離子調(diào)整旋流反應法污水處理技術在新疆油田的應用

唐 麗

(新疆克拉瑪依職業(yè)技術學院，新疆獨山子 833600)

離子調(diào)整旋流反應法污水處理技術在新疆油田的應用

唐 麗

(新疆克拉瑪依職業(yè)技術學院，新疆獨山子 833600)

新疆油田各采油廠長期注入不達標污水，給油田造成巨大傷害。通過應用離子調(diào)整旋流反應法污水處理技術及相關配套處理工藝，使新疆油田采出水經(jīng)處理后達到注水水質(zhì)標準。污水回用或回注，既節(jié)約了淡水資源，又降低了稠油開采能耗。綜述了離子調(diào)整旋流反應法污水處理技術在新疆油田應用前后的采出水處理現(xiàn)狀。

新疆油田;離子調(diào)整旋流反應法;污水處理技術

長期以來，新疆油田污水處理系統(tǒng)存在的突出問題是工藝不成熟、藥劑不對路、處理成本高、管理難度大、采出水處理達標率較低。各采油廠長期注入不達標污水，給油田造成巨大傷害，主要表現(xiàn)為:注水井吸水指數(shù)下降，欠注井和注不進的井逐年增多且趨勢加快，不得不采取增注措施;注水井分層注水率逐年下降，油田水淹、水竄嚴重，穩(wěn)油控水難度加大;注水地面管線因結垢、腐蝕破損嚴重，注水井油套管腐蝕嚴重;下封隔器的井三、四年后修井時油管拔斷的多，導致大修。針對這些問題油田公司技術部門從分析油田采出水水質(zhì)特點、水處理藥劑的反應機理、水處理藥劑與原水的混合機理、絮體長大的機理及絮體沉淀的機理等方面入手，研究出了“油田污水離子調(diào)整旋流反應法處理技術”和配套處理工藝［1］，該技術適用于稀油和稠油采出水處理、稀稠油采出水混合處理以及地下水和地表水的混合處理。

1 應用新處理技術前采出水的現(xiàn)狀和存在問題

1.1 基本現(xiàn)狀

新疆油田公司所轄油田主要分布在準噶爾盆地西北緣、東部和腹部，地處戈壁荒原及沙漠，水資源十分貧乏。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，一方面，水的需求量增長很快，另一方面，油田生產(chǎn)過程中采出的污水量也急劇增加。1997年以前油田采出水處理站有一廠稀油污水處理站、二廠81#稀油污水處理站、二油庫污水處理站(三廠污水處理站)和百聯(lián)稀油污水處理站等，處理工藝及規(guī)模詳見表1。

表1 1997年以前各污水站污水處理工藝情況表

由于當時的處理工藝技術不過關，加之新疆油田污水水質(zhì)及水性復雜，稠油污水廠常常建設大型的蒸發(fā)場，污水靠蒸發(fā)處理，運行一段時間后，蒸發(fā)場水面上被油膜覆蓋，極大地影響了污水的蒸發(fā)，且污染環(huán)境，威脅油田生產(chǎn)。另外，稀油采出水部分回注油田，部分排入蒸發(fā)場，外排稠油污水溫度達60℃，造成水資源和熱能的巨大浪費。在已建成的幾座污水處理站中，只有百聯(lián)站處理后的稀油污水基本達到注水標準。

由于處理后的凈化水不合格，造成了水處理設備及注水管網(wǎng)的嚴重腐蝕;另外，各方面的數(shù)據(jù)都顯示，長期注入不合格污水，新疆油田注水壓力正逐年升高。

1.2 存在的問題

1.2.1 污水水質(zhì)復雜

新疆油田部分油區(qū)污水性能指標如表2所示。

表2 新疆油田部分油區(qū)污水性能指標

從表2中可以看出，新疆油田采出水溫度范圍極大，最低的溫度只有15～18℃，極不利于藥劑反應，易造成投加藥劑量大，且反向破乳效果差;油水密度差范圍大，最小為0.081 1 g/cm3，最大為0.182 5 g/cm3;乳化嚴重，油珠粒徑≤20 μm所占百分比最大為82.2%，由斯托克斯公式可知，自然沉降很難去除。

SRB(硫酸鹽還原菌)最適應pH在7.0～7.5，控制SRB的方法之一就是突然改變SRB所處的環(huán)境，使細菌無法適應變化較大的某種環(huán)境，殺死細菌或抑制其生長繁殖。新疆油田污水pH在7.6～8.52，偏堿性，因此可通過調(diào)節(jié)pH控制SRB的生長環(huán)境。

1.2.2 混凝反應強度不夠

新疆油田采出水處理工藝主要是物理—混凝—過濾法。1997年以前的含油污水處理設計規(guī)范只對反應時間進行了要求，而對反應強度及幾種藥劑投加時間間隔等均未做明確要求。規(guī)范要求混凝反應在混凝罐的中心反應桶中進行，混凝劑加在進水管上，進水管沿切線進入中心反應桶，絮凝劑加在中心反應桶內(nèi)，這種設計中藥劑雖有一定的擴散作用，但每種藥劑的擴散強度不足。

1.2.3 緩沖罐使用欠缺

1997年新疆油田設計的重力混凝沉降流程依次為重力除油罐、混凝沉降罐、過濾罐，此工藝流程的重力除油罐出水管常常設計為高出水，在污水處理前段沒有緩沖調(diào)節(jié)段，因此污水處理前段流程中必須留有緩沖調(diào)節(jié)污水水量及水質(zhì)的設施。

1.2.4 藥劑投加量跟不上處理系統(tǒng)水量及水質(zhì)的變化

混凝沉降的關鍵就是通過投加化學藥劑使小油珠或絮體長大而去除，而油田采出水每天的水量及水質(zhì)變化較大，這會使藥劑投加過量或藥劑投加不足，造成出水水質(zhì)不合格，投加藥劑的浪費。油田采出水處理站的加藥控制如果采用自動控制，則每年可省藥劑費達千萬余元。

1.2.5 設備及管線腐蝕嚴重

1993年改造的管線大部分埋于地下或放于管溝中，由于地下水位上升，管線都淹沒在水中，造成管線嚴重腐蝕，管線經(jīng)常破裂。油及污水管線破裂后進入管溝，而油浮于水面不易清除，成為稀油站的一大安全隱患。

藥劑系統(tǒng)也腐蝕嚴重。如鋼制的加藥箱腐蝕嚴重，各藥箱間的隔板已基本上連通，導致各種藥劑在進入水處理系統(tǒng)前就已混合，無法按原投藥工藝要求加藥，影響了水質(zhì)處理效果;柱塞加藥泵及加藥管線腐蝕嚴重、老化，使泵密封不嚴，正常加藥困難;攪拌器磨損大，攪拌能力不足。從處理后的污水中懸浮物、油含量較高及細菌數(shù)超標來看，投加的藥劑效果不好。所有這些一方面是污水的腐蝕性造成的，另一方面也是處理后的污水未達標造成的。

2 離子調(diào)整旋流反應法處理技術在新疆油田的應用

2.1 離子調(diào)整旋流反應法處理技術

通過深入分析污水的特性，結合國內(nèi)最新的混凝反應動力學機理理論，采用混凝沉降工藝，采用管道破乳、微渦旋混凝沉降、小間距斜板分離、等面積配水及收水、等摩阻穿孔管排泥、流量環(huán)變頻等新技術處理污水，形成了“離子調(diào)整旋流反應法處理技術”。

2.1.1 離子調(diào)整劑使用

“離子調(diào)整旋流反應法處理技術”的核心是采用離子調(diào)整的方法。向污水中加入特定的離子調(diào)整劑，調(diào)整水中有關離子的含量，除掉或減少某些引起腐蝕、結垢的離子，增加某些促進穩(wěn)定的離子，并利用配套的工藝技術來實現(xiàn)破乳除油、除懸浮物、控制腐蝕結垢、抑制細菌生長、凈化和穩(wěn)定水質(zhì)的目的。當加入離子調(diào)整劑后，膠體顆粒的電負性變小，乳化油與懸浮微粒形成的膠體體系的穩(wěn)定性被破壞，從而使乳化油破乳、懸浮微粒相互碰撞聚集并長大，形成大的顆粒后沉降下來，這就是離子調(diào)整水質(zhì)凈化的基本原理。

2.1.2 高效旋流反應器的使用技術

針對新疆油田污水特性采用離子調(diào)整、加堿、加助凝劑的三段式藥劑投加方式。為了讓藥劑與原水混合反應得更充分，當污水溫度較低時，要求三種藥劑投加時間間隔變長;藥劑混合強度較大時，藥劑用量就減小;反應時間和反應強度對處理效果影響明顯，但間隔時間較低時，可通過提高強度來增強反應效果。

2.1.3 加藥智能控制技術

以往加藥量都是靠人工進行控制，所加的藥劑難以做到與水量匹配，很難保證出水水質(zhì)持續(xù)穩(wěn)定達標。污水處理系統(tǒng)來水量總是隨生產(chǎn)情況動態(tài)變化的，藥劑本身的濃度也是有變化的，在藥劑篩選對路、工藝設計合理的前提下，水質(zhì)能否達標的關鍵環(huán)節(jié)是控制加藥量。因此我們研制了水處理加藥的智能控制系統(tǒng)。

2.1.4 過濾器的創(chuàng)新設計

為適應工程需要，研發(fā)了帶壓緊裝置改性纖維球過濾器，此種過濾器的特點是過濾時水流壓力對改性纖維球濾料自然形成縫隙反級配，截留機械雜質(zhì);反沖洗時改性纖維球濾料具有比表面積大、對懸浮物的攔截作用優(yōu)良、親水疏油反洗干凈等特性;反洗完成后壓緊裝置將改性纖維球濾料壓緊，初濾水直接是合格水，節(jié)約了水資源，經(jīng)過帶壓緊裝置纖維球過濾器濾后水質(zhì)懸浮物含量小于2 mg/L(通?？尚∮? mg/L)，達到了國內(nèi)外精細過濾器出水標準。

2.1.5 斜板沉降罐的優(yōu)化設計

設計的斜板罐中大量的絮體在斜板下面就聚結下沉了，減輕了斜板的集泥負荷，斜板一般不會跨塌。通過斜板罐處理后，出水水質(zhì)懸浮物含量一般在4～8 mg/L，基本上達到了注水水質(zhì)標準。

2.1.6 收油槽的創(chuàng)新設計

傳統(tǒng)設計的污水罐收油槽位置高于工作液面，收油時要控制好水出口，提高整個罐的液位才能把油收出來，控制難度大，掌握不好還容易溢罐。本項目設計中降低了收油槽的高度，污水罐工作時收油槽浸沒在浮油層里，收油時只要打開收油閥門就可把油收出來，且基本不影響污水罐出水。每次收油完成后，上液面還留有一層10 cm左右的油，有利于隔氧。

2.1.7 采用變頻控制，保證處理系統(tǒng)穩(wěn)定

從原油處理站來的含油污水水量受生產(chǎn)情況的變化影響很不均衡，來水量的波動勢必會引起污水處理系統(tǒng)的不穩(wěn)定。本技術對反應提升泵和過濾提升泵均采用變頻控制，利用實時檢測的進站來水量和提升泵前緩沖罐的液位數(shù)據(jù)，通過分析計算出提升泵合適的運行頻率，對提升泵運行頻率進行緩慢調(diào)整控制，以達到穩(wěn)定處理系統(tǒng)的目的。同時采用變頻控制也有利于節(jié)能降耗。

2.2 離子調(diào)整旋流反應法處理技術的應用

近幾年新疆油田公司采用離子調(diào)整旋流反應法處理技術對不達標回注和排放處理站進行了改造，徹底改變了新疆油田污水靠蒸發(fā)的歷史。2004年新疆油田采用離子調(diào)整旋流反應法處理技術的污水站情況見表4。

表4 新疆油田采用離子調(diào)整旋流反應法處理技術的污水站處理工藝情況

2.3 應用效果

以采油二廠81#污水處理工程為例。采油二廠污水具有水溫低(18～20℃)、乳化油含量高等特點。為了優(yōu)化設計，確保項目成功，進行模擬試驗。

來自于700 m3接受罐的污水通過變頻器控制泵的排量后，進入2.0 m3旋流反應器。在反應器中依次加入三種藥劑，反應后的污水進入20 m3的緩沖罐，然后經(jīng)過兩級過濾，一級為改性纖維球過濾罐，二級為雙濾料過濾罐，根據(jù)試驗要求任意選擇過濾裝置，模擬試驗工藝流程見圖1。

試驗流量為4.0～10.0 m3/h，單位體積污水藥劑加藥總量為350 mg，來水含油量在50～750 mg/L的范圍內(nèi)波動，處理后水質(zhì)指標達到注水標準，處理后的水質(zhì)情況見表5。該工程于2001年9月投產(chǎn)，已正常運行2年半，是全國低溫油田污水處理的一大創(chuàng)舉。

表5 水質(zhì)十項指標化驗結果

3 結論

從1997年到2003年底，新疆油田污水排放合格率、回注污水合格率大大提高，目前油田產(chǎn)出污水8.5×104m3/d，經(jīng)過處理后回注稀油油田或外排的占總量的92%。污水重復利用率達到76.1%，污水處理率達到100%。年產(chǎn)生的直接效益達2億多元，實現(xiàn)了新疆油田污水處理的歷史性飛躍，離子調(diào)整旋流反應法處理技術的應用實現(xiàn)了環(huán)保與效益的統(tǒng)一、油田開發(fā)與環(huán)境保護的和諧。

［1］ 張寶田，劉福明.浮選技術在含油污水中的應用［J］.注水及水處理，1992，3(2):110－113.

Technology of Ion Swirl Reaction Treatment of Wastewater in Xinjiang Oilfield

TANG Li
(Karamay Vocational＆ Technical College，Dushanzi 833600，Xinjiang，China)

The oil extraction plants and the heavy oil companies in Karamay are old oilfields.As the non-standard sewage was injected into the oilfields for a long time，it caused great damage to oilfields.However，after the technology of using the ion swirl reaction to treat the wastewater in the oilfield and supporting the treatment process，the technology of produced water treatment has reached the injected water quality standards，national emission standards and water quality standards that backs to boiler in Xinjiang Oilfield;the reused or re-injected wastewater is to make use of wastewater heat to save the water resources and reduce the energy consumption of heavy oil.In this paper，produced water status was reviewed before and after the technology of using the ion swirl reaction to treat wastewater in Xinjiang Oilfield.

water quality indicators;ion swirl reaction;wastewater treatment

TE992.2

B

1008-9446(2012)02-0004-05

2011-10-19

唐麗(1965－)，女，上海嘉定人，新疆克拉瑪依職業(yè)技術學院副教授，碩士，主要從事油田化學及鉆井液技術研究。