多元驅(qū)下污水處理對策研究與應(yīng)用

沈克兵

（中國石油吐哈油田公司鄯善采油管理區(qū)，新疆鄯善 838202）

1 水質(zhì)不達(dá)標(biāo)原因分析

溫米污水處理裝置懸浮物、細(xì)菌含量、含油等關(guān)鍵指標(biāo)全部超標(biāo)，沿程水質(zhì)逐漸惡化，現(xiàn)場隔油池來水發(fā)黑發(fā)臭、生化反應(yīng)池起泡、沉淀池絮體呈膠狀、濾膜堵塞。為查清溫米污水處理系統(tǒng)水質(zhì)惡化原因，從兩方面分析研究：一是從源頭尋找超標(biāo)原因，利用水質(zhì)化驗(yàn)分析方法[1]，對溫米聯(lián)合站集輸系統(tǒng)來水進(jìn)行取樣，化驗(yàn)來水組分，進(jìn)行定性定量評價(jià)；二是從污水處理設(shè)備及工藝查找原因，采用節(jié)點(diǎn)耦合評價(jià)方法，對溫米污水處理裝置各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工藝效率進(jìn)行評價(jià)，最終確定溫米污水處理系統(tǒng)水質(zhì)超標(biāo)的主要影響因素。

1.1 來水水質(zhì)分析評價(jià)

對溫米聯(lián)合站集輸系統(tǒng)來水進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，主要測試指標(biāo)有離子含量、TOC[2]、懸浮物、含油、細(xì)菌、硫化物、含氧量、侵蝕性二氧化碳含量。

檢測數(shù)據(jù)分析：溫米水源偏酸性，pH值6.1，礦化度高達(dá)29 000 mg/L，IB大于2 500個(gè)/毫升，TGB大于2 500個(gè)/毫升，SRB大于2 500個(gè)/毫升，水中含有大量有機(jī)物，來水中TOC及總體機(jī)雜含量近三年大幅上升，TOC數(shù)值高達(dá)195 mg/L。根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)，溫米區(qū)域先后采用氮?dú)馀菽?qū)[3]、納米微球調(diào)驅(qū)、泡排等新技術(shù)試驗(yàn)，從2017年見效時(shí)間統(tǒng)計(jì)，不同驅(qū)油模式先后共注入有機(jī)藥劑564.3 t，無機(jī)藥劑3 570.1×104m3。

1.2 工藝現(xiàn)狀分析評價(jià)

采用節(jié)點(diǎn)耦合評價(jià)法[4]對溫米污水處理站700 m3接收罐、隔油池、調(diào)節(jié)池、生化池、沉淀池、過濾器等各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)分析，評價(jià)其節(jié)點(diǎn)單元處理效率。檢測數(shù)據(jù)分析，溫米各節(jié)點(diǎn)單元處理效率不足60%，尤其調(diào)節(jié)池、生化反應(yīng)池、沉淀池等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)效率低于40%；同時(shí)為保證溫米溫五區(qū)塊微生物驅(qū)油順利實(shí)施，停加殺菌劑、除氧劑，裝置出口水懸浮物、含油、鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌、腐生菌、腐蝕速率等指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。

2 優(yōu)化改造措施

2.1 污泥濃縮池工藝優(yōu)化

驅(qū)油模式變化導(dǎo)致來液油泥成分復(fù)雜、黏度增大，污泥濃縮池污泥泵因安裝高差造成有效揚(yáng)程損失。結(jié)合現(xiàn)用污泥泵抽吸揚(yáng)程，將污泥濃縮池出水管線引入地下污泥泵房，降低污泥泵抽吸高度，提高污泥泵收油排泥效率，減輕各節(jié)點(diǎn)單元的浮油、底泥對下游生化池微生物的影響（見圖1）。

2.2 調(diào)節(jié)池工藝優(yōu)化

調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)計(jì)ABS空氣曝氣系統(tǒng)及沖洗接頭，根據(jù)水壓及曝氣強(qiáng)度計(jì)算，曝氣管線距底部安置距離定為30 cm，支撐采用防腐水泥澆柱體，1根/米；根據(jù)曝氣量及現(xiàn)有曝氣風(fēng)機(jī)排量，對曝氣孔密度進(jìn)行設(shè)計(jì)，曝氣孔距20 cm、孔徑20 mm；曝氣管線可定期接消防水高壓沖洗，保證調(diào)節(jié)池均勻曝氣，一方面防止污泥沉積，促進(jìn)來液油水分離，提高溶解油去除率，另一方面增加了下游污水的可生化性（見圖2）。

圖1 污泥濃縮池工藝優(yōu)化

圖2 調(diào)節(jié)池工藝優(yōu)化

2.3 生化池工藝優(yōu)化

吐哈油田溫米生化污水站采用了“生物膜接觸氧化法”工藝[5]，依靠濾料上的好氧生物膜凈化污水中溶解油、乳化油等有機(jī)物。溫米生化現(xiàn)場運(yùn)行時(shí)，常伴有大量浮油進(jìn)入生化反應(yīng)池，現(xiàn)有的喇叭口收油模式需通過人工進(jìn)行定期收集浮油，造成浮油長時(shí)滯留池內(nèi)，降低微生物去除溶解有機(jī)質(zhì)效率，增加下游乳化油處理難度。通過改造成縫隙式收油模式，提高收油速度，減少浮油滯留時(shí)間，降低生化池微生物油泥包裹窒息風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)選用組合式填料，提高氧的轉(zhuǎn)移速率和利用率，使水氣生物膜得到充分交換，提高微生物對有機(jī)高分子的針對性去除率（見圖3）。

圖3 生化池工藝優(yōu)化

2.4 水質(zhì)改性技術(shù)

針對溫米油田來水偏酸性，通過選取吐哈油田采購范圍內(nèi)的生石灰、碳酸氫鈉、燒堿、氫氧化鋁、硫酸鈣等離子調(diào)節(jié)劑作為溫米油田回注水系統(tǒng)中的pH值離子調(diào)節(jié)劑，篩選并評價(jià)其性能。

根據(jù)調(diào)節(jié)劑的化學(xué)組分及酸堿反應(yīng)，碳酸氫鈉會(huì)增加污水中二氧化碳含量，加速污水腐蝕速率；氫氧化鋁會(huì)導(dǎo)致污水中增加外來鋁離子，增強(qiáng)地層配伍性堵塞；硫酸鈣、生石灰會(huì)增加污水中鈣離子含量，加速污水垢體結(jié)晶速率。因此最終將燒堿定為溫米油田回注水系統(tǒng)中的pH值離子調(diào)節(jié)劑，對其投加濃度評價(jià)，調(diào)控污水pH值，增強(qiáng)絮體密實(shí)度，改善絮凝沉降效果，提高懸浮物去除率，降低系統(tǒng)腐蝕速率。

2.5 引進(jìn)物理紫外線殺菌裝置

為解決微生物驅(qū)停用化學(xué)殺菌劑導(dǎo)致細(xì)菌超標(biāo)的問題，結(jié)合現(xiàn)有工藝，引進(jìn)物理紫外線殺菌裝置，與之組成一套新的處理工藝進(jìn)行試驗(yàn)，使裝置出水細(xì)菌指標(biāo)滿足回注水要求。紫外線殺菌裝置能輻射出強(qiáng)紫外C光線，利用其紫外光能量破壞污水中的細(xì)菌、病毒以及其他致病體的DNA，使其失去活性，從而達(dá)到殺死細(xì)菌、病毒及其他致病體的目的。

為保證殺菌效果，經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)評價(jià)，將紫外線殺菌裝置安裝在整個(gè)污水處理流程末端二級過濾器出口，使紫外線殺菌儀過液機(jī)雜及含油量達(dá)到裝置進(jìn)口指標(biāo)，保持紫外線燈管透光率，提高裝置殺菌效果（見圖4）。

2.6 開展管網(wǎng)、單井清洗試驗(yàn)評價(jià)

開展管網(wǎng)、單井清洗試驗(yàn)評價(jià)，結(jié)合管損壓力、結(jié)垢狀況、區(qū)域條件，管網(wǎng)采用“管網(wǎng)沖洗+中性解堵+物理清管”組合沖洗模式，提高管網(wǎng)清洗效果；單井采用“流程+常規(guī)+帶壓”組合洗井模式，提高管網(wǎng)、單井清洗時(shí)效性，擴(kuò)大清洗模式選擇性，沿程水質(zhì)大幅改善。

2.7 防腐阻垢工藝研究

（1）優(yōu)化腐蝕監(jiān)測點(diǎn)，結(jié)合管網(wǎng)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)壓力分布，優(yōu)化注水管網(wǎng)腐蝕監(jiān)測點(diǎn)，取消無效監(jiān)測點(diǎn)1個(gè)，新增監(jiān)測點(diǎn)5個(gè)，提高系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)的覆蓋率和準(zhǔn)確率，為系統(tǒng)防腐阻垢措施研究提供依據(jù)。

（2）通過大量的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用評價(jià)，優(yōu)選出最佳防腐阻垢劑投加濃度：阻垢劑投加濃度控制在90 mg/L，防腐劑投加濃度控制在100 mg/L，可達(dá)到最大防腐阻垢效果。

（3）針對注水井管柱在1 500～2 500 m段結(jié)垢嚴(yán)重的問題，通過經(jīng)濟(jì)效益分析，將原先使用“修復(fù)油管”模式優(yōu)化為“新舊油管”組合模式，在1 500～2 500 m段，全部采用新油管，大大緩解了油管結(jié)垢縮徑現(xiàn)象，降低了管柱故障率。

（4）結(jié)合罐內(nèi)腐蝕情況、井筒工況、管柱參數(shù)、井下腐蝕結(jié)垢狀況，設(shè)計(jì)防腐阻垢裝置，在儲(chǔ)罐內(nèi)加裝犧牲陽極塊，井下管柱安裝防腐阻垢裝置，降低水質(zhì)的腐蝕結(jié)垢速率，延長系統(tǒng)使用壽命。

3 效果評價(jià)

（1）各池節(jié)點(diǎn)工藝優(yōu)化：2018年4月污泥池、調(diào)節(jié)池、生化反應(yīng)池工藝優(yōu)化先后投運(yùn)后，污泥池油泥處理速度加快，油泥抽吸液位由原先的2.5 m降至0.5 m，大幅度增加了各池排泥效率，增強(qiáng)污泥池緩存空間；調(diào)節(jié)池收油頻次及收油量由原先2次/周、1立方米/次增至4次/周，2立方米/次，減輕下游生化池浮油處理負(fù)荷，為油田增油2噸/月；生化反應(yīng)池微生物顏色發(fā)黃，觸感光滑，活性大幅提升，生化池出水有機(jī)質(zhì)由原先的6.9 mg/L降至0 mg/L。

（2）水質(zhì)改性技術(shù)：2019年2月開始投加離子調(diào)節(jié)劑后，來液pH值由原先的6.1偏酸性穩(wěn)定至中性7左右，沉淀池絮體礬花增大，下沉快，出水機(jī)雜由原先的35 mg/L降至9 mg/L。

（3）引進(jìn)物理殺菌裝置：2018年6月投用物理殺菌裝置后，裝置出口IB由原先2 500個(gè)/毫升降到10個(gè)/毫升，TGB由原先2 500個(gè)/毫升降到0個(gè)/毫升，SRB由原先2 500個(gè)/毫升降到6個(gè)/毫升；而且與早期投加化學(xué)殺菌劑相比，年節(jié)省費(fèi)用60萬元。

（4）各項(xiàng)措施相繼實(shí)施后，系統(tǒng)腐蝕速率由原先的0.26 mm/a降至0.02 mm/a；裝置節(jié)點(diǎn)處理效率大幅上升，系統(tǒng)機(jī)雜處理效率由69%達(dá)到98%，含油處理效率由83.3%達(dá)到100%，分別提高了29%和16.7%；礦場試驗(yàn)項(xiàng)目正常順利實(shí)施，裝置出口水質(zhì)達(dá)標(biāo)；注水系統(tǒng)沿程水質(zhì)得到大改善，井口含油“零”注入，機(jī)雜實(shí)現(xiàn)低值持續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；處理后裝置出口水質(zhì)達(dá)標(biāo)率由2018年的88%提高到100%，井口水質(zhì)達(dá)標(biāo)率由2018年的82%提高到目前的95%，分別提高了12%和13%。

圖4 污水處理+物理殺菌工藝流程

4 結(jié)論

本項(xiàng)目主要研究了多元驅(qū)模式下污水處理水質(zhì)不達(dá)標(biāo)分析方法及相應(yīng)處理工藝技術(shù)配套研究，以設(shè)計(jì)不同工藝、藥劑型號(hào)及濃度篩選方案，優(yōu)選出多元驅(qū)模式下的處理工藝配套技術(shù)。

（1）通過來水水性及節(jié)點(diǎn)處理效率分析，溫米驅(qū)油模式多元化導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)成分大幅上升，會(huì)降低普通水驅(qū)模式下污水處理裝置效率，增加污水處理難度。

（2）來水中前期的預(yù)曝氣油水分離技術(shù)可以提高污水中溶解油的去除效率，提高生化池微生物對有機(jī)質(zhì)針對性去除率，改善下游沉淀池絮凝沉降效果。

（3）多元驅(qū)油模式下水質(zhì)處理配套工藝的研究表明，水驅(qū)處理技術(shù)已不適應(yīng)多元驅(qū)油田水質(zhì)處理需求，必須加以改進(jìn)研究，才可滿足當(dāng)前水質(zhì)要求。