污水處理節(jié)點監(jiān)測及工藝參數(shù)優(yōu)化

李文娟 金勝男（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

油田污水處理系統(tǒng)除深度污水站、地面污水站外，74%的污水站采用兩級沉降加一級過濾的處理工藝。注水系統(tǒng)應(yīng)用整體環(huán)狀、局部支狀的注水管網(wǎng)，采用分壓、分質(zhì)的注水工藝。因此，以污水處理各個工藝節(jié)點和注水節(jié)點進行參數(shù)分析，調(diào)控系統(tǒng)水質(zhì)，對整個污水系統(tǒng)和注水系統(tǒng)水質(zhì)達標至關(guān)重要。

1 污水系統(tǒng)節(jié)點劃分及參數(shù)分析

1.1 系統(tǒng)節(jié)點劃分

脫水系統(tǒng)產(chǎn)生的污水，經(jīng)過沉降、過濾階段去除多余的油及雜質(zhì)，滿足注水指標后經(jīng)注水站、配水間回注。通過室內(nèi)試驗及現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，污水處理及注水過程為“鏈條式”控制[1]，從脫水放水到沉降、過濾、注水及井口，每一個環(huán)節(jié)的水質(zhì)變化都會直接影響后續(xù)的水質(zhì)改變。因此，對污水處理及注水過程實施分段控制，通過控制主要節(jié)點水質(zhì)指標，將有效提高污水處理效果，保證注水水質(zhì)[2]。

對于節(jié)點的選擇，主要是影響水質(zhì)的主要環(huán)節(jié)，并且該節(jié)點的參數(shù)可調(diào)節(jié)，即通過調(diào)節(jié)節(jié)點參數(shù)能夠改變水質(zhì)指標。經(jīng)過分析后確定了以下四個主要節(jié)點：來水節(jié)點、沉降節(jié)點、過濾節(jié)點、注水系統(tǒng)節(jié)點。

1.2 系統(tǒng)運行參數(shù)

通過對聯(lián)合站污水處理系統(tǒng)進行調(diào)查，污水系統(tǒng)各節(jié)點水質(zhì)主要影響參數(shù)有來水水質(zhì)、沉降時間、濾料的納污能力和管道的污染程度[3]。而污水系統(tǒng)水質(zhì)很大程度上取決于脫水系統(tǒng)，當脫水出水含油量小于或等于1000 mg/L時，隨著采出液中含聚濃度的不斷提高，脫水出水油、懸浮物含量也不斷增加；尤其當電脫水器垮電場時，大量油珠不能有效從污水中分離，隨著進入污水系統(tǒng)，導(dǎo)致來水水質(zhì)超標，此時可調(diào)節(jié)的運行參數(shù)主要為污水系統(tǒng)污油的回收量。

影響水質(zhì)的主要原因有污水沉降時間、濾料納污能力以及管道污染等因素。污水沉降時間與全天處理水量及沉降罐的有效容積有關(guān)。而當污水站運行時，每天處理水量變化幅度不大，沉降時間主要隨油層、泥層厚度變化而變化；但當泥層厚度低于集水器高度（2.2 m）時，泥層厚度對沉降時間沒有影響；因此，通過控制油層厚度或者油水界面高度可實現(xiàn)對沉降時間的控制。濾料的納污能力與濾料性質(zhì)、過濾速度及污染程度有關(guān)，在生產(chǎn)運行中，濾料類型、性質(zhì)不會改變，當污水站平穩(wěn)運行時，過濾速度基本不變。而濾料的再生效果與反沖洗強度、時間、周期等參數(shù)有關(guān)，因此，濾料的納污能力可以通過反沖洗參數(shù)進行調(diào)控[4]。管道污染是管道內(nèi)輸送介質(zhì)中雜質(zhì)長期累積的結(jié)果，因此，管道的污染程度與管道的使用年限有關(guān)。清洗方式與清洗周期的不同，將直接決定管道的清洗程度，因此，選擇合理的清洗方式及確定合理的清洗周期，可以控制管道的污染程度。

綜上所述，影響節(jié)點水質(zhì)并在生產(chǎn)中可調(diào)節(jié)的運行參數(shù)主要有脫水系統(tǒng)收油量、沉降罐的有效容積、反沖洗參數(shù)、注水系統(tǒng)的管道清洗等，需要各影響因素提出相應(yīng)的參數(shù)優(yōu)化調(diào)控方式[5]。

2 節(jié)點參數(shù)優(yōu)化控制

2.1 污水來水水質(zhì)

影響污水來水水質(zhì)的主要因素為放水含油，在污水系統(tǒng)中放水含油的方式是控制污水系統(tǒng)收油泵的排量。對聯(lián)合站電脫水器的運行情況進行調(diào)查，該站共有?4 m×16 m電脫水器4臺，單臺處理液量1200 m3/d，電脫水器內(nèi)體積200 m3，由此可計算出采出液在電脫水器內(nèi)停留時間為4 h。在污水站進行收油時，當收油泵的瞬時流量120 m3時，連續(xù)運行3 h，電脫水器易出現(xiàn)垮電場現(xiàn)象。由此說明當污油回收量占電脫水器總處理液量的60%時，處理液中的帶電粒子將電場連接形成短路，電脫水器失去脫水功能，處理液隨著放水進入污水系統(tǒng)，導(dǎo)致污水來水水質(zhì)變差；因此，污水站內(nèi)污油回收量少于電脫水器處理總液量的60%，即收油泵的瞬時排量低于120 m3/h，可以有效控制污水來水水質(zhì)。

2.2 沉降出水水質(zhì)

沉降出水水質(zhì)與沉降罐的有效容積有關(guān)，當沉降出水水質(zhì)達不到過濾階段要求時，可以通過調(diào)節(jié)沉降罐的有效容積控制。沉降罐的有效容積為液面至集水器間的有效空間?？刂瞥两倒抻行Э臻g的方式有兩種，控制油層厚度，在液面高度不變的情況下，油層厚度越薄，污水的存儲空間越大，反之亦然；控制沉降罐進出口閥門開度，當油層厚度不變的情況下，關(guān)小沉降罐出水閥門，使液面上升，污水的存儲空間隨之增加。

根據(jù)沉降罐的橫截面積與有效沉降高度計算得出，污水站1次沉降罐最大有效容積為5090 m3，2次沉降罐最大有效容積為3460 m3。

通過對污水站各節(jié)點水質(zhì)情況進行跟蹤發(fā)現(xiàn)，2次沉降罐最佳出水含油量小于或等于54.9 mg/L、懸浮物含量小于或等于42.6 mg/L。當水質(zhì)超出界限要求時，濾后水質(zhì)易不達標，在此情況下，可以通過控制沉降罐收油量或控制沉降罐出口閥門的方式，增加污水沉降時間。

污水沉降時間與沉降罐的規(guī)格、有效沉降空間及處理量有關(guān)，即液體灌滿一定容積儲罐所需要的時間。以污水站1次沉降罐為例，當該罐油水界面顯示為12.2 m，瞬時處理量為14 400 m3/h時，沉降罐內(nèi)有效空間增加1 m，沉降時間由原有的6.67 h增加至7.34 h。

2.3 過濾出水水質(zhì)

過濾出水水質(zhì)與濾料納污能力有關(guān)，濾料納污能力受反沖洗效果影響，因此，對于過濾出水水質(zhì)的控制即為對反沖洗參數(shù)的控制[6]。對于反沖洗參數(shù)經(jīng)過幾年的摸索，已經(jīng)形成比較成熟的參數(shù)界限。針對不同污水站反沖洗參數(shù)的不同，開展現(xiàn)場試驗的污水站需要對反沖洗參數(shù)進行優(yōu)化，使濾罐高效率運行。

反沖洗分3個階段完成，即小排量浸泡階段、中排量搓洗階段、大排量沖洗階段。為了確定各階段的最佳反沖洗強度和時間，在喇Ⅱ-1污水站開展了反沖洗參數(shù)的正交試驗，通過組合3個階段的反沖洗參數(shù)，跟蹤每種參數(shù)下的反沖洗及過濾效果，確定該站的最佳反沖洗參數(shù)（表1）。

表1 反沖洗參數(shù)調(diào)整方案

按照最佳反沖洗參數(shù)對濾罐進行清洗后，濾罐油的去除率可達77.86%，懸浮物的去除率為67.21%。

反沖洗強度確定后，根據(jù)優(yōu)化后的反沖洗參數(shù)對濾罐進行沖洗。每2 h取濾后水進行化驗，檢測含油量、懸浮物的變化情況。當含油量、懸浮物含量超過20 mg/L指標要求時，濾罐需要重新反沖洗，2個反沖洗相聚的時間差即為濾罐的最佳反沖洗周期（圖1）。

圖1 濾前、濾后含油量、懸浮物含量變化曲線

由圖1可知，在過濾22 h后，濾后水含油量、懸浮物含量有增長趨勢，到34 h濾后水含油量超標，因此最長反沖洗周期小于32 h。

當濾后水質(zhì)達不到指標要求時，可以調(diào)整反沖洗參數(shù)，使濾料恢復(fù)再生能力增加，反沖洗強度及時間需要分段摸索，且不同污水站具有與其相適應(yīng)的反沖洗參數(shù)。

2.4 注水水質(zhì)

注水水質(zhì)與注水管道的污染程度有關(guān)，控制注水水質(zhì)的方式主要是選擇合理的清洗方式對管道進行清洗，并確定出管道清洗的合理周期。

注水管道清洗方式主要分為化學(xué)清洗和物理清洗，物理清洗又包括氣脈沖、氣旋流及空穴射流3種清洗方式。每種清洗方式都有各自的優(yōu)缺點及適用條件。通過對集中方式的優(yōu)缺點進行對比及經(jīng)濟效益分析后，建議對結(jié)垢嚴重的注水干線、支干線采用氣旋流清洗，結(jié)垢時間短、垢質(zhì)較軟的干線、支干線采用氣脈沖清洗，管徑較細的單井管道采用空穴射流方式清洗，對于結(jié)垢非常嚴重的管道采用化學(xué)清洗。

2.5 管道清洗周期

管道的清洗周期與管道輸送水質(zhì)及管道長度有關(guān)，輸送水質(zhì)較差、管道污染較快，清洗周期短；管道越長，流速越慢，利于污染物沉積、結(jié)垢。為了確定合理的清洗周期，對2口定點監(jiān)測井的水質(zhì)情況進行分析。2012年10月、2013年5月、2014年4月對檢測井進行清洗，每月對井口水質(zhì)情況進行跟蹤。注水站至喇4-383注水井管道總長度2000 m，注水站至3-359管道總長度1200 m，數(shù)據(jù)曲線如圖2所示。

圖2 井口水質(zhì)變化曲線

對喇Ⅱ-1污水站各節(jié)點水質(zhì)情況及參數(shù)情況進行分析后，確定了各節(jié)點的最佳運行參數(shù)。當水質(zhì)不在優(yōu)化界限內(nèi)時，可以根據(jù)調(diào)整措施對參數(shù)進行優(yōu)化。

當井口水質(zhì)不滿足標準時，檢測配水間水質(zhì)情況。如果配水間水質(zhì)滿足標準，說明配水間—單井管道污染，需要對管道進行清洗；如果配水間水質(zhì)不能滿足標準，繼續(xù)檢測注水站水質(zhì)情況。注水站滿足標準，說明注水站—配水間管道污染，需要對管道進行清洗，以此類推，直至各節(jié)點水質(zhì)在合理的控制范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

通過現(xiàn)場試驗分析及參數(shù)調(diào)控，分析優(yōu)化節(jié)點運行參數(shù)，實現(xiàn)了對水質(zhì)節(jié)點參數(shù)的控制，控制污水至注水的全過程治理。

1）找出了影響污水水質(zhì)的工藝節(jié)點，主要有來水節(jié)點、沉降節(jié)點、過濾節(jié)點、注水系統(tǒng)節(jié)點。

2）分析影響水質(zhì)的參數(shù)及調(diào)控措施，當某一節(jié)點水質(zhì)不在最優(yōu)區(qū)間內(nèi)時，可以通過調(diào)整相應(yīng)參數(shù)實現(xiàn)水質(zhì)的有效控制。

3）對于流程相同的污水站，可以按照水質(zhì)節(jié)點管理方式對水質(zhì)進行管理，提高管理水平及水質(zhì)質(zhì)量。

[1]李冠成.油田污水處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].化工管理，2016（8）：277.

[2]趙鴻峰.淺議油田污水處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].化工管理，2017（17）：207.

[3]許文天.油田污水處理工藝的研究[J].石化技術(shù)，2017（8）：12.

[4]程雁，何策，高智強，等.液體過濾技術(shù)在油田污水處理中的試驗研究[J].石油機械，2015（12）：95-99.

[5]劉新哲.陜北油田污水處理存在的問題及技術(shù)策略探析[J].石化技術(shù)，2016（5）：94-95.

[6]王煒龍，魏慶婷，張瑞雪.油田污水處理工藝技術(shù)優(yōu)化[J].化工管理，2017（24）：98.