含油污水系統(tǒng)中核桃殼過(guò)濾器的優(yōu)化與應(yīng)用

孫 俊

（遼河油田錦州采油廠，遼寧盤(pán)錦 121209）

關(guān)鍵字 含油污水 核桃殼 篩管

1 前言

近幾年，錦州采油廠集輸系統(tǒng)中污水處理困難程度不斷增加，過(guò)濾罐后的水質(zhì)及過(guò)水量未達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)污水系統(tǒng)中過(guò)濾裝置內(nèi)存在頂部篩管布水不均，強(qiáng)度不夠焊口開(kāi)焊，過(guò)濾罐內(nèi)濾料板結(jié)等現(xiàn)象。增大反洗水量、延長(zhǎng)反洗時(shí)間后，效果依舊不理想，填換、清洗板結(jié)濾料等措施不但工藝繁瑣，還大大增加了生產(chǎn)成本，2016 年全年填換、清洗濾料費(fèi)用就達(dá)到79 萬(wàn)元。因此，我們通過(guò)抓住關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從內(nèi)部改造和外部改造兩方面著手進(jìn)行控制從而徹底解決污水處理的生產(chǎn)問(wèn)題并降低其處理成本。

通過(guò)對(duì)過(guò)濾罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)和濾料清洗工藝的調(diào)查研究，優(yōu)化頂部篩管布局，更換底部篩板和加堿反洗工藝，不僅改善了過(guò)濾效果，還解決了濾料板結(jié)的問(wèn)題，縮短了反洗時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本。將堿洗濾料工藝加入反洗流程中，簡(jiǎn)化了工藝，縮短了97%的清洗時(shí)間，縮減了99%的單罐清洗濾料成本。經(jīng)計(jì)算，核桃殼過(guò)濾器整體改造之后，全年可節(jié)約成本141.75 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

2 主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 污水過(guò)濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

錦州采油廠集輸系統(tǒng)污水處理裝置過(guò)濾器由6 個(gè)一組并聯(lián)組成，主要濾料為核桃殼，日處理量約為2000m3/d，過(guò)濾罐壓差≤0.15MPa，出水指標(biāo)：含油＜5mg/L，含懸浮物＜5mg/L。過(guò)濾器是一種過(guò)濾分離設(shè)備，主要原理是濾料過(guò)濾。內(nèi)部核桃殼濾料的特點(diǎn)是比表面積大、吸附污油能力強(qiáng)，能夠有效去除含油污水水中的油和懸浮物。該設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，水流自上而下，經(jīng)布水器、濾料層、集水器完成過(guò)濾。反洗時(shí)，攪拌器翻轉(zhuǎn)濾料，水流自下而上，使濾料得到徹底清洗再生。

2.1.1 過(guò)濾器內(nèi)部工藝缺陷

由于過(guò)濾器處理量不能滿足生產(chǎn)需要，表現(xiàn)為反洗的時(shí)間和效果均不理想，因此對(duì)過(guò)濾罐內(nèi)部工藝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析：

1.進(jìn)口布水篩管面積大于匯管面積，導(dǎo)致過(guò)濾器偏流，影響過(guò)濾效果。原核桃殼過(guò)濾器進(jìn)水水排以一根φ219，長(zhǎng)3m 的母管為依托，從母管 上、左、右方向分別支出60根φ100，長(zhǎng)0.3m 的篩管，篩管截面積過(guò)大。進(jìn)水從母管到篩管流速迅速降低，使進(jìn)水中的油、懸浮物、藥物垢以及細(xì)菌等物質(zhì)容易附著在篩管表面上，無(wú)法沖刷掉，日積月累，篩管將嚴(yán)重堵塞。此時(shí)只能通過(guò)反洗時(shí)增大反洗水量和壓力、延長(zhǎng)反洗時(shí)間來(lái)處理，單罐反洗時(shí)間延長(zhǎng)至90-120min，反洗水量增加至180-250m3，過(guò)濾器反洗所用水會(huì)重新進(jìn)入流程進(jìn)行處理。這種方法增加了單方水處理成本，且處理效果未達(dá)到要求。

2.篩板總面積過(guò)大，易開(kāi)焊漏料。核桃殼過(guò)濾器底部篩板由8 塊大小不同的篩板組成，通過(guò)焊接式固定在橫梁槽鋼上，形成一塊整體大篩板，總面積為7 m2。由于篩板總面積過(guò)大，正反洗進(jìn)水對(duì)篩板瞬間沖擊力都極大，容易造成篩板間隙過(guò)大和嚴(yán)重變形，甚至出現(xiàn)裂紋和斷裂，使罐內(nèi)濾料出現(xiàn)泄漏及越級(jí)現(xiàn)象，每月需開(kāi)罐向內(nèi)補(bǔ)充近1t 核桃殼濾料，不但繁瑣而且增加了生產(chǎn)成本。

3.篩管數(shù)量多，清洗堵塞篩管增加清洗難度和清洗成本，影響生產(chǎn)。進(jìn)出口篩管成對(duì)布置，為保證過(guò)水面積，每根支管上均布置4 根篩管，共計(jì)內(nèi)部篩管數(shù)量48 根，人工清洗時(shí)需進(jìn)入過(guò)濾罐內(nèi)部，逐個(gè)拆卸，拿出清洗后再進(jìn)行安裝。操作難度大，時(shí)間長(zhǎng)。

2.1.2 改進(jìn)措施及效果

1.過(guò)濾罐內(nèi)部工藝優(yōu)化，提高過(guò)濾效果。過(guò)濾罐內(nèi)部工藝優(yōu)化方案：將原有進(jìn)口匯管上的閑置篩管拆除，改為兩端各兩根與其平行縱向相對(duì)φ159 篩管，從進(jìn)口匯管中點(diǎn)分別向左右兩側(cè)延伸φ159 長(zhǎng)為0.85m 的分支管，使匯管形成十字形，兩端各增加一組頂部篩管和底部法蘭。優(yōu)化后將原有的60 根篩管減少到10 根，每根篩管直徑由φ100增加到φ159，篩管的截面積等同于新加進(jìn)口匯管截面積。這樣改造的結(jié)果一是保證進(jìn)出過(guò)濾罐的流速，防止憋壓，避免水中的含油懸浮物附著在篩管表面上；二是篩管分布角度更加合理，過(guò)濾器運(yùn)行時(shí)布水均勻無(wú)死角，過(guò)濾效果及處理量達(dá)到生產(chǎn)要求。

工藝調(diào)整后一個(gè)過(guò)濾罐反洗時(shí)間為45-60 分鐘，反洗水量100-150m3，污水系統(tǒng)中一天較原方案可減少反洗用水480-600m3。

表1 核桃殼過(guò)濾器改造前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比

表2 不同加堿濃度及其過(guò)濾效果

2.底部篩管結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高強(qiáng)度，減少濾料漏失。將孔徑0.2mm 的篩板更換為篩管結(jié)構(gòu)，主要結(jié)構(gòu)為：一根φ219 母管，在母管周圍魚(yú)翅形分布22 根長(zhǎng)短不同φ50 短管交錯(cuò)打孔管，管外連接著φ80 篩管。打孔截面積與母管相同[1]。這樣反洗時(shí)水自下向上多角度噴射，減少反洗水對(duì)篩管單點(diǎn)的沖擊。這樣做的結(jié)果是使整套篩管在反洗時(shí)，不易變形和震動(dòng)，反洗均勻無(wú)死角，能夠長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行穩(wěn)定，濾料運(yùn)行時(shí)不漏失，提高過(guò)濾罐的運(yùn)行效率。

2.2 堿洗的反洗工藝研究

2.2.1 存在問(wèn)題

由于錦州油田的開(kāi)發(fā)不斷深入，污水中化學(xué)物質(zhì)增加，處理難度不斷升高。具體表現(xiàn)為現(xiàn)有的過(guò)濾系統(tǒng)濾料板結(jié)嚴(yán)重，導(dǎo)致反洗頻次增加，處理污水效果差，耗電量和耗水量也持續(xù)增加。

2016 年對(duì)采油廠污水系統(tǒng)過(guò)濾罐內(nèi)濾料進(jìn)行清洗，共清洗兩次花費(fèi)60 萬(wàn)元，但是板結(jié)濾料依舊存在，生產(chǎn)問(wèn)題仍無(wú)法得到解決。截至2016 年年底六個(gè)核桃殼過(guò)濾器內(nèi)濾料全部更換，共花費(fèi)13.86 萬(wàn)元。

2.2.2 改進(jìn)措施及效果

通過(guò)在污水處理系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，堿可以破壞過(guò)濾罐濾料上附著物的表面張力，降低其吸附性，能有效解決濾料板結(jié)問(wèn)題。為此，在污水過(guò)濾系統(tǒng)前端新建一套過(guò)濾罐自動(dòng)加堿清洗裝置，在反洗工藝流程中增加堿洗流程，可以提高過(guò)濾器整體的反洗效果，降低濾料的反洗時(shí)間。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定反洗最佳加堿濃度。在對(duì)比加堿濃度和進(jìn)出口壓差，以及出口含油和懸浮物后，確定最佳濃度為0.40%-0.60%，濃度過(guò)低，無(wú)法去除過(guò)濾罐濾料表面附著物，濃度過(guò)高會(huì)腐蝕金屬結(jié)構(gòu)配件，最終選擇加堿濃度0.40%，每次單罐加堿量為0.30t。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：改工藝操作簡(jiǎn)單，效果顯著，無(wú)需開(kāi)罐操作，對(duì)原生產(chǎn)工藝無(wú)不良后果。在原有PLC 上經(jīng)過(guò)編程即可自動(dòng)完成過(guò)濾罐反洗，單罐清洗時(shí)間由48 小時(shí)減少為1.3 小時(shí)，有效節(jié)省清洗時(shí)間。經(jīng)過(guò)堿洗后，現(xiàn)有核桃殼過(guò)濾罐單罐日處理量由2100m3增加到3300m3，單罐清洗成本從5 萬(wàn)元降至0.05 萬(wàn)元。堿洗以后，廢液進(jìn)入后端軟化系統(tǒng)繼續(xù)利用，未對(duì)環(huán)境造成污染。

全年加堿反洗成本=（加堿量×堿單價(jià)+加堿量×加堿濃度×酸單價(jià)）×12

=（0.30×1421.56+0.30×0.004×630.79）×12

=0.51 萬(wàn)元

節(jié)約成本=舊清洗濾料成本+更換濾料成本-加堿反洗成本

=60+13.86-0.51

=73.35 萬(wàn)元

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)效益分析

核桃殼過(guò)濾器改造前由于出水指標(biāo)達(dá)不到生產(chǎn)需求，通過(guò)增加前段加藥量等措施進(jìn)行水處理，所以單方水處理價(jià)格上升為0.72 元，改造后單方處理價(jià)格降為0.50 元。

節(jié)約成本=改造前后單方水處理價(jià)格差值×全年處理水量

=（0.72-0.50）×6415941×10-4

=141.15 萬(wàn)元

經(jīng)濟(jì)效益=節(jié)約成本-投入資金

=141.15-70

=71.15 萬(wàn)元

4 結(jié)論與建議

1.污水處理系統(tǒng)過(guò)濾罐工藝優(yōu)化通過(guò)對(duì)其頂部篩管以及底部篩板的合理改造，使其內(nèi)部達(dá)到布水均勻無(wú)死角的效果，保證了過(guò)濾水質(zhì)，改善了反洗效果，降低了維修費(fèi)用及清理費(fèi)用，可以對(duì)該措施進(jìn)行推廣利用。

2.過(guò)濾罐加堿反洗工藝屬能有效去除濾料附著物，降低濾料污染，減少濾料板結(jié)問(wèn)題發(fā)生。同時(shí)也減少了過(guò)濾罐清洗時(shí)間，降低濾料清洗成本，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益，有很好的推廣意義。