油田含油污水處理工藝技術(shù)探討

大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所

1 技術(shù)應(yīng)用及治理

某油田已建含油污水處理站1座，采用含油污水“5.1.1”處理工藝，工藝流程：曝氣沉降→一級溶氣氣浮→二級溶氣氣浮→海綠石過濾→高效流砂過濾→中空超濾膜過濾。設(shè)計(jì)處理規(guī)模7 000 m3/d，出水水質(zhì)為“5.1.1”指標(biāo)[1-3]。工藝流程如圖1 所示。工藝各段水質(zhì)控制指標(biāo)見表1。

圖1 含油污水處理站工藝流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the process flow of oily sewage treatment station

表1 工藝各段水質(zhì)控制指標(biāo)Tab.2 Water quality control indicators for each section

該工藝2016 年10 月投產(chǎn)，初期各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。2017年3月開始，油崗電脫系統(tǒng)不穩(wěn)定，油崗萬方沉降罐出水即污水站總來水水質(zhì)惡化，水量波動大，膜前各段工藝受到?jīng)_擊并相互污染，部分設(shè)備腐蝕、零部件損壞，出水水質(zhì)達(dá)不到超濾膜進(jìn)水指標(biāo)要求，超濾膜組件污染且裝置不能連續(xù)運(yùn)行，因此污水站整體處理工藝無法正常運(yùn)行，出水水質(zhì)不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。2017 年至2019 年工藝各段出水水質(zhì)情況見表2。

針對含油污水處理站運(yùn)行中存在的問題，先后多次開展治理工作，以達(dá)到提升出水水質(zhì)的目的。首先，調(diào)整周邊污水。將周邊污水管線由脫水系統(tǒng)的萬方沉降罐進(jìn)口調(diào)至出口，直接進(jìn)入污水處理站的曝氣沉降罐，不再進(jìn)入脫水系統(tǒng)，避免成分復(fù)雜的周邊污水對脫水系統(tǒng)造成影響。其次，調(diào)整回收污油。將污水處理站100 m3收油罐回收的污油通過拉運(yùn)的方式直接送至壓裂液處理站和含油污泥處理站處理，不再回到脫水系統(tǒng)進(jìn)行處理，避免回收污油中殘存的化學(xué)成分對脫水系統(tǒng)造成影響。

治理后，脫水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，萬方沉降罐出水即污水站總來水含油量下降到300 mg/L以下，懸浮物濃度下降到150 mg/L以下。但是直接導(dǎo)致污水站出現(xiàn)以下問題：①周邊污水直接進(jìn)入污水站，站內(nèi)2 座1 000 m3沉降罐調(diào)質(zhì)緩沖能力不足，影響后續(xù)工藝處理效果；②沉降罐和氣浮裝置污染，出水水質(zhì)超標(biāo)，沉降罐含油量最高達(dá)到532 mg/L、懸浮物濃度最高達(dá)到286 mg/L，氣浮含油量最高達(dá)到273 mg/L、懸浮物濃度最高達(dá)到76 mg/L；③加藥裝置故障率高，藥劑投加不穩(wěn)定，影響處理效果。

2 含油污水處理工藝優(yōu)化簡化

2.1 含油污水精細(xì)處理工藝

因現(xiàn)有的“5.1.1”處理工藝處理效果長期不達(dá)標(biāo)，存在工藝復(fù)雜、超濾膜對進(jìn)水要求高、易污染、投資和運(yùn)行成本高、生產(chǎn)管理難度大等問題，為尋求含油污水處理工藝優(yōu)化簡化技術(shù)，開展含油污水精細(xì)處理工藝技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)。

2.1.1 工藝流程及原理

大家一起哭泣起來——是傷心的哭，還是解脫后的哭？我說不清楚。我身旁的某個(gè)人啜泣道：“結(jié)束了，終于結(jié)束了?！?/p>

采取預(yù)處理除硫—一級高精濾—二級高精濾工藝流程，如圖2所示。該工藝以懸浮污泥與微孔隙濾料聯(lián)合處理技術(shù)為核心，由不同精度級的兩級過濾系統(tǒng)組成；工藝前端增加預(yù)處理裝置（催化氧化）去除硫化物[4]。處理后水質(zhì)可達(dá)到“8.3.2”指標(biāo)，能夠滿足低滲透油田對注水水質(zhì)的需求。

表2 污水站處理工藝水質(zhì)情況Tab.3 Water quality in the treatment process of sewage treatment stationmg/L

圖2 含油污水精細(xì)處理工藝流程Fig.2 Process flow of oily sewage fine treatment

高精濾裝置上部為混凝區(qū)，含油污水進(jìn)入后，高濃度絮體碰撞架橋聚集形成過濾層，初步去除大量懸浮物和污油。下部濾層采用等粒徑顆粒狀活性微孔納米復(fù)合過濾材料，由特殊材料通過高溫?zé)Y(jié)，表面采用精細(xì)納米材料蒸煮鍍膜，使濾料不沾油、不板結(jié)，污水通過微孔濾料的機(jī)械截留和吸附過濾精度可以達(dá)到1 μm，最高可以達(dá)到0.1 μm，從而達(dá)到高精度過濾效果[4]。

2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)參數(shù)：處理量5 m3/h，無機(jī)絮凝劑質(zhì)量濃度55 mg/L，有機(jī)絮凝劑質(zhì)量濃度1.2 mg/L，濾速17.1 m/h，反沖洗強(qiáng)度3.93 L/(s·m2)，反沖洗周期24 h，反洗時(shí)間45 min。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 精細(xì)化處理工藝進(jìn)出水水質(zhì)檢測結(jié)果Tab.3 Water quality test results of inlet and outlet water of fine treatment process

結(jié)果表明，該工藝能夠達(dá)到預(yù)計(jì)指標(biāo)要求：處理量5 m3/h 時(shí)，來水含油量為30～300 mg/L、懸浮固體濃度≤150 mg/L，出水水質(zhì)含油量≤3 mg/L、懸浮固體濃度≤3 mg/L、粒徑中值≤2 μm；來水含油量≤30 mg/L、懸浮固體濃度≤30 mg/L 時(shí)，出水含油量≤3 mg/L、懸浮固體濃度≤1 mg/L、粒徑中值≤1 μm。

對比常規(guī)處理工藝（氣浮—粗濾—精濾）水處理費(fèi)用2.34 元/m3，精細(xì)化處理工藝水處理費(fèi)用1.85元/m3，降低約21%；同時(shí)工藝流程簡單，更易于生產(chǎn)管理。因此，精細(xì)化處理工藝是對常規(guī)處理工藝的優(yōu)化簡化。

2.2 橇裝一體化采出水處理工藝

外圍零散區(qū)塊規(guī)模小，系統(tǒng)依托性差，隨著采出液綜合含水逐年升高，含油污水量增加，通過管輸或拉運(yùn)方式匯集到就近站點(diǎn)處理，運(yùn)行成本高，安全風(fēng)險(xiǎn)大[5]。為此開展橇裝化采出水處理工藝現(xiàn)場試驗(yàn)，解決零散區(qū)塊采出水就地達(dá)標(biāo)處理問題。

通過調(diào)研和室內(nèi)試驗(yàn)，確定工藝流程：曝氣除硫→氣浮或微生物除油，兩級過濾、超濾控制懸浮物和粒徑中值（圖3）。工藝處理規(guī)模10 m3/h，出水指標(biāo)“8.3.2”或“5.1.1”。

以下為曝氣除硫—?dú)飧　獌杉夁^濾—超濾工藝試驗(yàn)結(jié)果。

2.2.1 達(dá)到“8.3.2”低滲透指標(biāo)試驗(yàn)

利用“來水→曝氣沉降罐→氣浮→一級雙層濾料過濾→二級雙層濾料過濾→出水”流程，處理量9.7 m3/h，沉降曝氣氣水比7∶1，氣浮回流比20%，一級濾速11 m/h，二級濾速8 m/h。試驗(yàn)結(jié)果見表4和表5。

試驗(yàn)表明：來水含油量＜118 mg/L、懸浮物含量＜27.2 mg/L、硫化物含量＜31.6 mg/L時(shí)，出水水質(zhì)基本穩(wěn)定達(dá)到“8.3.2”指標(biāo)，且曝氣除硫效果較為理想，氣浮對硫化物也有一定去除作用，最終出水硫化物含量在1.89 mg/L以下。

2.2.2 達(dá)到“5.1.1”特低滲透指標(biāo)試驗(yàn)

流程一：利用“來水→曝氣沉降罐→氣浮→一級雙層濾料過濾→二級雙層濾料過濾→PVC中空纖維膜→出水”流程進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6和表7。

試驗(yàn)表明：來水含油量＜132 mg/L、懸浮物含量＜32.1 mg/L、硫化物含量＜29.5 mg/L時(shí)，出水含油量＜0.6 mg/L，懸浮固體濃度＜1.0 mg/L，硫化物濃度＜1.36 mg/L，可以穩(wěn)定達(dá)到“5.1.1”指標(biāo)。

圖3 橇裝一體化采出水處理工藝流程示意圖Fig.3 Schematic diagram of skid-mounted integrated produced water treatment process

表4 橇裝裝置含油量和懸浮物固體去除效果(“8.3.2”指標(biāo))Tab.4 Removal effects of oil content and suspended solids of skid-mounted device("8.3.2 index")mg/L

表5 橇裝裝置粒徑和硫化物去除效果(“8.3.2”指標(biāo))Tab.5 Removal effect of particle size and sulfide of skid-mounted device("8.3.2"index)

表6 橇裝裝置含油量和懸浮物固體去除效果(“5.1.1”指標(biāo))Tab.6 Removal effects of oil content and suspended solids of skid mounted device("5.1.1"index)mg/L

流程二：采用“來水→曝氣→氣浮→雙層濾料→陶瓷膜→出水”流程，試驗(yàn)結(jié)果見表8和表9。

試驗(yàn)表明：來水含油量＜126 mg/L、懸浮固體濃度＜26.5 mg/L、硫化物濃度＜32.7 mg/L時(shí)，出水含油量平均值0.89 mg/L，懸浮固體濃度平均值1.16 mg/L，粒徑中值平均值0.867 μm，硫化物濃度平均值1.02 mg/L，出水含油、粒徑中值、硫化物達(dá)標(biāo)，懸浮物濃度不達(dá)標(biāo)。

對比流程一和流程二試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選“來水→曝氣沉降罐→氣浮→一級雙層濾料過濾→二級雙層濾料過濾→PVC中空纖維膜→出水”工藝流程，根據(jù)前期優(yōu)化的運(yùn)行參數(shù)和加藥量，進(jìn)行現(xiàn)場生產(chǎn)保運(yùn)，處理量240 m3/d，工藝運(yùn)行穩(wěn)定170 天，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求，回注污水達(dá)2.7×104m3。

表7 橇裝裝置粒徑和硫化物去除效果(“5.1.1”指標(biāo))Tab.7 Removal effect of particle size and sulfide of skid mounted device("5.1.1"index)

表8 陶瓷膜含油量和懸浮物固體去除效果Tab.8 Removal effect of oil content and suspended solid content of ceramic filmmg/L

表9 陶瓷膜粒徑和硫化物去除效果Tab.9 Removal effect of particle size and sulfides of ceramic film

通過試驗(yàn)取得以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

（1）對比常規(guī)處理工藝，橇裝一體化裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊一體化和高度自動化的特點(diǎn)，占地面積相較于固定站占地面積減少70%以上，施工周期縮短55%以上，搬遷重復(fù)利用一次，工程費(fèi)用節(jié)省40%以上。

（2）為避免硫化物對后續(xù)有機(jī)膜產(chǎn)生毒性并能有效控制其出水的懸浮物固體含量，在工藝前段必須進(jìn)行除硫，橇裝設(shè)計(jì)中可利用增加曝氣強(qiáng)度來彌補(bǔ)曝氣停留時(shí)間的不足，以確保除硫效果[6]。

（3）來水經(jīng)過“來水→曝氣沉降罐→氣浮→一級雙層濾料過濾→二級雙層濾料過濾罐→PVC中空纖維膜→出水”處理后，兩級雙層濾料出水可達(dá)到“8.3.2”低滲透指標(biāo)，經(jīng)PVC 中空纖維膜處理后可達(dá)到“5.1.1”特低滲透指標(biāo)。

3 水質(zhì)提升措施

（1）優(yōu)化污水站布局，解決污水處理系統(tǒng)不平衡問題。已建含油污水處理站位于某油田中部區(qū)域，接收全油田含油污水。2017 年至2019 年，該站平均處理負(fù)荷92.8%（6 500 m3/d），瞬時(shí)最高處理負(fù)荷可達(dá)到100.5%（7 320 m3/d）。長期高負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致處理設(shè)備設(shè)施故障率高、各段工藝無法正常運(yùn)行。因此，先后規(guī)劃在該油田西部區(qū)域和東部區(qū)域各建設(shè)1座含油污水處理站，根據(jù)含油污水精細(xì)化處理工藝技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)及該工藝的其他運(yùn)行效果，2座污水站均采取“來水→沉降罐→氣浮裝置→氧化除硫裝置→高精濾裝置（兩級精濾器）→出水”處理流程，設(shè)計(jì)規(guī)模均為2 000 m3/d，出水水質(zhì)達(dá)到“5.1.1”指標(biāo)。建成后，預(yù)計(jì)新建含油污水處理站負(fù)荷分別為68.95%～84.70%和82.90%～86.75%，已建含油污水處理站負(fù)荷可降為60.13%～64.13%，3座污水站負(fù)荷均在合理范圍內(nèi)。

（2）推廣應(yīng)用橇裝一體化采出水處理工藝，解決外圍零散區(qū)塊含油污水就地處理回注問題。根據(jù)橇裝一體化采出水處理工藝試驗(yàn)結(jié)果和生產(chǎn)保運(yùn)情況，在某區(qū)塊含油污水站建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用橇裝一體化技術(shù)，通過先期取樣化驗(yàn)后，確定工藝流程為：“來水→自然沉降→混凝沉降→緩沖水罐→一級過濾（雙濾料）→二級過濾（雙濾料）→出水”，即“兩級沉降+兩級壓力過濾”的處理工藝[7-8]，處理規(guī)模為550 m3/d，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為“8.3.2”指標(biāo)。建成后，需跟蹤該站的運(yùn)行效果，優(yōu)化調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，確保工藝能夠穩(wěn)定運(yùn)行，出水水質(zhì)達(dá)到指標(biāo)要求。

（3）治理已建含油污水處理站后續(xù)問題，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。脫水系統(tǒng)來液凈化調(diào)整改造后，周邊污水直接進(jìn)入污水站曝氣沉降罐，水量波動較大，增加曝氣沉降罐及后續(xù)工藝的處理負(fù)荷，且污水中殘留大量化學(xué)藥劑和其他壓裂液等化學(xué)成分，對現(xiàn)有藥劑性能發(fā)揮也造成影響，因此制定以下措施解決污水站存在問題，確保出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。首先，增加沉降調(diào)質(zhì)能力。周邊污水直接進(jìn)入污水處理站曝氣沉降罐，2 座1 000 m3曝氣沉降罐負(fù)荷增加，油、懸浮固體在罐內(nèi)聚集無法及時(shí)收集和排除，出水水質(zhì)指標(biāo)高于進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)，造成后續(xù)工藝設(shè)備的污染。因此，規(guī)劃新建2 座1 200 m3沉降罐，增加沉降調(diào)質(zhì)能力，減少后續(xù)工藝的處理負(fù)荷。其次，優(yōu)化藥劑配方及參數(shù)。計(jì)劃對在用的絮凝劑、混凝劑、殺菌劑等化學(xué)劑進(jìn)行效果評價(jià)及配伍性試驗(yàn)；對殺菌劑、混凝劑配方進(jìn)行篩選實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選藥劑配方；對優(yōu)選出的藥劑配方開展評價(jià)試驗(yàn)，優(yōu)選出最佳投加量，確定最佳投加點(diǎn)；室內(nèi)試驗(yàn)完成后，開展現(xiàn)場加藥試驗(yàn)，驗(yàn)證藥劑的處理效果，確保含油污水處理達(dá)標(biāo)。