普光氣田深度凈化預(yù)處理工藝可行性評(píng)價(jià)

倪海濤（中國(guó)石化中原油田分公司石油工程技術(shù)研究院）

近年來，隨著氣田產(chǎn)出水量不斷增加，處理及回注負(fù)荷不斷加重，部分回注井泵壓接近上限，回注能力大幅降低。預(yù)計(jì)2020 年剩余注水空間將全部充滿，現(xiàn)有回注井將無法滿足未來普光污水回注需求。根據(jù)環(huán)保要求采出水無法外排，因此，采出水的回用成為普光氣田回注的必然選擇。從采出水回用去向看，普光天然氣凈化廠循環(huán)冷卻水場(chǎng)補(bǔ)充水量較大，補(bǔ)充水來自河水，如能將富余采出水深度處理后作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水回用，不僅可實(shí)現(xiàn)采出水零排放，而且可降低水資源使用費(fèi)，具有節(jié)水減排和保護(hù)環(huán)境的多重效益[1]。

水處理站現(xiàn)有的回注處理工藝處理后的水質(zhì)可滿足回注水要求，但是否滿足深度回用處理工藝的預(yù)處理要求尚不明確；且普光氣田采出水含有離子濃度為600 mg/L 以上的二價(jià)硫[2]，呈現(xiàn)高鹽、高COD、高氨氮、硬度高的特性。尤其具有較強(qiáng)的發(fā)泡性、存在揮發(fā)性物質(zhì)特點(diǎn)，屬高濃度難降解含硫含鹽廢水[3]。因此，需要對(duì)目前處理流程開展相應(yīng)的評(píng)價(jià)工作?，F(xiàn)有工藝是：先在池內(nèi)加入藥劑，通過污水池的接收氣浮、混合沉降、污水回收功能處理污水后進(jìn)入壓力沉降罐，經(jīng)絮凝沉降后降低污水中油和懸浮物含量，再進(jìn)入雙濾料過濾器，降低懸浮物粒徑中值，水質(zhì)達(dá)標(biāo)后進(jìn)入濾后水緩沖罐，通過外輸泵回注地層[4]。還在集氣總站緩沖罐前增設(shè)鹽酸加注裝置調(diào)節(jié)來液pH值，增設(shè)pH值檢測(cè)儀和懸浮物檢測(cè)儀，加強(qiáng)水處理過程控制[5]。對(duì)裝置實(shí)際處理能力能否達(dá)到設(shè)計(jì)能力、主要影響因素及可持續(xù)性均需要做相應(yīng)的評(píng)估。在考慮利用現(xiàn)有水處理工藝流程的情況下，開展水處理站工藝與深度處理站預(yù)處理工藝的銜接與結(jié)合。

1 水處理效果評(píng)價(jià)

為評(píng)價(jià)水處理站工藝流程的處理效果，將各個(gè)水質(zhì)指標(biāo)按照總站來水—濾前—濾后進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，判斷不同處理階段水質(zhì)變化及最終達(dá)到的處理效果；同時(shí)與深度凈化對(duì)來水指標(biāo)的要求進(jìn)行對(duì)比，判斷是否滿足深度凈化預(yù)處理的要求。

1.1 水處理站水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比

總站來水、濾前水、濾后水的懸浮物、含硫、含鐵、COD、氨氮等指標(biāo)的變化趨勢(shì)見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5。

圖1 水處理站懸浮物處理效果對(duì)比

圖2 水處理站含硫處理效果對(duì)比

圖3 水處理站含鐵處理效果對(duì)比

圖4 水處理站COD處理效果對(duì)比

圖5 水處理站氨氮處理效果對(duì)比

從上述各指標(biāo)變化趨勢(shì)看，不同來水情況下的濾前水水質(zhì)指標(biāo)有較大波動(dòng)，但濾后水水質(zhì)指標(biāo)較穩(wěn)定。濾后水懸浮物在2.7 mg/L 以下，含硫?yàn)?，含鐵在0.20 mg/L 以下，COD 在720 mg/L 以下，氨氮在21.2 mg/L 以下，說明在目前來水水質(zhì)及凈化處理處理?xiàng)l件下，工藝流程穩(wěn)定，處理效果良好。

1.2 處理后水質(zhì)對(duì)深度凈化來水的適應(yīng)性

污水深度凈化處理的膜過濾進(jìn)水主要指標(biāo)要求如表1所示。

表1 膜過濾進(jìn)水主要指標(biāo)要求

濾后水水質(zhì)相關(guān)指標(biāo)如表2所示。

表2 濾后水主要指標(biāo)

從濾后水所達(dá)到的指標(biāo)看，在目前運(yùn)行條件下濾后水COD和氨氮指標(biāo)可以滿足后續(xù)深度凈化進(jìn)水要求。

2 水處理站現(xiàn)有處理能力及需要優(yōu)化的工藝

2.1 現(xiàn)有處理能力

水處理站設(shè)計(jì)能力為800 m3/d，但在流程進(jìn)入滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)無法正常進(jìn)行反沖洗、沉降池收泥等操作。同時(shí)，由于連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行，無法進(jìn)行必要的設(shè)備維護(hù)。根據(jù)前期不同日處理量的運(yùn)行狀況，最佳處理水量為400 m3/d 左右，此時(shí)既可保證流程連續(xù)運(yùn)行，保證水質(zhì)的穩(wěn)定，又有適當(dāng)?shù)膹椥钥臻g，進(jìn)行必要的維護(hù)操作。

2.2 軟化除硬工藝

通過水質(zhì)跟蹤監(jiān)測(cè)，目前濾后水質(zhì)COD和氨氮基本滿足深度凈化來水指標(biāo)，但硬度指標(biāo)偏高。針對(duì)硬度偏高問題，設(shè)計(jì)化學(xué)除硬。根據(jù)方案安排，使用NaOH、Na2CO3兩種不同pH值調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)水樣的pH 值在10.0、10.5、11.0、11.5 四種情況下，測(cè)定污水中的鈣、鎂離子的變化情況，評(píng)價(jià)化學(xué)除硬的效果。同時(shí)，確定化學(xué)除硬的藥劑種類、加量、沉淀時(shí)間、加注方式等。

圖6 NaOH調(diào)節(jié)pH值時(shí)鈣離子含量隨時(shí)間變化趨勢(shì)

圖7 NaOH調(diào)節(jié)pH值時(shí)鎂離子含量隨時(shí)間變化趨勢(shì)

由圖6、圖7 可知，NaOH 除硬時(shí)pH 值為11.5的除鈣硬效果最好，pH 值為10.5 和10.0 的效果次之；除鎂硬時(shí)pH 值為11.0 的效果最好，pH 值為10.0 和10.5 的效果次之。鈣離子質(zhì)量濃度可降至5.98 mg/L，鎂離子質(zhì)量濃度可降至3.63 mg/L。

沉淀時(shí)間方面，除鈣硬時(shí)在30～60 min 之間基本沉降完全，再沉降鈣離子含量下降趨勢(shì)不明顯；除鎂硬時(shí)在15～30 min 之間基本沉降完全，繼續(xù)沉降鎂離子含量下降趨勢(shì)不明顯。

由圖8、圖9 可知，Na2CO3除硬時(shí)pH 值為10.0的除鈣硬效果最好，pH 值為11.0 和10.5 的效果次之；除鎂硬時(shí)pH 值為10.0 的效果最好，pH 值為11.5 和10.5 的效果次之。鈣離子質(zhì)量濃度可降至3.99 mg/L，鎂離子質(zhì)量濃度可降至6.05 mg/L。

圖8 Na2CO3調(diào)節(jié)pH值時(shí)鈣離子含量隨時(shí)間變化趨勢(shì)

沉淀時(shí)間方面，除鈣硬時(shí)在60 min下基本完全沉降，再沉降鈣離子含量下降趨勢(shì)不明顯；除鎂硬時(shí)在15～30 min 之間基本完全沉降，繼續(xù)沉降鎂離子含量下降趨勢(shì)不明顯。

綜合對(duì)比NaOH 和Na2CO3除硬效果，推薦碳酸鈉調(diào)節(jié)pH 值至10.0 除硬，該條件下沉降時(shí)間較短，除硬后完全滿足后續(xù)水質(zhì)對(duì)硬度要求。同時(shí)，該pH 值條件下回調(diào)pH 值至9 以下的回用水指標(biāo)是所消耗的酸量比較少，經(jīng)濟(jì)型較好。

圖9 Na2CO3調(diào)節(jié)pH值時(shí)鎂離子含量隨時(shí)間變化趨勢(shì)

2.3 降COD實(shí)驗(yàn)及評(píng)價(jià)

普光凈化廠采用預(yù)曝氣+缺氧/二級(jí)生物接觸氧化法（A/BCO）處理普光氣田生活污水的工藝，對(duì)COD、BOD5、和SS 的去除效果明顯。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，COD、BOD5 和SS 的去除率分別達(dá)到95.2%、94.8%和87.3%，去除氨氮的效果良好，去除率可達(dá)84.1%[6]。

2.3.1 氣浮除沫降COD實(shí)驗(yàn)

利用曝氣頭，在室內(nèi)模擬氣浮除沫裝置，對(duì)不同水樣進(jìn)行氣浮除沫，對(duì)比氣浮前后水樣的COD變化情況，評(píng)價(jià)氣浮工藝對(duì)污水中有機(jī)物的去除效果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同水樣的發(fā)泡性實(shí)驗(yàn)記錄

由表3可知，目前水處理站各階段水質(zhì)發(fā)泡性差，無法通過氣浮除沫降COD。

2.3.2 不同除硫藥劑降COD實(shí)驗(yàn)

通過對(duì)比雙氧水、次氯酸鈉等不同除硫劑的除硫效果、對(duì)絮凝藥劑影響、投加量、COD 等指標(biāo)，評(píng)價(jià)除硫劑。實(shí)驗(yàn)用總站來水進(jìn)行，其水質(zhì)指標(biāo)如表4所示。

表4 總站來水主要指標(biāo)

1）雙氧水除硫?qū)嶒?yàn)效果評(píng)價(jià)。水中含硫量隨著雙氧水的加量而逐漸降低，如表5所示。水中含硫量為0后其水質(zhì)指標(biāo)如表6所示。

表5 不同雙氧水加量下的除硫效果

表6 雙氧水充分除硫后水質(zhì)指標(biāo)

2）次氯酸鈉除硫?qū)嶒?yàn)效果評(píng)價(jià)。水中含硫量隨著次氯酸鈉的加量而逐漸降低，如表7所示。水中含硫量為0后其水質(zhì)指標(biāo)如表8所示。

表7 不同次氯酸鈉加量下的除硫效果

表8 次氯酸鈉充分除硫后水質(zhì)指標(biāo)

分別將2 個(gè)水樣調(diào)節(jié)pH 值至7 左右，各取100 mL，用5%混凝劑和0.05%絮凝劑對(duì)除硫后水樣進(jìn)行絮凝沉降實(shí)驗(yàn)，所消耗藥劑及絮凝沉降后濾前水主要指標(biāo)如表9、表10所示。

表9 不同藥劑除硫除硫絮凝沉降藥劑量

表10 不同藥劑除硫除硫絮凝沉降后水質(zhì)指標(biāo)

2種藥劑處理后所得水質(zhì)的COD和氨氮區(qū)別不大，但雙氧水所消耗的除硫劑用量次氯酸鈉為雙氧水的7倍多。用次氯酸鈉除硫的水樣所需要的混凝劑和絮凝劑消耗量略大于雙氧水除硫的水樣，所產(chǎn)生的沉淀污泥量用次氯酸鈉除硫的水樣略大于雙氧水除硫的水樣。

2.3.3 氯酸鈉降COD效果實(shí)驗(yàn)

目前流程情況下濾后水的COD和氨氮基本滿足后續(xù)深度凈化要求，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析，開井條件變化時(shí)，可能出現(xiàn)濾后水COD 過高的問題；因此，試驗(yàn)篩選可以降低COD的化學(xué)藥劑。根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)，高錳酸鉀和雙氧水、次氯酸鈉藥劑均無法達(dá)到良好的降COD效果。本實(shí)驗(yàn)選用前期實(shí)驗(yàn)效果較好的氯酸鈉作為氧化劑進(jìn)行降COD實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表11所示。

表11 不同濃度氯酸鈉降COD、氨氮效果

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，1%以上濃度的氯酸鈉除COD效果良好，1‰以下時(shí)去除效果較差。同時(shí)數(shù)據(jù)表明，氯酸鈉對(duì)COD有明顯去除作用，但對(duì)氨氮的去除效果不明顯。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）水處理站設(shè)計(jì)日處理能力為700 m3，目前水處理站工藝運(yùn)行平穩(wěn)。根據(jù)前期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，水處理站最佳日處理水量在400 m3左右。

2）在目前來水條件下處理后水質(zhì)的COD 和氨氮能夠達(dá)到后續(xù)膜過濾要求，通過化學(xué)除硬后水質(zhì)硬度指標(biāo)可以滿足后續(xù)膜過濾要求。

3）氯酸鈉對(duì)COD 有明顯去除作用，但對(duì)氨氮的去除效果不明顯。