水處理工藝影響因素分析

于洋

（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所）

注入水水質(zhì)的好壞直接關(guān)系到油田整體的開發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益。針對大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠（以下簡稱采油八廠）污水處理中來水段、除油段、過濾段、加藥段各節(jié)點(diǎn)工藝特點(diǎn)，采油八廠分階段開展影響水質(zhì)因素的調(diào)研分析，提出存在問題，制定技術(shù)對策，提升注水質(zhì)量。

1 水處理工藝基本情況

1.1 建設(shè)現(xiàn)狀

1.1.1 污水處理系統(tǒng)

采油八廠共有6座含油污水處理站，總設(shè)計(jì)規(guī)模為2.0×104m3/d，實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷為1.48×104m3/d。預(yù)計(jì)到2020年，三號聯(lián)合站、四號聯(lián)合站、五號聯(lián)合站和六號聯(lián)合站的污水處理站負(fù)荷率較高，將在后續(xù)產(chǎn)能建設(shè)中實(shí)施擴(kuò)建。

1.1.2 地下水處理系統(tǒng)

采油八廠共有16座地下水處理站，總設(shè)計(jì)規(guī)模為4.87×104m3/d，實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷為1.275×104m3/d。隨著污水量上升，地下水處理負(fù)荷逐步降低，需要優(yōu)化供注水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)區(qū)塊間污水調(diào)配，停運(yùn)低負(fù)荷水質(zhì)站。

1.2 工藝流程

1.2.1 污水深度處理工藝

采油八廠所轄油田各區(qū)塊分布零散，地層的空氣滲透率差異較大。6座污水處理站采用三種處理工藝見表1，均滿足大慶油田有限責(zé)任公司Q/SYDQ0605—2006《大慶油田油藏水驅(qū)注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》中，針對不同區(qū)塊空氣滲透率（0.1～0.3 μm2和0.02～0.1 μm2兩種）下達(dá)的油田注入水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 地下水深度處理工藝

16座地下水處理站采用兩種處理工藝見表1，能夠穩(wěn)定達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由于扶余油層空氣滲透率低（＜0.02 μm2），其中兩座處理站在常規(guī)水質(zhì)處理工藝基礎(chǔ)上，增加了一級膜過濾。

2 水處理工藝影響因素分析

針對脫水系統(tǒng)來水和污水系統(tǒng)除油、過濾、加藥等工藝特點(diǎn)見表2，分節(jié)點(diǎn)開展影響因素分析。

表2 脫水及水處理工藝各節(jié)點(diǎn)工藝設(shè)備和主要影響因素

2.1 脫水站放水

為保證污水處理系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，降低處理難度，通過調(diào)研采油八廠脫水站放水含油指標(biāo)規(guī)定70～150 mg/L。

2.1.1 脫水工藝存在問題

脫水站站外來液雜質(zhì)含量多且液量波動(dòng)大，易形成老化油，具體來液情況見表3。老化油會(huì)破壞脫水器電場，造成放水含油量超標(biāo)。采油八廠對放水含油量超標(biāo)的兩座脫水站老化油進(jìn)行分析，老化油中，硫化物含量高，導(dǎo)電性好，破乳脫水困難，易形成電導(dǎo)率較高的老化油過渡層，破壞脫水器電場。因而，需要針對系統(tǒng)脫水節(jié)點(diǎn)來液的復(fù)雜成分和波動(dòng)開展專項(xiàng)治理，控制脫水節(jié)點(diǎn)放水含油量，降低污水系統(tǒng)處理難度［1］。

表3 脫水站站外來液情況

2.1.2 采取的措施

一是廢壓裂液單獨(dú)處理。三號聯(lián)合站廢壓裂液無害化處理站設(shè)計(jì)能力為240 m3/d，噸液成本為13.9元，夏季運(yùn)行，采用氧化-氣浮-混凝-過濾混合工藝見圖1，添加氧化劑、調(diào)質(zhì)劑和混凝劑，進(jìn)行無害化處理。處理指標(biāo)見表4。

表4 廢壓裂液處理指標(biāo)

二是工業(yè)廢水預(yù)處理。一號聯(lián)合站工業(yè)廢水預(yù)處理站設(shè)計(jì)能力720 m3/d，處理成本為0.75元/m3，夏季運(yùn)行，采用橇裝式油泥水磁分離裝置處理洗井和清洗管道的廢水見圖2。廢水經(jīng)過處理后達(dá)到出水指標(biāo)見表5，輸至污水處理系統(tǒng)。

表5 工業(yè)廢水處理指標(biāo)

三是調(diào)整工藝流程。將五號聯(lián)合站的6#混輸站來液接入五號聯(lián)合站的3#轉(zhuǎn)油站四合一裝置，解決來液波動(dòng)大的問題。改造后脫水站放水含油量明顯下降見圖3。

四是改造工藝設(shè)備。五號聯(lián)合站立式分離器改為臥式分離器，增大緩沖空間（由7.4 m3增大為16.3 m3）；更換小排量輸液泵，減少頻繁啟停，確保脫水系統(tǒng)來液平穩(wěn)。

圖1 三號聯(lián)合站廢壓裂液無害化處理流程示意

圖2 一號聯(lián)合站工業(yè)廢水預(yù)處理工藝流程示意

圖3 改造前后脫水站放水含油量

2.2 污水除油工藝

采油八廠6座污水站采用三種除油工藝，各自工藝特點(diǎn)是：1）大罐沉降工藝抗沖擊能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定。2）橫向流聚結(jié)工藝操作管理簡單，抗沖擊能力小，聚結(jié)填料易堵塞。3）氣浮工藝較復(fù)雜，運(yùn)行管理難度大，部分設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，水質(zhì)達(dá)標(biāo)困難。

2.2.1 工藝存在問題

一是橫向流聚結(jié)填料堵塞，影響水質(zhì)。隨著運(yùn)行時(shí)間延長，聚結(jié)填料孔道堵塞，硫化物滋生，有效過水面積減小，橫向流出口懸浮物含量高于進(jìn)口。橫向流聚結(jié)除油存在的具體問題見表6。

表6 橫向流聚結(jié)除油存在的問題

二是氣田污水成分復(fù)雜，影響出水水質(zhì)。二號聯(lián)合站的污水處理站主要處理油田污水和氣田污水。其中，氣田污水約為140 m3/d。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測情況見表7，氣田污水含硫高、溫度低，處理難度大。

三是油田污水與氣田污水混合加速設(shè)備腐蝕。氣田污水與油田污水混合后，腐蝕速率升高，可以達(dá)到0.523 9 mm/a，工藝設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。浮選泵吸入腐蝕物造成損傷，導(dǎo)致氣浮工藝停運(yùn)。

表7 油氣田污水水質(zhì)監(jiān)測情況

2.2.2 采取的措施

一是針對橫向流填料堵塞的問題，將橫向流改為臥式沉降罐。拆除內(nèi)部填料結(jié)構(gòu)，增加污水沉降緩沖時(shí)間。

二是針對氣田污水水質(zhì)成分復(fù)雜、處理難度大和出水懸浮物含量超標(biāo)的問題，開展水質(zhì)組分分析和氣浮預(yù)處理工藝優(yōu)化。調(diào)整氣浮工藝參數(shù)為回流比20%、氣水比7%、絮凝劑30 mg/L，出水含油量≤20 mg/L，懸浮物≤30 mg/L，降低處理難度。

2.3 污水過濾工藝

采油八廠應(yīng)用集污斗式濾罐、雙路反洗濾罐和常規(guī)濾罐三種過濾工藝見表8，前二者過濾效果優(yōu)于常規(guī)濾罐。通過調(diào)整不同反沖洗強(qiáng)度，確定過濾工藝最優(yōu)反沖洗參數(shù)，提高濾料再生效果。

表8 三種濾罐費(fèi)用、反洗情況對比

對比表8三種污水過濾工藝，其中，常規(guī)濾罐反沖洗效果較差，原因在于：常規(guī)濾罐頂部采用篩管或篩筐配水工藝，反洗出的油污堵塞篩管縫隙，造成憋壓、結(jié)構(gòu)損壞。常規(guī)濾罐反洗時(shí)，上層截留的油污與濾料板結(jié)成塊，造成濾料污染，單一強(qiáng)度反洗無法使其徹底分離，過濾效果下降［2］。

針對常規(guī)濾罐問題，采取以下措施調(diào)整：

一是應(yīng)用雙路反洗過濾罐，高效污水處理工藝。在濾罐頂部安裝排污管，定時(shí)排污，及時(shí)排出上部積油。采用變強(qiáng)度反洗。安裝機(jī)械攪拌器，加速油污與濾料分離，排污更徹底。

二是改進(jìn)傳統(tǒng)濾罐結(jié)構(gòu)和反洗方式，提高水處理效果。將部分常規(guī)濾罐改為集污斗式濾罐，全面收集反洗時(shí)分離出的污物，使排污干凈徹底，避免濾料再次污染。反洗時(shí)應(yīng)用氣水聯(lián)合反洗技術(shù)，使油污與濾料徹底分離。

三是優(yōu)化濾罐反洗參數(shù)，提高運(yùn)行效率。開展現(xiàn)場試驗(yàn)，調(diào)整不同反沖洗強(qiáng)度，確定最優(yōu)反沖洗參數(shù)。一號聯(lián)合站延長第一組濾罐大強(qiáng)度反洗時(shí)間，三號聯(lián)合站和四號聯(lián)合站按照變強(qiáng)度反洗，五號聯(lián)合站提高反洗強(qiáng)度。

2.4 污水加藥工藝

采油八廠應(yīng)用的加藥工藝為液體加藥和干粉加藥，藥劑類型為絮凝劑和殺菌劑。針對絮凝劑投加方式、多點(diǎn)加藥工藝和不同殺菌工藝進(jìn)行分析、對比，提高處理效果，降低運(yùn)行成本。

一是完善多點(diǎn)加藥工藝。絮凝劑由原來在二次沉降罐入口加藥，改為在一次沉降、二次沉降、一次過濾前三點(diǎn)加藥。

二是開展不同殺菌工藝效果對比試驗(yàn)。在五號聯(lián)合站、二號聯(lián)合站的污水處理站開展物理殺菌和化學(xué)加藥優(yōu)化現(xiàn)場試驗(yàn)。通過分析112組檢測數(shù)據(jù)的殺菌效果和成本，表明采用紫外線與化學(xué)加藥相結(jié)合的殺菌工藝最經(jīng)濟(jì)，年節(jié)省藥劑成本3.2×104元。檢測組合殺菌裝置進(jìn)出口碳酸鹽還原菌數(shù)量無明顯變化，因此，組合殺菌裝置不適用于污水處理站。

三是開展干粉加藥工藝現(xiàn)場試驗(yàn)。與常規(guī)液體藥劑相比，干粉加藥節(jié)約成本，易于儲(chǔ)存，藥量可控。在五號聯(lián)合站開展干粉加藥工藝現(xiàn)場試驗(yàn)，年降低藥劑成本3.4×104元。

2.5 收油排泥工藝

針對收油、排泥工藝運(yùn)行中存在的問題，開展調(diào)節(jié)堰板、罐內(nèi)伴熱和污泥減量化等工藝研究，增大容器緩沖空間，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少老化油泥對污水系統(tǒng)的影響。

2.5.1 工藝存在問題

一是沉降罐收油和排泥困難。調(diào)節(jié)堰板銹蝕，無法進(jìn)行調(diào)節(jié)，長期不收油罐頂部形成老化油層，液位控制困難。排泥量100 m3以上的排泥罐，其部分站外儲(chǔ)泥池不能滿足環(huán)保要求，罐內(nèi)污泥無法及時(shí)外排，罐底聚積雜質(zhì)，影響出水水質(zhì)。

二是回收油罐上部伴熱效果差，污油雜質(zhì)含量高?；厥沼凸薨闊岜P管安裝在距罐底0.6～0.8 m處，上部的污油未回收便凝固，致使回收困難，造成收油泵進(jìn)口過濾器堵塞，由于污油中雜質(zhì)及硫化物含量較高，回收到油系統(tǒng)造成電脫水器運(yùn)行不穩(wěn)。

2.5.2 采取的措施

一是應(yīng)用新型調(diào)節(jié)堰板，方便收油。經(jīng)過近兩年改造，將老式調(diào)節(jié)堰板全部改造為新型調(diào)節(jié)堰板。

二是改進(jìn)伴熱工藝，方便污油回收。一方面對回收油罐進(jìn)行增加伴熱改造。將污油罐底部加熱盤管加密，并增加立式結(jié)構(gòu)，增大換熱空間，提高換熱量；另一方面將污油罐罐外留頭接熱洗車，可以隨時(shí)用熱水將污油罐內(nèi)老化油溶化［3］。

三是完善污泥處理工藝。6座污水處理站均安裝了排泥和污泥濃縮工藝裝置。

3 結(jié)論

通過對脫水系統(tǒng)來水和污水系統(tǒng)除油、過濾、加藥等工藝特點(diǎn)分析，分節(jié)點(diǎn)開展治理措施，取得了階段性成果。

一是通過廢壓裂液單獨(dú)處理及實(shí)施工業(yè)廢水預(yù)處理，減少了老化油及硫化物在系統(tǒng)中的沉積，減少了老化油對脫水系統(tǒng)的沖擊。

二是通過6#混輸站工藝流程改造及五號聯(lián)合站立式分離器改造，增加了來液緩沖時(shí)間，保障來液平穩(wěn)運(yùn)行，解決了原管道泵頻繁啟停造成游離水脫除器油水界面不穩(wěn)定的問題。

三是通過將橫向流除油器改為臥式沉降罐，增加了有效過水面積，降低了橫向流出口懸浮物含量。

四是對比常規(guī)濾罐、集污斗式濾罐和雙路反洗濾罐現(xiàn)場運(yùn)行情況，明確了應(yīng)用雙路反洗濾罐雖然投資較高，但是濾料再生能力強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)排油，便于現(xiàn)場管理，反洗水量大。

五是通過多點(diǎn)加藥工藝改造，實(shí)現(xiàn)藥劑對新老系統(tǒng)單獨(dú)投加，保證藥劑投加的準(zhǔn)確性。通過優(yōu)化加藥點(diǎn)，將無機(jī)絮凝劑投加點(diǎn)設(shè)置在二次沉降罐入口的管道靜態(tài)混合器前端。將有機(jī)絮凝劑的加藥點(diǎn)設(shè)置在混合器后端，提高雜質(zhì)的去除率。并在一次沉降罐進(jìn)口設(shè)置加藥點(diǎn)，保證停罐清淤時(shí)正常加藥。

4 下一步技術(shù)攻關(guān)方向

一是開展綜合廢液無害化處理技術(shù)研究。采用多種工藝組合的廢壓裂液無害化綜合處理技術(shù)，提高處理效率及效果；研究高效、穩(wěn)定、廉價(jià)的廢壓裂液處理劑，以減少化學(xué)藥劑用量，降低處理成本。

二是開展二號聯(lián)合站氣浮工藝腐蝕成因分析。監(jiān)測氣浮工藝各節(jié)點(diǎn)污水溶解氧含量，制定防腐措施，為技術(shù)改造提供依據(jù)。

三是探索氣浮工藝合理運(yùn)行參數(shù)。針對氣浮工藝技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合采油八廠實(shí)際情況及其他采油廠氣浮工藝運(yùn)行參數(shù)及效果，論證氣浮工藝的適應(yīng)性。

四是開展橇裝式老化油處理技術(shù)研究。應(yīng)用三相分離處理技術(shù)，采用靈活的橇裝方式，單獨(dú)對脫水系統(tǒng)老化油進(jìn)行處理，減少系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，控制脫水站放水含油指標(biāo)。

五是開展沉降罐排泥工藝試驗(yàn)研究。針對泵吸式、靜壓穿孔管、負(fù)壓排泥器三種常規(guī)沉降罐排泥工藝效率低的問題，開展內(nèi)置式刮吸泥裝置試驗(yàn)。