油田含油污水處理工藝技術探討

大慶油田有限責任公司第十采油廠規劃設計研究所

1 技術應用及治理

某油田已建含油污水處理站1座，采用含油污水“5.1.1”處理工藝，工藝流程：曝氣沉降→一級溶氣氣浮→二級溶氣氣浮→海綠石過濾→高效流砂過濾→中空超濾膜過濾。設計處理規模7 000 m3/d，出水水質為“5.1.1”指標[1-3]。工藝流程如圖1 所示。工藝各段水質控制指標見表1。

圖1 含油污水處理站工藝流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the process flow of oily sewage treatment station

表1 工藝各段水質控制指標Tab.2 Water quality control indicators for each section

該工藝2016 年10 月投產，初期各項水質指標均能滿足設計要求。2017年3月開始，油崗電脫系統不穩定，油崗萬方沉降罐出水即污水站總來水水質惡化，水量波動大，膜前各段工藝受到沖擊并相互污染，部分設備腐蝕、零部件損壞，出水水質達不到超濾膜進水指標要求，超濾膜組件污染且裝置不能連續運行，因此污水站整體處理工藝無法正常運行，出水水質不能穩定達標。2017 年至2019 年工藝各段出水水質情況見表2。

針對含油污水處理站運行中存在的問題，先后多次開展治理工作，以達到提升出水水質的目的。首先，調整周邊污水。將周邊污水管線由脫水系統的萬方沉降罐進口調至出口，直接進入污水處理站的曝氣沉降罐，不再進入脫水系統，避免成分復雜的周邊污水對脫水系統造成影響。其次，調整回收污油。將污水處理站100 m3收油罐回收的污油通過拉運的方式直接送至壓裂液處理站和含油污泥處理站處理，不再回到脫水系統進行處理，避免回收污油中殘存的化學成分對脫水系統造成影響。

治理后，脫水系統運行穩定，萬方沉降罐出水即污水站總來水含油量下降到300 mg/L以下，懸浮物濃度下降到150 mg/L以下。但是直接導致污水站出現以下問題：①周邊污水直接進入污水站，站內2 座1 000 m3沉降罐調質緩沖能力不足，影響后續工藝處理效果；②沉降罐和氣浮裝置污染，出水水質超標，沉降罐含油量最高達到532 mg/L、懸浮物濃度最高達到286 mg/L，氣浮含油量最高達到273 mg/L、懸浮物濃度最高達到76 mg/L；③加藥裝置故障率高，藥劑投加不穩定，影響處理效果。

2 含油污水處理工藝優化簡化

2.1 含油污水精細處理工藝

因現有的“5.1.1”處理工藝處理效果長期不達標，存在工藝復雜、超濾膜對進水要求高、易污染、投資和運行成本高、生產管理難度大等問題，為尋求含油污水處理工藝優化簡化技術，開展含油污水精細處理工藝技術現場試驗。

2.1.1 工藝流程及原理

大家一起哭泣起來——是傷心的哭，還是解脫后的哭？我說不清楚。我身旁的某個人啜泣道：“結束了，終于結束了?！?/p>

采取預處理除硫—一級高精濾—二級高精濾工藝流程，如圖2所示。該工藝以懸浮污泥與微孔隙濾料聯合處理技術為核心，由不同精度級的兩級過濾系統組成；工藝前端增加預處理裝置（催化氧化）去除硫化物[4]。處理后水質可達到“8.3.2”指標，能夠滿足低滲透油田對注水水質的需求。

表2 污水站處理工藝水質情況Tab.3 Water quality in the treatment process of sewage treatment stationmg/L

圖2 含油污水精細處理工藝流程Fig.2 Process flow of oily sewage fine treatment

高精濾裝置上部為混凝區，含油污水進入后，高濃度絮體碰撞架橋聚集形成過濾層，初步去除大量懸浮物和污油。下部濾層采用等粒徑顆粒狀活性微孔納米復合過濾材料，由特殊材料通過高溫燒結，表面采用精細納米材料蒸煮鍍膜，使濾料不沾油、不板結，污水通過微孔濾料的機械截留和吸附過濾精度可以達到1 μm，最高可以達到0.1 μm，從而達到高精度過濾效果[4]。

2.1.2 試驗結果

試驗參數：處理量5 m3/h，無機絮凝劑質量濃度55 mg/L，有機絮凝劑質量濃度1.2 mg/L，濾速17.1 m/h，反沖洗強度3.93 L/(s·m2)，反沖洗周期24 h，反洗時間45 min。試驗結果見表3。

表3 精細化處理工藝進出水水質檢測結果Tab.3 Water quality test results of inlet and outlet water of fine treatment process

結果表明，該工藝能夠達到預計指標要求：處理量5 m3/h 時，來水含油量為30～300 mg/L、懸浮固體濃度≤150 mg/L，出水水質含油量≤3 mg/L、懸浮固體濃度≤3 mg/L、粒徑中值≤2 μm；來水含油量≤30 mg/L、懸浮固體濃度≤30 mg/L 時，出水含油量≤3 mg/L、懸浮固體濃度≤1 mg/L、粒徑中值≤1 μm。

對比常規處理工藝（氣浮—粗濾—精濾）水處理費用2.34 元/m3，精細化處理工藝水處理費用1.85元/m3，降低約21%；同時工藝流程簡單，更易于生產管理。因此，精細化處理工藝是對常規處理工藝的優化簡化。

2.2 橇裝一體化采出水處理工藝

外圍零散區塊規模小，系統依托性差，隨著采出液綜合含水逐年升高，含油污水量增加，通過管輸或拉運方式匯集到就近站點處理，運行成本高，安全風險大[5]。為此開展橇裝化采出水處理工藝現場試驗，解決零散區塊采出水就地達標處理問題。

通過調研和室內試驗，確定工藝流程：曝氣除硫→氣浮或微生物除油，兩級過濾、超濾控制懸浮物和粒徑中值（圖3）。工藝處理規模10 m3/h，出水指標“8.3.2”或“5.1.1”。

以下為曝氣除硫—氣浮—兩級過濾—超濾工藝試驗結果。

2.2.1 達到“8.3.2”低滲透指標試驗

利用“來水→曝氣沉降罐→氣浮→一級雙層濾料過濾→二級雙層濾料過濾→出水”流程，處理量9.7 m3/h，沉降曝氣氣水比7∶1，氣浮回流比20%，一級濾速11 m/h，二級濾速8 m/h。試驗結果見表4和表5。

試驗表明：來水含油量＜118 mg/L、懸浮物含量＜27.2 mg/L、硫化物含量＜31.6 mg/L時，出水水質基本穩定達到“8.3.2”指標，且曝氣除硫效果較為理想，氣浮對硫化物也有一定去除作用，最終出水硫化物含量在1.89 mg/L以下。

2.2.2 達到“5.1.1”特低滲透指標試驗

流程一：利用“來水→曝氣沉降罐→氣浮→一級雙層濾料過濾→二級雙層濾料過濾→PVC中空纖維膜→出水”流程進行現場試驗，試驗結果見表6和表7。

試驗表明：來水含油量＜132 mg/L、懸浮物含量＜32.1 mg/L、硫化物含量＜29.5 mg/L時，出水含油量＜0.6 mg/L，懸浮固體濃度＜1.0 mg/L，硫化物濃度＜1.36 mg/L，可以穩定達到“5.1.1”指標。

圖3 橇裝一體化采出水處理工藝流程示意圖Fig.3 Schematic diagram of skid-mounted integrated produced water treatment process

表4 橇裝裝置含油量和懸浮物固體去除效果(“8.3.2”指標)Tab.4 Removal effects of oil content and suspended solids of skid-mounted device("8.3.2 index")mg/L

表5 橇裝裝置粒徑和硫化物去除效果(“8.3.2”指標)Tab.5 Removal effect of particle size and sulfide of skid-mounted device("8.3.2"index)

表6 橇裝裝置含油量和懸浮物固體去除效果(“5.1.1”指標)Tab.6 Removal effects of oil content and suspended solids of skid mounted device("5.1.1"index)mg/L

流程二：采用“來水→曝氣→氣浮→雙層濾料→陶瓷膜→出水”流程，試驗結果見表8和表9。

試驗表明：來水含油量＜126 mg/L、懸浮固體濃度＜26.5 mg/L、硫化物濃度＜32.7 mg/L時，出水含油量平均值0.89 mg/L，懸浮固體濃度平均值1.16 mg/L，粒徑中值平均值0.867 μm，硫化物濃度平均值1.02 mg/L，出水含油、粒徑中值、硫化物達標，懸浮物濃度不達標。

對比流程一和流程二試驗結果，優選“來水→曝氣沉降罐→氣浮→一級雙層濾料過濾→二級雙層濾料過濾→PVC中空纖維膜→出水”工藝流程，根據前期優化的運行參數和加藥量，進行現場生產保運，處理量240 m3/d，工藝運行穩定170 天，各項指標均達到要求，回注污水達2.7×104m3。

表7 橇裝裝置粒徑和硫化物去除效果(“5.1.1”指標)Tab.7 Removal effect of particle size and sulfide of skid mounted device("5.1.1"index)

表8 陶瓷膜含油量和懸浮物固體去除效果Tab.8 Removal effect of oil content and suspended solid content of ceramic filmmg/L

表9 陶瓷膜粒徑和硫化物去除效果Tab.9 Removal effect of particle size and sulfides of ceramic film

通過試驗取得以下幾點認識：

（1）對比常規處理工藝，橇裝一體化裝置具有結構緊湊一體化和高度自動化的特點，占地面積相較于固定站占地面積減少70%以上，施工周期縮短55%以上，搬遷重復利用一次，工程費用節省40%以上。

（2）為避免硫化物對后續有機膜產生毒性并能有效控制其出水的懸浮物固體含量，在工藝前段必須進行除硫，橇裝設計中可利用增加曝氣強度來彌補曝氣停留時間的不足，以確保除硫效果[6]。

（3）來水經過“來水→曝氣沉降罐→氣浮→一級雙層濾料過濾→二級雙層濾料過濾罐→PVC中空纖維膜→出水”處理后，兩級雙層濾料出水可達到“8.3.2”低滲透指標，經PVC 中空纖維膜處理后可達到“5.1.1”特低滲透指標。

3 水質提升措施

（1）優化污水站布局，解決污水處理系統不平衡問題。已建含油污水處理站位于某油田中部區域，接收全油田含油污水。2017 年至2019 年，該站平均處理負荷92.8%（6 500 m3/d），瞬時最高處理負荷可達到100.5%（7 320 m3/d）。長期高負荷運行，導致處理設備設施故障率高、各段工藝無法正常運行。因此，先后規劃在該油田西部區域和東部區域各建設1座含油污水處理站，根據含油污水精細化處理工藝技術現場試驗及該工藝的其他運行效果，2座污水站均采取“來水→沉降罐→氣浮裝置→氧化除硫裝置→高精濾裝置（兩級精濾器）→出水”處理流程，設計規模均為2 000 m3/d，出水水質達到“5.1.1”指標。建成后，預計新建含油污水處理站負荷分別為68.95%～84.70%和82.90%～86.75%，已建含油污水處理站負荷可降為60.13%～64.13%，3座污水站負荷均在合理范圍內。

（2）推廣應用橇裝一體化采出水處理工藝，解決外圍零散區塊含油污水就地處理回注問題。根據橇裝一體化采出水處理工藝試驗結果和生產保運情況，在某區塊含油污水站建設項目中應用橇裝一體化技術，通過先期取樣化驗后，確定工藝流程為：“來水→自然沉降→混凝沉降→緩沖水罐→一級過濾（雙濾料）→二級過濾（雙濾料）→出水”，即“兩級沉降+兩級壓力過濾”的處理工藝[7-8]，處理規模為550 m3/d，設計出水水質為“8.3.2”指標。建成后，需跟蹤該站的運行效果，優化調整各項參數，確保工藝能夠穩定運行，出水水質達到指標要求。

（3）治理已建含油污水處理站后續問題，確保出水水質達標。脫水系統來液凈化調整改造后，周邊污水直接進入污水站曝氣沉降罐，水量波動較大，增加曝氣沉降罐及后續工藝的處理負荷，且污水中殘留大量化學藥劑和其他壓裂液等化學成分，對現有藥劑性能發揮也造成影響，因此制定以下措施解決污水站存在問題，確保出水水質能夠穩定達標。首先，增加沉降調質能力。周邊污水直接進入污水處理站曝氣沉降罐，2 座1 000 m3曝氣沉降罐負荷增加，油、懸浮固體在罐內聚集無法及時收集和排除，出水水質指標高于進水水質指標，造成后續工藝設備的污染。因此，規劃新建2 座1 200 m3沉降罐，增加沉降調質能力，減少后續工藝的處理負荷。其次，優化藥劑配方及參數。計劃對在用的絮凝劑、混凝劑、殺菌劑等化學劑進行效果評價及配伍性試驗；對殺菌劑、混凝劑配方進行篩選實驗，優選藥劑配方；對優選出的藥劑配方開展評價試驗，優選出最佳投加量，確定最佳投加點；室內試驗完成后，開展現場加藥試驗，驗證藥劑的處理效果，確保含油污水處理達標。