藝的設計研究[J]. 韓洋.化工管理. 2018（34）