M開(kāi)發(fā)區(qū)含聚污水深度處理技術(shù)適應(yīng)性分析

李宗巖 郝書岳 劉婧宜 張會(huì)忠

1大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠

2大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司

1 聚驅(qū)污水處理系統(tǒng)概況

M 開(kāi)發(fā)區(qū)1998 年首次開(kāi)展聚驅(qū)試驗(yàn)，2009 年開(kāi)始由南到北聚驅(qū)工業(yè)化應(yīng)用，目前已開(kāi)發(fā)11 個(gè)工業(yè)化應(yīng)用區(qū)塊。聚驅(qū)開(kāi)發(fā)方式由最初的普通2 500萬(wàn)、700萬(wàn)抗鹽交替注入方式，發(fā)展到了目前LH2500 萬(wàn)抗鹽、普通2 500 萬(wàn)、普通1 900 萬(wàn)、1 200 萬(wàn)及700 萬(wàn)抗鹽聚合物組合的交替注入方式。依據(jù)《大慶油田地面工程建設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)定》6.2.2條：含聚濃度＜150 mg/L 時(shí)，執(zhí)行水驅(qū)注水水質(zhì)；含聚濃度≥150 mg/L 時(shí)，執(zhí)行聚驅(qū)注水水質(zhì)。根據(jù)開(kāi)發(fā)要求，M 開(kāi)發(fā)區(qū)聚驅(qū)對(duì)回注水質(zhì)均為“5.5.2”標(biāo)準(zhǔn)[2]。大慶油田注水水質(zhì)主要控制指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 大慶油田注水水質(zhì)主要控制指標(biāo)Tab.1 Main control indexes of water injection quality in Daqing Oilfield

經(jīng)過(guò)多年探索實(shí)踐，油田含聚污水深度處理技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，其主要包括物化法和生化法兩種工藝[3]。M 開(kāi)發(fā)區(qū)建有聚驅(qū)污水站6 座，按照普通聚驅(qū)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)含聚濃度≤450 mg/L，出水設(shè)計(jì)指標(biāo)“5.5.2”，設(shè)計(jì)規(guī)模8.8×104m3/d，目前處理水量5.34×104m3/d，負(fù)荷率60.7%。聚驅(qū)“5.5.2”污水處理站現(xiàn)狀見(jiàn)表2。

表2 聚驅(qū)“5.5.2”污水處理站現(xiàn)狀Tab.2 Current situation of polymer flooding"5.5.2"sewage treatment station

2 含聚污水處理工藝適應(yīng)性分析

2.1 生化法含聚污水處理

生化技術(shù)用于含聚污水處理始于“十一五”末，2008 年首次在大慶油田工業(yè)化應(yīng)用生化污水處理技術(shù)[4]，先后建成3 座含聚污水處理站，分別為A13聚、A4聚及A2聚污水處理站。生化法含聚污水處理站現(xiàn)狀見(jiàn)表3。

表3 生化法含聚污水處理站現(xiàn)狀Tab.3 Current situation of polymer containing sewage treatment station using the biochemical method

2.1.1 存在的問(wèn)題

（1）調(diào)儲(chǔ)罐處理效果差。調(diào)儲(chǔ)罐主要接收三相分離器和脫水站聚驅(qū)放水，目前調(diào)儲(chǔ)罐放水含油濃度普遍在500～1 000 mg/L之間。偏高的主要原因是來(lái)水含油濃度過(guò)高，在800～2 000 mg/L之間，造成調(diào)儲(chǔ)罐放水水質(zhì)較差。

（2）氣浮及固液分離裝置故障頻繁。氣浮和固液分離裝置投運(yùn)以來(lái)，一直不能穩(wěn)定運(yùn)行，故障率高，M4聚污水站2015年投產(chǎn)至今因各類故障造成停運(yùn)27次325天.

（3）微生物池處理能力逐年低。生物池運(yùn)行一段時(shí)間后掛件出現(xiàn)硬化、渣化、尼龍繩老化現(xiàn)象。微生物菌膜大量繁殖和死亡，產(chǎn)生以菌尸和排泄物為主的大量懸浮污泥，造成掛件超重部分脫落；污泥累計(jì)下沉后造成曝氣盤堵塞、曝氣不均勻，后期維護(hù)工作量偏大。

在介紹第一份報(bào)紙《中國(guó)日?qǐng)?bào)》時(shí)，“資產(chǎn)階級(jí)民權(quán)思想”翻譯成了“civil rights thoughts”，而“civil rights thoughts”只是民權(quán)思想的意思。專有名詞的錯(cuò)譯可能會(huì)導(dǎo)致外國(guó)游客誤解原文意思，不利于達(dá)到向外國(guó)人傳達(dá)正確紅色文化信息的目的性?！百Y產(chǎn)階級(jí)民權(quán)思想”應(yīng)該翻譯成“Bourgeois civil rights thoughts”。

2.1.2 采取的措施

（1）通過(guò)增運(yùn)三相分離器，控制單井摻水量，使分離設(shè)備負(fù)荷率由85.3%降至49.3%，沉降時(shí)間由30 min 增加至53 min，放水含濃度油3 000 mg/L以上降至1 000 mg/L左右，大幅提高了水質(zhì)處理的原水質(zhì)量。

（2）由于抗鹽聚合物的注入導(dǎo)致采出液乳化性強(qiáng)于普通聚驅(qū)采出液，且采出液乳化程度更高，油滴粒徑總體小于4 μm，微小油滴數(shù)量是普通聚驅(qū)的5倍，乳化性能接近三元采出液，油水分離難度更大，基于采出液的乳化特性分析，開(kāi)展了破乳劑優(yōu)化研究及投加試驗(yàn)。

（3）開(kāi)展化學(xué)藥劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。聯(lián)合研發(fā)出適于抗鹽采出液的3 類藥劑，并在A4 聚污水站、A4 聯(lián)合站以及A3 轉(zhuǎn)油站等5 個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行投加。A4 聯(lián)合站電脫水器運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間垮電場(chǎng)情況；老化油放水硫化物含量降低明顯；A4 聚調(diào)儲(chǔ)罐和氣浮出水含油下降19%、11%。但500 m3沉降罐來(lái)液復(fù)雜且污染物易在系統(tǒng)循環(huán)，去除難度大。下一步以500 m3沉降罐治理為重點(diǎn)，繼續(xù)開(kāi)展藥劑配伍性研究，進(jìn)一步改善處理效果。

2.1.3 改進(jìn)后生化工藝適應(yīng)性強(qiáng)

通過(guò)剖析存在問(wèn)題，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，A13聚污水站早期工藝存在收油困難、污泥上浮等問(wèn)題，對(duì)部分工藝改造，并應(yīng)用于A4聚污水站和A2聚污水站。經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)完善，形成了以“沉降罐+高效氣浮+微生物+固液分離+過(guò)濾”為主工藝的含聚污水生化處理技術(shù)（圖1）。

圖1 生化法改進(jìn)示意圖Fig.1 Schematic diagram of biochemical method improvement

針對(duì)A13聚污水站施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)全程跟蹤協(xié)調(diào)，為順利施工提供了保證；結(jié)合設(shè)計(jì)及施工問(wèn)題，并對(duì)A2 聚污水站進(jìn)一步加以改進(jìn)[5]。改進(jìn)一：微生物池采用折線布置方式，池間隔墻長(zhǎng)度變短，提高分組停運(yùn)檢修可靠性及安全性增強(qiáng)；改進(jìn)二：微生物反應(yīng)池池頂蓋板全部采用活動(dòng)蓋板，方便檢修維護(hù)；改進(jìn)三：微生物池內(nèi)外墻厚均由350 mm調(diào)整至500 mm，增強(qiáng)抗裂性。改進(jìn)后的微生物系統(tǒng)適應(yīng)性進(jìn)一步增強(qiáng)。微生物池改進(jìn)見(jiàn)圖2。

圖2 微生物池改進(jìn)示意圖Fig.2 Schematic diagram of microbial pool improvement

2.1.4 優(yōu)化整合效果突出

針對(duì)A13區(qū)塊水、聚驅(qū)、三元污水站運(yùn)行負(fù)荷低，水質(zhì)達(dá)標(biāo)困難的問(wèn)題，在《2018—2020 年水質(zhì)綜合治理規(guī)劃》中，提出了污水系統(tǒng)整合思路，總體規(guī)劃分步實(shí)施。方案制定：2018 年編制總體方案，結(jié)合開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，統(tǒng)籌對(duì)污水系統(tǒng)整合，經(jīng)核實(shí)工藝和能力均滿足要求；技術(shù)改造：2019 年對(duì)A13含聚站微生物池改造，實(shí)現(xiàn)分組停運(yùn)、方便檢修、提高強(qiáng)度，增強(qiáng)了工藝適應(yīng)性；平穩(wěn)運(yùn)行：2019 年11 月投運(yùn)，連續(xù)5 個(gè)月水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到“5.5.2”指標(biāo)，含油濃度1.5 mg/L，懸浮物濃度2.0 mg/L；優(yōu)化調(diào)整：2020年4月8日及5月8日將A13水驅(qū)污水和三元污水全部整合至含聚污水站統(tǒng)一處理。整合后運(yùn)行負(fù)荷率適中，保持在80%以下；水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到“5.5.2”指標(biāo)；節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用465 萬(wàn)元/年，優(yōu)化勞動(dòng)用工17 人（表4），為水、聚驅(qū)污水系統(tǒng)優(yōu)化整合積累了經(jīng)驗(yàn)。

表4 優(yōu)化用工統(tǒng)計(jì)Tab.4 Statistics of optimized employment

2.2 物化法含聚污水處理

M3 區(qū)塊建有物化含聚污水站3 座，均采用“兩級(jí)沉降+三級(jí)過(guò)濾”工藝，沉降段既可“連續(xù)流”又可“序批流”運(yùn)行[6]。2012年開(kāi)始先后建成3座含聚污水處理站，分別為A12污水站、A5聚污水站及A1 聚污水站。物化法含聚污水處理站現(xiàn)狀見(jiàn)表5。

表5 物化法含聚污水處理站現(xiàn)狀Tab.5 Current situation of polymer containing sewage treatment station using the physico-chemical method

2.2.1 過(guò)濾工藝反沖洗循環(huán)水量大

常規(guī)過(guò)濾罐反沖洗過(guò)程中要求膨脹率在20%～40%之間。由于濾料密度過(guò)大，達(dá)到理想膨脹率的反沖洗強(qiáng)度較大，造成循環(huán)水量大、反沖洗過(guò)程影響水質(zhì)等問(wèn)題[7]。物化法過(guò)濾工藝采用三級(jí)過(guò)濾，A12污水站過(guò)濾罐氣水反沖洗運(yùn)行一段時(shí)間后，由于閥門不嚴(yán)調(diào)整為水洗，再生效果差。因此在后期建設(shè)的A5和A1污水站均采用純水反沖洗，按照設(shè)計(jì)循環(huán)水量平均達(dá)到出水量的30%以上，不僅增加了處理費(fèi)用，建設(shè)規(guī)模也相應(yīng)地增加。

2.2.2 聚合物混合后采出液物性發(fā)生變化

通過(guò)分析研究，抗鹽中分聚合物與普通超高分聚合物采出液化驗(yàn)數(shù)據(jù)差距不明顯，但混合后聚合物溶液與單一相對(duì)分子質(zhì)量聚合物差距較大，混合后聚合物溶液處理難度進(jìn)一步加大。聚合物混合采出液物性分析：電極電位混合后絕對(duì)值高于單一分子量聚合物，上升近75%，穩(wěn)定性增強(qiáng)；混合后聚合物分子線團(tuán)細(xì)小，最小縮至原來(lái)的1/3，裹帶懸浮物含量增加；混合后黏度成倍增加，最大黏度增大7倍，處理難度增加，通過(guò)簡(jiǎn)單沉降過(guò)濾工藝無(wú)法達(dá)到出水深度處理指標(biāo)。

2.2.3 改進(jìn)后工藝適應(yīng)性強(qiáng)

通過(guò)總結(jié)A12 污水站運(yùn)行情況，對(duì)A5 聚污水站、A1 聚污水站對(duì)存在的問(wèn)題在設(shè)計(jì)中加以改進(jìn)。原水階段采用高效分離器提高油水分離效果，沉降罐浮動(dòng)固定收油考慮收油效果，同時(shí)改進(jìn)溶氣泵工藝提高污水處理效果，改進(jìn)過(guò)濾工藝實(shí)現(xiàn)分側(cè)停產(chǎn)檢修[8]，提高了工藝設(shè)施適應(yīng)性。物化法改進(jìn)見(jiàn)圖3。

圖3 物化法改進(jìn)示意圖Fig.3 Schematic diagram of physico-chemical method improvement

2.3 工藝經(jīng)濟(jì)技術(shù)性對(duì)比評(píng)價(jià)

以1.5×104m3/d含聚污水站為例，一次性建設(shè)投資物化工藝為14 631萬(wàn)元，噸水費(fèi)用0.37元，年平均維護(hù)費(fèi)用337萬(wàn)元；一次性建設(shè)投資生化工藝為12 644萬(wàn)元，噸水費(fèi)用0.57元，年平均維護(hù)費(fèi)用264.5萬(wàn)元。

3 結(jié)論

（1）物化法屬于油田常規(guī)水處理工藝，便于操作及管理，運(yùn)行平穩(wěn)、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)[9]；污油全過(guò)程損失小，排泥量相對(duì)生化法少；生產(chǎn)單位可自行管理維護(hù)。但建設(shè)投資、運(yùn)行費(fèi)用及十年現(xiàn)值高；短期的水質(zhì)波動(dòng)適應(yīng)性差，長(zhǎng)期波動(dòng)將導(dǎo)致水質(zhì)變差；占地面積較大，濾罐數(shù)量多，循環(huán)水量大；物化工藝過(guò)濾罐數(shù)量較多，反沖洗水量大，需進(jìn)一步完善氣水反沖洗功能，減少循環(huán)水量。

（2）生化工藝建設(shè)投資、運(yùn)行費(fèi)用及十年現(xiàn)值低；短期水質(zhì)波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)，微生物系統(tǒng)可自行調(diào)節(jié)；過(guò)濾段處理流程短，一級(jí)過(guò)濾循環(huán)水量少。但在高寒地區(qū)采用大型混凝土構(gòu)筑物作為主要生產(chǎn)設(shè)施時(shí)，生產(chǎn)維護(hù)施工難度大，菌種需每年定期維護(hù)，排泥量過(guò)多，并分解部分原油。微生物產(chǎn)生以菌尸及排泄物為主的大量污泥，需要對(duì)排泥、污泥減量等后續(xù)工藝進(jìn)行建設(shè)完善

（3）生化法最合適的處理溫度為36 ℃，在溫度36 ℃時(shí)，處理8 h后，含油濃度由636 mg/L降至50 mg/L，處理效果最佳，其次為38 ℃、34 ℃，超過(guò)40 ℃，處理效果下降，應(yīng)在不同含聚濃度下定期摸索處理溫度，保證最佳處理效果。結(jié)合膜法生物處理的特點(diǎn)，確定運(yùn)行原則、主要技術(shù)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)頻率及標(biāo)準(zhǔn)。

（4）對(duì)于油田不同開(kāi)發(fā)時(shí)期，除了應(yīng)對(duì)工藝技術(shù)及生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行必要的調(diào)整外[10]，還應(yīng)對(duì)投加的藥劑配伍性進(jìn)行研究，優(yōu)化各節(jié)點(diǎn)藥劑投加種類、點(diǎn)位、濃度等。