核桃殼濾料的油田水處理應(yīng)用

王景昌 杜中華 趙建濤 劉春明

摘要：本文從核桃殼性能出發(fā)，總結(jié)其在油田水處理中的應(yīng)用，重點(diǎn)闡述了核桃殼作為濾料在過濾罐中的利用以及過濾罐的相關(guān)改造。旨在提高核桃殼作為濾料在油田中的利用率，改善油田水處理的效果。

關(guān)鍵詞：核桃殼濾料性能過濾罐改造

The application and regeneration of walnut material in oil field

Du Zhong-hua﹡Wang Jing-chang Zhao Jian-tao Liu Chun-ming

College of Environmental and Chemical Engineering, Dalian UniversityDalian 116622China

Abstract ：This paper summarizes the application in oilfield water treatment according to the characters of walnut, mainly expounding the application of walnut filter in the filtering tank and some reforms of filtering tank. It Aims to make walnut filter material in the oil field more effective.

Key words: walnut filterfunctionfiltering tankreform

近年來，核桃殼作為一種廢棄再生資源，因其本身的特有性質(zhì)，且來源廣泛廉價(jià)，在含油污水處理上應(yīng)用越來越廣泛。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，云南核桃殼的年產(chǎn)量高達(dá)5.14萬噸,每年加工取仁后核桃殼被當(dāng)作燃料燒掉,利用價(jià)值極低，且污染環(huán)境。因此，如能將上述資源合理利用于石油水處理中，必將提高核桃殼的利用價(jià)值。

核桃殼過濾技術(shù)是上世紀(jì)80年代中后期在國(guó)內(nèi)發(fā)展起來的，成套生產(chǎn)技術(shù)早已成熟，陸上、海上油田均有廣泛應(yīng)用。大慶油田應(yīng)用的較晚，1998年建成的“南Ⅱ-1采出水處理站”，是大慶油田首次大量應(yīng)用，獲得了很好的效果。但隨著應(yīng)用的擴(kuò)大化就出現(xiàn)了長(zhǎng)期使用核桃殼濾料結(jié)塊，導(dǎo)致過濾效果變差，即使進(jìn)行反沖洗濾料也不能得到很好的再利用。因此，這就要求我們對(duì)核桃殼濾料進(jìn)行深層清洗，使其達(dá)到重復(fù)利用的效果。

到現(xiàn)在為止，核桃殼廣泛性應(yīng)用體現(xiàn)[1-2]：制造活性碳、提取棕色素、生產(chǎn)抗氧化劑、制作抗聚劑、作堵漏材料、加工有機(jī)稀釋肥、作過濾材料等方面。本文對(duì)核桃殼在吸附油的使用方面進(jìn)行了綜合介紹,為核桃殼的綜合利用提供了有效途徑。

1. 核桃殼的基本性質(zhì)與截污性能

據(jù)分析,每100 g核桃殼中含灰分0.663g、水分9.59 g、苯醇抽出物3.71 g、木質(zhì)素38.05 g、纖維素30.88 g、半纖維素27.26 g。因其組成成分，使其具有獨(dú)特的物理性質(zhì)，既而使其在作為過濾器的濾料方面有具大的貢獻(xiàn)。

核桃殼濾料是采用優(yōu)質(zhì)的山核桃殼作原料,經(jīng)過破碎、拋光、蒸洗、藥物處理，兩次篩選加工而成的一種水處理濾料。核桃殼濾料的特性如下表[3]：(表一）。

由其性質(zhì)可推斷，核桃殼濾料的截污過程以及截留污垢的性質(zhì)主要包括以下幾個(gè)方面[4]：a.重力作用下懸浮顆粒沉積在濾料表面形成的沉降污垢；b.濾料表面物理吸附或粘附作用下附著在濾料表面的污垢；c.靜電引力作用下附著在濾料表面的污垢；d.擴(kuò)散作用下滲入濾料內(nèi)部孔道的污垢。

2. 核桃殼濾料的應(yīng)用

在油田處理含油污水中，作為濾料的有石英砂、核桃殼、微孔陶瓷、膜和纖維介質(zhì)等。其中，核桃殼具有來源廣泛，吸附截污能力強(qiáng)，親水能力強(qiáng)且抗油浸，硬度高，耐磨性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，較低的顆粒密度,易于進(jìn)行水力反沖,且所需的反沖洗強(qiáng)度較低，重復(fù)利用相對(duì)高的特點(diǎn)，所以現(xiàn)在大多數(shù)油田都選用核桃殼作為濾料。

核桃殼作為濾料一方面具有普通濾料的截污能力,可以直接截留廢水中的懸浮顆粒；另一方面，它能夠依靠其特有的表面物理化學(xué)性能，通過粘附作用將采油廢水中乳化油粒吸附于濾料表面或?yàn)V料表面的凝聚物上加以去除。

核桃殼可以被用來作為一種吸附劑[3,5,6]已經(jīng)得到了很多科學(xué)證實(shí)。然而油質(zhì)的粘稠度與表面張力都反向的影響核桃殼的吸附速率，同時(shí)從核桃殼中對(duì)油物再度回收要比其他水介質(zhì)有更高的回收率，只需要通過力的壓縮就能實(shí)現(xiàn)。同時(shí)核桃殼濾料用于預(yù)處理后洗井廢水的過濾是合適的[7]。在一定的過濾周期內(nèi)，隨著濾料粒徑的增大，油和濁度的去除率均呈下降趨勢(shì)，但粒徑較小的濾料更容易飽和而被穿透；同時(shí)，反沖洗時(shí)采用熱水作為反沖洗水，反沖洗強(qiáng)度小于普通的石英砂濾料，強(qiáng)度大小及沖洗時(shí)間視濾料粒徑不同而定，粒徑較大的濾料更易反沖洗。

3. 核桃殼過濾罐與清洗罐的應(yīng)用改造

核桃殼過濾器是以核桃殼為過濾介質(zhì)，核桃殼經(jīng)特殊處理，表面面積增大，吸附能力強(qiáng)，因而對(duì)油的去除率高。核桃殼過濾器是油田水處理系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)影響過濾過程﹑過濾效果﹑蒸發(fā)物的揮發(fā)以及對(duì)環(huán)境的污染。而其與清洗罐的結(jié)合聯(lián)用方式也會(huì)影響過濾與清洗效果，決定了濾料回收與再利用。

3.1核桃殼過濾器適用范圍[8]：

適用于鋼鐵、冶金工業(yè)、煤炭行業(yè)含油污水及其它含油廢水循環(huán)系統(tǒng)的再利用處理的過濾處理；適用于大水量的油田回注水精細(xì)過濾、海上石油平臺(tái)產(chǎn)出水及稠油油田熱采鍋爐再生利用水處理；適用于電廠、煉油廠和石油化工廠的冷卻循環(huán)水的過濾處理及深度處理。

3.2過濾罐的改造

隨著聚驅(qū)采油技術(shù)的發(fā)展，水中聚合物的增加導(dǎo)致核桃殼過濾出現(xiàn)了反沖洗憋壓、跑料、濾料清洗不徹底等問題。因此，對(duì)核桃殼過濾器的改造勢(shì)在必行。

3.2.1 攪拌式﹑泵循環(huán)式及搓洗式核桃殼過濾罐改進(jìn)

首先通過對(duì)核桃殼過濾罐進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和改進(jìn)技術(shù)[9]，在攪拌式核桃殼過濾器橫向布水篩管基礎(chǔ)上，增加立向布水篩管；在橫向布水篩管下增加防護(hù)篩板；采取分層段反沖洗工藝，即在濾料頂部增加中節(jié)反沖洗供水系統(tǒng)。有效解決了聚合物驅(qū)污水處理中反沖洗壓力高、濾料流失嚴(yán)重等實(shí)際生產(chǎn)問題。

另一方面改進(jìn)的泵循環(huán)式核桃殼過濾器[10]去濁性能優(yōu)于攪拌式核桃殼過濾器，但仍可借用改造前者的改造方式優(yōu)化泵循環(huán)式核桃殼過濾器。此外，也可改裝為低壓穩(wěn)流核桃殼過濾罐[11]，采用低壓反沖洗核桃殼過濾器技術(shù),目的是減少濾罐的排污死角,控制濾料的膨化率,降低反沖洗壓力,從而使反沖洗流量穩(wěn)定[12]。

搓洗式核桃殼過濾工藝[13]也存在相同的問題,針對(duì)原濾料再生器內(nèi)部易開焊跑料問題，將濾料再生器由濾料搓洗式改進(jìn)為濾料流動(dòng)式，拆除內(nèi)部搓洗篩管；針對(duì)原過濾罐布水不均勻的問題，在罐內(nèi)頂部新增加了布水器；針對(duì)放空管管徑小，易凝油堵塞問題，將放空管管徑由Φ60管線更換為Φ114的管線；針對(duì)過濾罐底部篩管易堵塞問題，采取了以下改進(jìn)措施：一是在篩板上部新填加了高礫石墊層；二是在高礫石墊層表面增加壓板。改進(jìn)后的過濾器處理水質(zhì)有了明顯的提高。

在曹妃甸油田水處理系統(tǒng)中[14]，核桃殼過濾器反沖洗匯流管線上增加限流孔板，消除反沖洗對(duì)下游注水緩沖管的壓力波動(dòng)的影響。針對(duì)反沖洗管線上的球閥震顫問題，增加了該管線的支撐，在反沖洗出口管匯還增加一個(gè)球閥，加裝濾網(wǎng)防止濾料堵塞，可采用先進(jìn)的防堵型進(jìn)水管和出水管。解決了核桃殼過濾器濾料更換周期短、除油效率低、運(yùn)行效果差的問題，保證了油田正常生產(chǎn)。

通過對(duì)核桃殼過濾罐改造，得到了一種在線濾料清洗[15-16]途徑，如下所示，（圖一）。

以污水站現(xiàn)有的反沖洗流程[17]為基礎(chǔ)，在反沖洗提升泵入口處增加一個(gè)支管，連接專用的再生劑投加裝置。調(diào)節(jié)反沖洗泵和加藥泵的流量，使藥劑和水形成一定濃度的再生劑溶液打入過濾器中，經(jīng)過核桃殼濾料再生后，含有原油等污染物的廢液進(jìn)入污水回收池初步沉降后打入沉降罐進(jìn)行處理。為此研制了撬狀濾料再生劑投加裝置,裝置由藥劑儲(chǔ)罐、加藥泵和閥門等組成，確定了核桃殼濾料原位再生工藝。

3.2.2 濾料清洗方式改進(jìn)

從節(jié)約資金又不影響生產(chǎn)的前提下，為了解決在濾罐內(nèi)很難將濾料清洗徹底的問題，決定對(duì)濾料進(jìn)行再生技術(shù)改造。提出了“體外循環(huán)” [18]進(jìn)行濾料清洗再生的設(shè)想,也就是將濾料在罐外清洗后再重復(fù)使用的方案。

如何使濾料從過濾罐到清洗罐以及怎樣才能將干凈的濾料打回濾罐，這是改造的主要問題：主要用系統(tǒng)的壓力和泵來控制濾料的進(jìn)出。按新方案改造的濾料再生系統(tǒng)[19]，在來水含油25mg/l、含機(jī)械雜質(zhì)35mg/l的情況下，過濾后污水水質(zhì)達(dá)到含油小于4 mg/l，機(jī)械雜質(zhì)小于8 mg/l，完全達(dá)到注水水質(zhì)的要求。

另一種體外循環(huán)清洗核桃殼過濾器[20]由管線連接的過濾罐水濾料分離器和濾料回收器組成，可防止核桃殼濾料的流失。且本身加工制造簡(jiǎn)便，運(yùn)行維護(hù)容易。

徑向流核桃殼過濾器[21]反沖洗時(shí)濾料在過濾罐外進(jìn)行體外循環(huán)，操作省時(shí)省水，反沖洗用水量?jī)H為其它類似過濾裝置的三分之一。

4. 總結(jié)

核桃殼作為油田污水處理中的濾料，具有其不可替代的優(yōu)勢(shì)。但要使核桃殼濾料的利用提高，就要從濾罐構(gòu)造、反沖洗方式及體外濾料處理等方面做相應(yīng)的研究與改善，在更經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上使其能更好達(dá)到重復(fù)利用，且達(dá)到對(duì)陸面環(huán)境無污染的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王景晴.核桃殼的綜合利用研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2008，32(1)：22-23.

[2] 周萍，許興景，王敏等.泡核桃殼棕色素的提取和穩(wěn)定性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(7)：3912-3913，3983.

[3] Asha Srinivasan, Thiruvenkatachari Viraraghavan. Removal of oil by walnut shell media.Bioresource Technology, 2008, 99(17): 8217－8220.

[4] 高曉梅.采油廢水處理中核桃殼過濾器再生技術(shù)的研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2002，24(2)：16-18.

[5] Asha Srinivasan, Thiruvenkatachari Viraraghavan. Oil removal from water using biomaterials，Bioresource Technology, 2010, 101(17): 6594－6600.

[6] M Zabihi, A Ahadpour, A Haghighi Asl. Removal of mercury from water by carbonaceous sorbents derived from walnut shell. Journal of Hazardous Materials, 2009, 167(1-3): 230-236.

[7] 于清江，王麗艷.核桃殼濾料用于處理含油、含濁廢水的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2005，39(3).

[8] Blumenschein, C.D., Severing, K.W., Boyle, E. Walnut shell filtration for oil and solids. AISE Steel Technology (USA). 2001，78(4): 33－37.

[9] 張雷.核桃殼過濾器的改進(jìn)期[J].油氣田地面工程，2009，28(6)：85-86.

[10] 萬大軍，于征，王洋等.泵循環(huán)再生式核桃殼過濾器處理含油污水[J].貴州化工，2007， 32(5)：33-34.

[11] 張逢玉，姜安璽，張雷等.低壓穩(wěn)流核桃殼過濾器反沖洗機(jī)制和效能研究[J].給水排水，2007，33(4)：90-93.

[12] 何玉輝.核桃殼濾灌的工藝改造[J].油氣田地面工程，2007，26(8)：33.

[13] 張旭.搓洗式核桃殼過濾罐的改進(jìn)[J].油氣田地面工程，2010，29(6)：103.

[14] 趙軍凱，李勇，張曉冬等.核桃殼過濾器的運(yùn)行現(xiàn)狀分析與改進(jìn)[J].工業(yè)水處理，2008， 28(2)：75-77.

[15] 衣濤，張秀虹，趙鳳玲等.油田含油污水過濾器濾料原位清洗再生[J].清洗世界，2005， 21(8)：14-15.

[16] 向?qū)W會(huì).污水站過濾罐反沖洗參數(shù)優(yōu)化[J].油氣田地面工程，2011，30(4)：51-52.

[17] 王玉江，王偉華，李為等.壓力過濾罐濾料再生改造[J].過濾與分離，2002，12(4)： 26-27.

[18] 趙軍凱，譚耀模，譚家祥等．渤海曹妃甸 11-1／2油田生產(chǎn)水和注水系統(tǒng)改進(jìn)[J]．石油工程建設(shè)，2007，33(1)：11-14．

[19] 崔金泉，袁群杰，王玉江.攪拌式污水過濾罐核桃殼濾料再生系統(tǒng)改造[J].石油機(jī)械，2003，31(5)：64-65.

[20] 王萬福，杜衛(wèi)東，田春生等.體外循環(huán)清洗核桃殼過濾器.中國(guó)：CN2630230[P]. 2004，08，04.

[21] 李健，余艷.徑向流核桃殼過濾器分析及應(yīng)用[M].能源及環(huán)境，2009，(2)：16.