旋流過濾裝置處理試驗(yàn)

吳俊海

大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠

油田在水驅(qū)開發(fā)過程中，產(chǎn)生大量的含油污水，由于采出水中含油、懸浮物雜質(zhì)等，為了避免污水外排造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，需要將其處理達(dá)到油田回注水水質(zhì)控制指標(biāo)，并通過油井注入地下，以保持地層能量。目前已建的葡三-1 污水處理站采用“懸浮污泥+單閥濾罐”工藝，因單閥濾罐投產(chǎn)建成后一直無法正常運(yùn)行，導(dǎo)致水質(zhì)長期不達(dá)標(biāo)。為了避免影響后續(xù)的過濾處理效果，確保處理后的水質(zhì)達(dá)標(biāo)，開展了旋流過濾裝置試驗(yàn)，探索提高過濾處理效果的有效手段，從而使處理后的水質(zhì)達(dá)到水驅(qū)低滲透油層水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

1 現(xiàn)場試驗(yàn)概況

葡三-1 含油污水站主要處理葡三聯(lián)和敖聯(lián)的來水，污水處理能力為8 000 m3/d，實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷4 350 m3/d，采用“懸浮污泥罐+單閥濾罐”過濾工藝[2]（圖1）。懸浮污泥過濾日常需投加凈水劑、絮凝劑、助凝劑[3]，投加藥劑量相對較多，藥劑費(fèi)用高[4]。懸浮污泥罐污染物過濾精度較低，底部存在污泥并且擾動影響水質(zhì)指標(biāo)，需要不定期排除底部污泥[5]。因此，開展旋流過濾裝置現(xiàn)場試驗(yàn)，以提高出口水質(zhì)，保證注入水懸浮物質(zhì)量濃度低于5 mg/L 的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 葡三-1 站污水處理工藝流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of sewage treatment process in Pu3-1 Station

2 旋流過濾技術(shù)工藝原理及流程

旋流過濾技術(shù)是為適應(yīng)多機(jī)理、多功能化發(fā)展趨勢而研發(fā)的一種新型分離技術(shù)[6]（圖2），它綜合了水力旋流與過濾的優(yōu)勢，設(shè)備采用橫流式進(jìn)水設(shè)計(jì)，相當(dāng)于水力旋流器，產(chǎn)生旋渦流，流化被截流的污染物，使得污染物一直處于旋流狀態(tài)，抑制濾餅的形成，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的操作。同時(shí)，發(fā)揮多級粒徑濾 料（0 號：0.25～0.5 mm、1 號：0.1～1.0 mm、2號：1.0～2.0 mm、3 號：2.0～4.0 mm）過濾的作用，將大粒徑的懸浮物過濾掉，提高過濾效果。

圖2 旋流過濾工藝示意圖Fig.2 Schematic diagram of cyclone filtration process

優(yōu)選活性過濾濾料（Activated Filter Media，簡稱AFM），它可以替代過濾罐中常用的砂子，由特定的玻璃制成，經(jīng)過化學(xué)和熱處理后，表面具有永久帶負(fù)電荷的特性，使顆粒間相互排斥，基于“碰撞聚結(jié)”原理[7]，污染物貼近濾料表面，但無法吸附在濾料上，當(dāng)反洗時(shí)即刻被釋放沖洗出罐外[8]。橫流式進(jìn)水設(shè)計(jì)可以流化濾床表層的活性過濾濾料，由于濾料本身的大體量晶格間隙特性，相比常規(guī)靜態(tài)濾床的過濾面積，流化濾床的過濾表面積相當(dāng)于石英砂濾料的300 倍，提高了過濾效率。

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)站的處理工藝，本次旋流過濾裝置試驗(yàn)分別開展單級及兩個(gè)單級旋流過濾裝置串聯(lián)的雙級過濾試驗(yàn)[9]，旋流過濾裝置試驗(yàn)工藝流程見圖3 和圖4。

圖3 單級旋流過濾裝置的試驗(yàn)工藝流程示意圖Fig.3 Schematic diagram of the test process flow of the singlestage cyclone filter device

圖4 雙級旋流過濾裝置串聯(lián)的試驗(yàn)工藝流程示意圖Fig.4 Schematic diagram of the test process flow of the two-stage cyclone filter devices in series

3 試驗(yàn)效果分析

3.1 現(xiàn)場試驗(yàn)條件

旋流過濾裝置來水水質(zhì)指標(biāo)要求含油濃度和懸浮物濃度低于100 mg/L，設(shè)計(jì)流量為8～23 m3/h。試驗(yàn)期間平均來水含油濃度為52.3 mg/L，懸浮物濃度120.7mg/L；懸浮污泥罐出水含油濃度為1.61～2.8 mg/L，懸浮物濃度為15.6～25.8 mg/L，試驗(yàn)階段運(yùn)行流量為10 m3/h。預(yù)期試驗(yàn)后注入水質(zhì)達(dá)到“10.5.2”標(biāo)準(zhǔn)，其中含油濃度低于10 mg/L，懸浮物濃度低于5 mg/L。

3.2 單級旋流過濾裝置現(xiàn)場試驗(yàn)

旋流過濾裝置進(jìn)水來自站內(nèi)沉降罐出口，來水水質(zhì)指標(biāo)和濾后水質(zhì)指標(biāo)見圖5。

圖5 單級旋流過濾裝置水質(zhì)指標(biāo)情況Fig.5 Water quality index of single-stage cyclone filter device

葡南地區(qū)水質(zhì)指標(biāo)為“10.5.2”標(biāo)準(zhǔn)，即含油濃度低于10 mg/L、懸浮物濃度低于5 mg/L 的要求[10]。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，一級旋流過濾裝置處理后含油濃度達(dá)標(biāo)，懸浮物濃度有了明顯降低，但是仍不能滿足注入水水質(zhì)的嚴(yán)格要求。

3.3 雙級旋流過濾裝置現(xiàn)場試驗(yàn)

為驗(yàn)證雙級過濾效果，開展了雙級旋流過濾裝置試驗(yàn)，由于現(xiàn)場水量所限，雙級過濾為非連續(xù)、間斷運(yùn)行，每天運(yùn)行約3 h，運(yùn)行負(fù)荷為1.0～3.0 m3/h，按照每3 h 取樣一次，取平均值，來水水質(zhì)指標(biāo)和濾后水質(zhì)指標(biāo)見圖6。

圖6 雙級旋流過濾裝置水質(zhì)指標(biāo)情況Fig.6 Water quality index of two-stage cyclone filter device

從本次試驗(yàn)效果看，采用兩級旋流過濾裝置的串聯(lián)工藝的最終出水能夠達(dá)到出水懸浮物固體濃度低于5 mg/L 的指標(biāo)要求，特別是在10 月20 日—10月22 日期間水質(zhì)出現(xiàn)較大波動時(shí)，仍保持較好的過濾效率，處理后的污水滿足葡南地區(qū)注水水質(zhì)要求。

4 結(jié)論及認(rèn)識

（1）在污水處理工藝中，安裝單級旋流過濾裝置的懸浮物去除率穩(wěn)定，但是在來水含懸浮物濃度偶爾超標(biāo)時(shí)（高于70%），兩級旋流過濾裝置工藝流程處理后的水質(zhì)懸浮物仍能保持較高去除率，均達(dá)到注入水標(biāo)準(zhǔn)，處理效果較好。

（2）兩級旋流過濾裝置工藝流程試驗(yàn)屬于非連續(xù)運(yùn)行，且流速和壓力較低，處理量較低，大規(guī)模連續(xù)運(yùn)行時(shí)處理效果還有待繼續(xù)試驗(yàn)考證。