油田污水處理沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)提升技術(shù)與改進(jìn)措施

孫青

摘 要：對于水質(zhì)特性日益復(fù)雜的油田采出水，開發(fā)各類新型高效的藥劑新型材料和新型處理工藝關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，提高采出水的處理效果是當(dāng)前重要的課題。油田老區(qū)由于已建設(shè)施適應(yīng)能力下降和采出液含聚濃度上升， 部分污水處理站的運(yùn)行工藝及設(shè)計(jì)參數(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有水質(zhì)的要求， 處理后水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。影響沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)的主要因素為沉降罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)及沉降時間。因此， 本次選取的研究對象為污水處理工藝中的沉降節(jié)點(diǎn)， 針對其存在的問題， 進(jìn)行影響因素分析， 提出合理的工藝優(yōu)化措施， 以達(dá)到改善沉降節(jié)點(diǎn)后續(xù)水質(zhì)和提高工藝適應(yīng)性的目的。

關(guān)鍵詞：油田老區(qū)；污水處理工藝；沉降節(jié)點(diǎn)；工藝適應(yīng)性；優(yōu)化措施

油田污水處理系統(tǒng)由多個處理單元組成， 按照工藝流程可分為來水、沉降、過濾及注水4個主要工藝節(jié)點(diǎn)。針對油田沉降節(jié)點(diǎn)存在的問題， 確定影響沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)的關(guān)鍵因素， 給出水質(zhì)提升技術(shù)措施， 變最終控制為過程控制， 通過改善沉降節(jié)點(diǎn)出水水質(zhì)， 提高污水處理效果， 保證最終注水水質(zhì)。

1 污水處理工藝及沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)現(xiàn)狀

對部分污水處理站沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)情況進(jìn)行化驗(yàn)分析， 其中一沉含油去除率最高可達(dá)92.94%， 最低則為-10.62%；一沉懸浮物去除率最高可達(dá)72.54%， 最低則為7.46%；二沉含油去除率最高可達(dá)79.7%， 最低則為2.51%；二沉懸浮物去除率最高可達(dá)66.67%， 最低則為-13.56%。通過分析現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)， 沉降節(jié)點(diǎn)含油和懸浮物去除率波動范圍較大， 且部分污水處理站沉降節(jié)點(diǎn)去除率偏低， 處理后水質(zhì)不達(dá)標(biāo)， 應(yīng)確定影響沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)的關(guān)鍵因素， 提出相應(yīng)改進(jìn)措施。

2 沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)影響因素分析

由于重力式沉降罐只靠油水密度差來實(shí)現(xiàn)油水分離， 因此沉降罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接影響沉降罐分離效率的好壞， 其中主要包括配液管、集水管、集油槽等， 各部件的的形狀、數(shù)量及相對位置均會對沉降罐的除油效果有影響。污水中含油和懸浮物含量隨沉降時間的延長而減少。沉降罐內(nèi)油層和泥層會侵占罐內(nèi)有效空間， 減少有效沉降距離， 縮短沉降時間， 使得沉降罐沉降分離效果變差。

3 沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)提升技術(shù)措施

3.1 沉降罐配水裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.1.1 沉降罐配水裝置結(jié)構(gòu)的改進(jìn)形式

配水裝置是影響罐內(nèi)流態(tài)變化的主要因素， 其結(jié)構(gòu)將直接影響罐內(nèi)流場分布和油水分離效果。污水沉降罐配水裝置多采用梅花點(diǎn)式喇叭口配水形式， 開口朝上布置。油水混合物由配水口進(jìn)入罐內(nèi)后， 由于存在向上的初速度， 會在配水口與罐頂油層之間形成復(fù)雜流動場， 擾動油層， 影響油水分離。針對該問題， 確定了兩種解決辦法：1） 改變配水口布置方向， 配水口向下布置， 出口處設(shè)置擋板， 以確保水流方向向上；2） 改變配水形式， 降低配水口初速度；

3.1.2 沉降罐配水裝置仿真模擬分析

應(yīng)用Fluent軟件模擬計(jì)算配水裝置結(jié)構(gòu)改變前后配水口初速度大小。根據(jù)配水裝置實(shí)際尺寸建立幾何模型， 選擇Mixture混合物模型、標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型、三維穩(wěn)態(tài)、隱式耦合求解器、SIMPLE算法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。仿真模擬計(jì)算時， 為了更好的對比結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后配水裝置內(nèi)的速度分布情況， 配水干管入口處取相同速度值， 設(shè)置配液管上開孔的總面積與原結(jié)構(gòu)相同部分開孔的總面積相同。按照配水形式的不同， 共分為四種情況進(jìn)行仿真分析。軟件計(jì)算得到的配水裝置內(nèi)速度分布情況， 見表1。

從分析結(jié)構(gòu)可以看到， 油水混合物在進(jìn)入配水裝置后， 流速沿著流動方向逐漸降低；優(yōu)化后弧形配水支管內(nèi)油水混合物流速要明顯小于優(yōu)化前配水支管內(nèi)流速；三種穿孔管配水裝置內(nèi)速度分布情況相差不大；對四種配水形式各配水口處速度分布取加權(quán)平均， 穿孔管 （a） 式及穿孔管 （c） 式配水在增加布水輻射面積的同時配水口平均流速均小于原喇叭口式配水， 且穿孔管 （c） 式內(nèi)外弧流速差值及外弧平均流速均更小， 各配水口流速分布又較為均勻， 因此最終選擇變孔徑布置的穿孔管 （c） 式配水作為配水裝置的改進(jìn)形式。

3.2 混凝沉降罐中心反應(yīng)筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

混凝沉降罐中心反應(yīng)筒的作用是為了達(dá)到流體的緩沖， 讓來水與所加藥劑能夠充分混合， 并不起沉降作用。因此， 選擇在中心反應(yīng)筒內(nèi)加裝斜板， 并增加一組配水口， 實(shí)現(xiàn)一次預(yù)分離。油水混合物由進(jìn)水口流入中心反應(yīng)筒， 流經(jīng)斜板后， 斜板既能對流體起到緩沖作用， 又可實(shí)現(xiàn)筒內(nèi)預(yù)分離， 加劇細(xì)小油滴間的聚結(jié)。預(yù)分離后輕質(zhì)相從上配水口排出， 此部分將在沉降區(qū)快速分離；筒底部的混合液含水率較高， 整體混合液粘度較之前降低， 此部分混合液由下配水口排至沉降區(qū)進(jìn)行油水分離， 由于混合液粘度降低， 分離速度也會較之前有所提高。總的來說， 中心反應(yīng)筒加裝斜板后既能加快分離速率又能提高分離效率。

3.3 沉降罐排泥工藝改進(jìn)

大罐排泥方式主要有兩種， 一是靜壓穿孔管排泥， 二是泵抽排泥。結(jié)合上述兩種工藝自身特點(diǎn)， 對排泥工藝進(jìn)行優(yōu)化。一是采用靜壓排泥改良技術(shù)中的滑泥坡， 在罐底修建錐形坡體， 坡體表面采用非金屬小摩阻材質(zhì)， 確保滑泥坡區(qū)域沉積泥能順利滑落至坡底， 提高集泥效率；二是在滑泥坡上方增設(shè)液力旋轉(zhuǎn)沖泥裝置， 該裝置以罐中心為軸， 兩側(cè)沖泥管噴嘴的方向相反， 沖泥管可自動旋轉(zhuǎn)， 實(shí)現(xiàn)全區(qū)域、無死角的沖泥效果；三是在滑泥坡間布置半圓形排泥管， 配合罐外排泥泵， 構(gòu)成吸泥系統(tǒng)。新型排泥工藝的沖泥系統(tǒng)、吸泥系統(tǒng)采用同一臺離心泵。整套排泥裝置具有沖洗與強(qiáng)排雙重流程， 系統(tǒng)排泥時可先運(yùn)行沖泥裝置進(jìn)行液力旋轉(zhuǎn)沖泥， 排泥方式采用靜壓排泥， 沖泥完成后， 排泥泵入口自動切換至與排泥管連接， 實(shí)現(xiàn)泵吸排泥。應(yīng)用新型排泥技術(shù)進(jìn)行排泥時無需停罐， 污泥能及時排出沉降罐， 利于改善水質(zhì)；沉降罐利用率高， 不會影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語

（1） 優(yōu)化沉降罐配水裝置結(jié)構(gòu)， 將梅花點(diǎn)式喇叭口配水更改為變孔徑雙弧形穿孔管配水， 可降低配水口處流速， 減輕對罐頂油層的擾動， 提高油水分離效果。（2） 根據(jù)斜板沉降理論， 在混凝沉降罐中心反應(yīng)筒加裝斜板， 實(shí)現(xiàn)一次預(yù)分離， 可提高罐內(nèi)空間利用率， 加快油水分離速率， 改善油水分離效果。（3） 新型排泥工藝由滑泥坡、液力旋轉(zhuǎn)沖泥裝置、吸泥系統(tǒng)、罐外動力泵組成， 具有沖洗與強(qiáng)排雙重流程， 排泥時無需停罐， 污泥能及時排到罐外， 確保沉降罐有效沉降空間， 利于改善水質(zhì)。（4） 強(qiáng)化水質(zhì)過程控制， 實(shí)施沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)提升技術(shù)措施， 可改善沉降節(jié)點(diǎn)出水水質(zhì)， 促進(jìn)水質(zhì)全程達(dá)標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 油田含油污水處理工藝的設(shè)計(jì)研究[J]. 韓洋.化工管理. 2018（34）