污水沉降罐排泥工藝試驗(yàn)及對(duì)比

大慶油田工程有限公司

污水沉降罐排泥工藝試驗(yàn)及對(duì)比

王 瀟

大慶油田工程有限公司

沉降罐是污水處理系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的工藝設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行過程中，污水中的重質(zhì)顆粒在重力作用下沉降至罐底，形成罐底泥層，如不能及時(shí)排出，將會(huì)隨水流進(jìn)入后續(xù)處理設(shè)備，影響設(shè)備運(yùn)行。目前油田應(yīng)用的排泥工藝種類繁多，但排泥設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期完全依靠經(jīng)驗(yàn)決定，排泥無規(guī)律性、效率低。本試驗(yàn)項(xiàng)目針對(duì)沉降罐的三種排泥方式，制作小型沉降試驗(yàn)裝置，內(nèi)部可分別安裝三種可拆卸式排泥工藝，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，影響排泥效率的主要因素是服務(wù)面積和污泥流動(dòng)性。泵吸式排泥影響出水水質(zhì)時(shí)間為3天，靜壓穿孔式排泥影響出水水質(zhì)時(shí)間為1天，負(fù)壓排泥影響水質(zhì)時(shí)間為1～2天。

污水；沉降罐；排泥工藝；水質(zhì)；參數(shù)優(yōu)化

沉降工藝是目前油田污水處理系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的工藝，沉降效果好壞直接影響后續(xù)處理工藝穩(wěn)定性，而沉降罐內(nèi)積累的污泥能否及時(shí)有效地排出，將直接影響沉降罐出水水質(zhì)。目前油田沉降罐應(yīng)用的排泥工藝主要是靜壓穿孔式排泥、負(fù)壓排泥和泵吸式（集泥坑）排泥，也定期采用人工清淤方式清除罐底淤泥，但在應(yīng)用過程中都存在一定問題。且排泥設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期完全依靠經(jīng)驗(yàn)，沒有對(duì)罐內(nèi)污泥層厚度、特性等深入研究，導(dǎo)致排泥無規(guī)律性。因此，開展了污水沉降罐排泥工藝模擬試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)效果進(jìn)行了分析。

1 排泥工藝原理

1.1 油田含油污水中污泥的來源

油田含油污水本身存在大量的泥砂、懸浮物和其他顆粒雜質(zhì)。在沉降分離階段，通過重力沉降分離泥砂沉于罐底部，形成底部淤泥，這部分污泥的顆粒直徑較大，占污泥總量的30%左右。在過濾設(shè)備反沖洗過程中，濾層截留的大量雜質(zhì)隨著反沖洗排水進(jìn)入污水處理工藝的污水回收水池，此類污泥的顆粒直徑較細(xì)，總量較多[1]。

1.2 油田常用的排泥工藝及工作原理

（1）靜壓穿孔式排泥。靜壓穿孔原理是在污水罐底部敷設(shè)中高密度聚乙烯穿孔管或鋼質(zhì)穿孔管，利用罐內(nèi)液體自身水壓將罐底污泥通過穿孔管進(jìn)入排泥管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)排泥[2]。靜壓穿孔排泥技術(shù)和其他技術(shù)相比，工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單、投資小、操作簡(jiǎn)便、工程改造方便，無需附加動(dòng)力。但易形成死角，造成淤積堵塞。

（2）負(fù)壓排泥。負(fù)壓排泥原理是在罐內(nèi)底部鋪設(shè)負(fù)壓排泥器裝置，以液體射流為理論基礎(chǔ)，利用外部助排氣產(chǎn)生的負(fù)壓效應(yīng)，將罐內(nèi)底部污泥攜出[2]。負(fù)壓排泥技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、吸力強(qiáng)、吸泥量大、排泥均勻，可利用出口壓力實(shí)現(xiàn)由低液位向高液位排泥。但改造過程中投資大、工程量多、操作復(fù)雜，需外加助排液，導(dǎo)致排污量增加。

（3）泵吸式（集泥坑）排泥。在沉降罐底部設(shè)置若干集泥坑，當(dāng)集泥坑污泥集滿后，利用閥室內(nèi)的排泥泵將污泥排至罐外。清除的污泥濃度高、含水率低，但因集泥坑面積的局限性，服務(wù)面積小。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

2.1 排泥試驗(yàn)流程

試驗(yàn)項(xiàng)目針對(duì)沉降罐的三種排泥方式，制作了小型沉降試驗(yàn)裝置（4m×10m），內(nèi)部可分別安裝三種可拆卸式排泥工藝。試驗(yàn)水源取自杏十聯(lián)污水站沉降罐的進(jìn)水，可用作混凝沉降的排泥效果試驗(yàn)；沉降出水通過提升泵重新打回原系統(tǒng)（站內(nèi)緩沖罐進(jìn)水口），試驗(yàn)裝置排出的油利用液位差排到回收池內(nèi)，排出的污泥經(jīng)儲(chǔ)泥罐收集后用泵提升至回收池[3-5]。

2.2 排泥試驗(yàn)主要設(shè)備及運(yùn)行參數(shù)

為評(píng)價(jià)三種排泥方式的效果，設(shè)計(jì)了一套可視化沉降模擬試驗(yàn)裝置，并在沉降罐不同高度處制作了12塊30cm×50cm視鏡，以便觀察在不同的排泥方式下，在相同的沉降時(shí)間內(nèi)污泥層的厚度或在同一污泥層高度下各排泥工藝排泥后污泥層高度變化。試驗(yàn)裝置見圖1。

圖1 試驗(yàn)主要單元裝置

裝置運(yùn)行參數(shù)見表1。

表1 排泥試驗(yàn)參數(shù)

2.3 排泥試驗(yàn)裝置工藝參數(shù)

（1）靜壓穿孔管。根據(jù)《油田采出水處理設(shè)計(jì)手冊(cè)》規(guī)定選取DN159mm鋼質(zhì)穿孔管。穿孔管孔徑采用25mm，排泥管開孔位置采用分段等距布孔，按孔數(shù)交錯(cuò)從末端向起端均布孔眼，間距為0.3m，孔眼向下與垂線成45°交叉排列。管與管中心距為2m，穿孔管布置在罐壁與中心筒外壁形成的環(huán)形空間內(nèi)。

（2）負(fù)壓排泥裝置。助排液壓力為0.6～1.5 MPa；助排液流量≥11.24m3/h；最大負(fù)壓值為0.01MPa；排污器最大外徑為159mm；排污器總長(zhǎng)為1800mm。分別攜帶4個(gè)吸盤，吸盤均勻布置，每個(gè)吸盤吸泥面積為3～4m2，安裝在罐體底部，吸盤距罐底20cm。

（3）泵吸式集泥坑。依據(jù)油田實(shí)際應(yīng)用情況，DN20m的沉降罐底部設(shè)置d=2m×1.2m的集泥坑4個(gè)，本試驗(yàn)考慮到沉降罐高度對(duì)固體懸浮顆粒沉降效果的影響，為保證試驗(yàn)和實(shí)際生產(chǎn)的一致性，設(shè)計(jì)0.4m×1.2m集泥坑4個(gè)。

3 排泥工藝效果對(duì)比

3.1 三種排泥工藝現(xiàn)場(chǎng)排泥參數(shù)優(yōu)化

試驗(yàn)規(guī)模根據(jù)模擬沉降罐的有效容積及實(shí)際的沉降時(shí)間計(jì)算，污水處理量約為20m3/h，每種排泥裝置試驗(yàn)前，分別投加干泥100kg，同時(shí)投加絮凝劑300mg/L（144kg），運(yùn)行2天后污泥層高度約0.35m。分別對(duì)三種排泥工藝進(jìn)行效果考察，確定每種排泥工藝的最佳排泥參數(shù)。試驗(yàn)采用人工制泥方式，污泥總量計(jì)算方法為：

污泥總量=投加干泥量×（1-干泥含水率）+絮凝劑投加量+沉降處理水量×沉降進(jìn)、出水懸浮物含量差值（假設(shè)沉降罐中去除懸浮物全部沉底）

每次排泥試驗(yàn)運(yùn)行3～5天，待水質(zhì)穩(wěn)定后人工清淤，進(jìn)行下一階段排泥試驗(yàn)。

排泥開始階段立刻取樣，隨后每隔15s取1次，直至樣品外觀由烏黑逐漸與沉降出水水質(zhì)相仿時(shí)停止，排泥過程結(jié)束。通過視窗觀察沉降罐底部污泥層高度及變化情況，確定排泥是否徹底。

3.1.1 靜壓穿孔管排泥參數(shù)優(yōu)化

分別考察了兩種形式下的排泥量：①單管逐次排泥；②雙管同時(shí)排泥。具體排泥情況如圖2所示。

圖2 靜壓穿孔管排泥參數(shù)對(duì)比

靜壓穿孔管排泥時(shí)，單管逐次排泥排出液含固濃度要大于雙管同時(shí)排泥。同時(shí)檢測(cè)兩種參數(shù)條件下排出液體積，單管逐次排泥的排出液體積（18m3）也要大于雙管同時(shí)排泥的體積（11m3）?？梢?，靜壓穿孔管排泥工藝最佳排泥形式為單管逐次排泥，每根管排泥時(shí)間約為5.25min，因此總排泥時(shí)間為10.5min。

3.1.2 負(fù)壓排泥器排泥參數(shù)優(yōu)化

負(fù)壓排泥器排泥效率的高低取決于助排液壓力對(duì)負(fù)壓值的影響，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分別檢驗(yàn)了不同助排液壓力下的排泥情況，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 負(fù)壓排泥器排泥參數(shù)對(duì)比

排出液含固濃度隨助排液壓力升高而加大。壓力升至0.9MPa后，含固濃度與排出液體積不再變化。確定0.9MPa為最佳助排液壓力，排泥時(shí)間約為10min。3.1.3泵吸式（集泥坑）排泥參數(shù)優(yōu)化

分別考察了三種排泥形式下的排泥量：①單個(gè)集泥坑分別排泥；②2個(gè)集泥坑同時(shí)排泥；③4個(gè)集泥坑同時(shí)排泥。泵吸式排泥參數(shù)對(duì)比見圖4。

圖4 泵吸式排泥參數(shù)對(duì)比

泵吸式的幾種排泥形式下，排出液含固濃度隨排泥坑數(shù)的減小而降低，計(jì)算排出污泥量。確定單坑逐次排泥為最佳形式，排泥總時(shí)間18min。

3.2 排泥量對(duì)比

不同排泥設(shè)備單次排出的污泥量是判斷其排泥效果的主要依據(jù)，排泥情況見圖5。

圖5 不同排泥工藝排出液含固量趨勢(shì)對(duì)比

排出污泥量主要由排出液總量及排出液含固濃度兩因素決定，即排出污泥總量是排出液濃度與排出液體積的乘機(jī)。排出液體積可由電磁流量計(jì)直接讀出，對(duì)各階段排出液固體濃度曲線趨勢(shì)定積分，求出排出液平均濃度。

根據(jù)排泥時(shí)間與懸浮物含量的曲線圖，通過對(duì)時(shí)間積分可計(jì)算出懸浮物總固體含量。泵吸式（集泥坑）排泥工藝單次排出干泥量為56.6kg；負(fù)壓排泥單次排出干泥量為25.9kg；靜壓穿孔管排泥單次排出干泥量為38.2kg。

從不同排泥工藝排泥前后的沉降罐底部污泥層高度來看，三種排泥效率均較低，單次排泥后污泥層高度不會(huì)產(chǎn)生明顯變化。結(jié)合污泥層厚度形成時(shí)間及每種排泥工藝的排泥效率可計(jì)算出每種排泥工藝的排泥周期，見表2。

表2 不同排泥工藝排泥效果對(duì)比

負(fù)壓排泥器2 6 2 2 5 . 1 2 5 . 9 1 1 . 5 1 8

3.3 不同排泥工藝對(duì)沉降出水水質(zhì)的影響

不同排泥設(shè)備排泥時(shí)，均會(huì)對(duì)沉降罐底部引起水流攪動(dòng)，造成沉降出水水質(zhì)波動(dòng)。結(jié)合排泥前后沉降罐不同高度的污水中懸浮物含量，可以確定不同的排泥設(shè)備在排泥時(shí)，對(duì)污水沉降罐沉降效率的影響。

靜壓穿孔管排泥在底部小范圍內(nèi)產(chǎn)生影響，1天后沉降出水恢復(fù)正常；負(fù)壓排泥器排泥時(shí)沉降罐底部污水流速較大，底部攪動(dòng)劇烈，排泥2天后沉降出水恢復(fù)正常；泵吸式（集泥坑）排泥時(shí)底部水流速度加劇，攪拌非常劇烈，排泥后3天沉降出水恢復(fù)正常。

4 結(jié)論

（1）從排泥效率上對(duì)比，常用的三種排泥工藝效率均不高，泵吸式（集泥坑）排泥效率最高，也僅達(dá)到25.4%，靜壓穿孔式排泥為16.6%，負(fù)壓式排泥為11.5%。影響排泥效率的主要因素有兩點(diǎn)：一是服務(wù)面積；二是污泥流動(dòng)性。

（2）泵吸式影響出水水質(zhì)時(shí)間為3天，靜壓穿孔管影響出水水質(zhì)時(shí)間為1天，負(fù)壓排泥器影響水質(zhì)時(shí)間為1～2天。

（3）三元驅(qū)污水僅依靠自然沉降，罐底污泥堆積至0.5m需耗時(shí)152天。按照上述排泥效率計(jì)算排泥周期，泵吸式（集泥坑）排泥周期約為39天，靜壓穿孔式排泥約為25天，負(fù)壓式排泥約為18天。

[1]周蘭英．污水站污泥排除及處理工藝的優(yōu)化[J]．油氣田地面工程，2012，31（2）：34-36．

[2]金彥雄．任彥中．大慶油田含油污水沉降罐排泥技術(shù)[J]．油氣田地面工程，2005，24（8）：24-25．

[3]胡殿啟．沉降罐排泥工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[J]．油氣田地面工程，2011，30（5）：99．

[4]畢強(qiáng)．沉降罐排泥工藝運(yùn)行探討[J]．中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012（15）：113．

[5]馬春燕．污水站污泥處理工藝優(yōu)化[J]．油氣田地面工程，2010，29（5）：49-50．

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（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.6.011

王瀟：助理工程師，2009年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院土木工程專業(yè)，現(xiàn)就職于大慶油田工程有限公司工業(yè)建筑室。