油田含油污水處理技術研究與進展(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 重力分離法 浮油及分散油60效果穩(wěn)定，運行費用低，處理量大；占地面積大方法名稱適用范圍去除粒徑/181。m續(xù)表主要優(yōu)缺點粗粒化法 分散油及乳化油10設備小，操作簡便；易堵，有表面活性劑時效果差過濾法 分散油及乳化油10水質(zhì)好，投資少，無浮渣；濾床要反復沖洗吸附法 溶解油10水質(zhì)好，設備占地少；投資高，吸附劑再生困難浮選法 浮化油、分散油 10效果好，工藝成熟；占地大，藥劑用量大，有浮渣膜分離法 乳化油及溶解油60出水水質(zhì)好，設備簡單；膜清洗困難，運行成本高混凝沉淀法 乳化油10效果好；占地大，藥劑用量大，污泥難處理 電解法 乳化油10效率高；耗電量大，裝置復雜，有氫 氣產(chǎn)生，易爆超聲波法 分散油及乳化油 10分離效果好；裝置價格高，難于大規(guī)模處理 生物法 溶解油 10處理效果好，無二次污染，費用低；占地大目前,我國現(xiàn)場應用的采油污水處理有重力沉降分離、氣浮分離、化學混凝、粗粒化除油、旋流分離器和過濾等技術。由于各油田污水水質(zhì)差異較大,處理后凈化水水質(zhì)要求也不盡相同,因此各油田根據(jù)自身實際情況和注水要求來確定自己油田的污水處理工藝。現(xiàn)針對不同原水水質(zhì)特點、凈化處理要求,按照主要處理工藝過程可分為重力式收油、沉降、過濾流程：壓力式聚結沉降分離、過濾流程和浮選式除油凈化、過濾流程三種回注基本處理流程。另有出油、浮選、生物降解、沉降、吸附過濾流程用于排放處理。重力除油主要特點是利用油、懸浮固體和水的密度差,依靠重力進行油、懸浮固體和水的分離。該工藝由自然（或斜板）除油化學混凝—重力過濾等處理技術組合而成。此工藝20世紀七八十年代以前在我國各油田得到普遍應用,到目前為止依然是采油污水處理的主要工藝,占到我國采油污水處理設施的60%以上。該工藝,首先將污水經(jīng)過自然沉降罐除掉大部分浮油和一部分分散油及大顆粒懸浮固體,再經(jīng)混凝沉降去除大部分分散油和懸浮固體,最后經(jīng)多級過濾,出水水質(zhì)可基本滿足高滲透油藏注水需要。該工藝簡單,應用廣泛,其特點是對原水含油量變化適應性強,缺點是當處理水量大時,濾罐數(shù)量多,流程相對復雜,自動化程度低,適應于對注水水質(zhì)要求較低的油田。旋流（或立式除油罐）除油—聚結分離—壓力沉降—壓力過濾流程。該流程是20世紀80年代后期和90年代初才發(fā)展起來的，壓力式除油是基于斜板除油和粗粒化除油技術,與重力除油相比,它強化了工藝前段除油和后段的過濾凈化,脫水站送來的原水，若壓力較高，可進旋流除油器：若壓力適中，可進接收罐除油，為了提高沉降凈化效果，在壓力沉降之前增加一級聚結（亦稱粗粒化），使油珠粒徑變大，易于沉降分離。抑或采用旋流除油后直接進入壓力沉降。根據(jù)對凈化水質(zhì)的要求可設置一級過濾和二級過濾凈化。接收（溶氣浮選）除油—射流浮選或誘導浮選—過濾、精濾流程。浮選式除油[16]原理主要是利用油水間表面張力大于油氣間表面張力,油疏水而氣相對親水的特點,將空氣通入污水中,同時加入浮選劑使油粒粘附在氣泡上,氣泡吸附油及懸浮物上浮到水面從而達到分離的目的,氣浮法主要去除的是殘余浮油和不含表面活性劑的分散油。氣浮除油工藝是在20世紀90年代從國外引進污水處理裝置的基礎上,結合國內(nèi)各油田生產(chǎn)實際需求而發(fā)展起來的,在煉化含油污水處理中應用較多,實際工藝中取代混凝沉降設施。后端根據(jù)凈水回注要求可設一級過濾和精細過濾裝置。浮選流程處理效率高，設備組裝化、自動化程度高，現(xiàn)場預制工作量小。因此，廣泛應用于海上采油平臺，在陸上油田，尤其是稠油污水處理中也被較多應用。但該流程動力消耗大，維護工作量大。隔油—浮選—生化降解—沉降—吸附過濾流程。開式生化處理流程是針對部分油田污水采出量較大，回用量不夠大，必須處理達標外排而設計的。原水經(jīng)過平流隔油池除油沉降，在經(jīng)過溶氣氣浮池凈化，然后進入曝氣池、一級、二級生物降解池和沉降池，最后提升經(jīng)砂濾或吸附過濾達標外排。一般情況下，經(jīng)過上述流程凈化，排放水質(zhì)可以達到《污水綜合排放標準》GB89781996要求。對于少部分油田污水水溫過高，若直接外排將引起受納水體生態(tài)平衡的破壞。因此，尚需在排放前進行降溫處理：對于少部分礦化度高的油田污水，有必要進行除鹽軟化，適當降低含鹽量，以免引起受納水體鹽堿化。下圖是油田污水處理常見的幾種工藝，其中工藝3處理后外排；工藝4處理后回用作熱采鍋爐給水；工藝5處理后用于回注。工藝1工藝2工藝3工藝4工藝5圖21油田污水處理的工藝形式海塔油田污水具有腐蝕性不強、懸浮固體含量高、黏度較大、顆粒直徑較小等特點。結合合格回注的處理要求，所選擇的處理工藝應著重于除油及懸浮固體，擬采用物理、化學聯(lián)合處理的工藝，同時篩選出高效的水處理藥劑。海塔油田含油污水深度處理站宜采用懸浮污泥過濾的處理工藝。在今后的生產(chǎn)中，應積極對其進行水質(zhì)監(jiān)測，通過分析水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化處理參數(shù)，并對工藝進一步完善，使其達到更理想的處理效果。隨著對海塔油田開發(fā)的不斷深入，采出水水量不斷上升，為保證污水全部回注，避免污水外排，在過去近8年的時間里，已在海塔油田分別新建4座含油污水深度處理站。海塔油田已建含油污水深度處理站現(xiàn)狀見表23。表23 海塔油田已建含油污水深度處理站現(xiàn)狀名稱建設時間/年設計規(guī)模/m3/d實際處理量/m3/d負荷率/%主要處理工藝蘇一聯(lián)200235090橫向流聚結除油→兩級過濾呼一聯(lián)20032006700500400橫向流聚結除油→兩級過濾→雙膨脹精細過濾除油緩沖→懸浮污泥過濾→重力式石英砂過濾德一聯(lián)200540020451一體化氣浮除油裝置→雙濾料過濾器→雙膨脹精細過濾器德二聯(lián)20061 300350一體化氣浮除油裝置→雙濾料過濾器→雙膨脹精細過濾器根據(jù)開發(fā)提供的產(chǎn)水特性數(shù)據(jù)，分析海塔油田含油污水原水水質(zhì)指標，通過對污水水質(zhì)主要指標的分析可知，海塔油田含油污水的主要特點為：①污水的礦化度較低，氯離子含量較低，水質(zhì)腐蝕性不強；②pH ，呈弱堿性，有利于混凝沉降；③污水中固體懸浮物含量較高，為200 mg/l 左右；④污水溫度為45 ℃左右， ℃，有利于油水分離；⑤ g/cm3左右，有利于油水分離；⑥水中階段性含有部分洗井液、壓裂反排液（預處理后），后期有可能含有低濃度防膨劑，將導致原水黏度的上升，不利于沉降分離；⑦由于儲層屬低滲透及特低滲透，采出水中懸浮體顆粒直徑相對較小。針對以上水質(zhì)特性分析可知，海塔油田污水具有腐蝕性不強、懸浮固體含量高、黏度較大、顆粒直徑較小等特點。結合合格回注的處理要求，所選擇的處理工藝應著重于除油及懸浮固體，擬采用物理、化學聯(lián)合處理的工藝，同時篩選出高效的水處理藥劑。截至2009年9月底，呼倫貝爾油田共探明7個油田，主要含油層位為大磨拐河（1段、2段）、南屯組（1段、2段）、銅缽廟、興安嶺及布達特潛山油層， 地層平均空氣滲透率多處于（10～100）103μm2范圍內(nèi)，部分油田≤10 103μm2，局部區(qū)塊小于或等于1103 μm2。根據(jù)2005 年1月18日大慶油田公司開發(fā)部修訂發(fā)布的不同滲透率條件下的油田注入水最新水質(zhì)標準，海塔油田污水回注標準需執(zhí)行“2”水質(zhì)標準。可見，海塔油田對回注水質(zhì)要求較高，含油污水回注難度相對較大。 低滲透油田采出水處理回注技術是以物理方法為主、化學方法為輔的綜合處理技術。其處理工藝是圍繞除油、除懸浮固體、控制粒徑、殺菌、水質(zhì)穩(wěn)定5 個目標確定的。整個處理流程可分為三大部分：一是除油工藝，主要是分離采出水中游離及部分乳化的原油，同時去除部分大顆粒直徑的懸浮固體；二是過濾工藝，主要是去除水中懸浮固體及部分原油；三是輔助工藝，包括混凝、殺菌、水質(zhì)穩(wěn)定等。外圍低滲透油田經(jīng)過幾十年的實踐與改進，目前可適應外圍低滲透油田的水處理技術主要有以下4種工藝：（1） 兩級沉降、兩級壓力過濾工藝。該工藝原理是通過自然沉降罐中油珠不斷碰撞聚結成大油珠而去除，再通過在混凝沉降罐中投加混凝劑，增強油水相對密度差，去除水中大部分油珠，最后經(jīng)過兩級壓力過濾進一步去除水中較小油珠及懸浮固體，從而達到凈化水質(zhì)的目的。（2） 橫向流聚結除油、兩級壓力過濾工藝。橫向流聚結除油原理是含油污水首先經(jīng)過交叉板型的聚結板區(qū)，使分散的小油珠聚并成大油珠，小顆粒固體物質(zhì)絮凝成大顆粒，然后聚結長大的油珠和固體物質(zhì)通過具有獨特通道的變流速橫向流分離板區(qū)，使油珠浮至上板的底面，沿通道導入除油器的頂部進入油箱中，處理后的水沿水平方向流動進入水箱，最后剩下的細小油珠進入聚結元件區(qū)進行聚結分離。（3） 溶氣氣浮選除油、兩級壓力過濾工藝。溶氣氣浮的工作原理是在溶氣泵的入口處將空氣與水一同吸入泵殼內(nèi)，高速轉(zhuǎn)動的葉輪將吸入的水和氣旋切成小氣泡，小氣泡在泵內(nèi)的高壓環(huán)境下迅速溶解于水中，氣泡吸附攜帶污水中的油珠和微細懸浮物質(zhì)上浮使其與污水分離，以達到凈化污水的目。（4） 懸浮污泥過濾、重力石英砂過濾工藝（SSF）。SSF 懸浮污泥過濾裝置是一種在漸擴的罐體結構基礎上實現(xiàn)含油污水由快→漸慢→緩慢的水力流態(tài)變化，利用多次加入的凈水劑、絮凝劑和助凝劑，將含油污水中的懸浮物質(zhì)絮凝形成礬花絮體→絮凝體→絮凝體過濾層進行污水過濾的新型過濾設備。該工藝的主要流程是首先在來水管線上投加除油劑，進入除油罐將原水中浮油及大顆粒泥砂去除；在除油緩沖罐出水管線上依次加入凈水劑、絮凝劑后進入污水提升泵提升，使污水中部分溶解狀態(tài)的污染物和膠體顆粒（包括乳化油） 吸附出來，形成微小懸浮顆粒；在污水提升泵出水管線上加入助凝劑后再進入懸浮污泥過濾器，將污水中各種膠粒和懸浮顆粒凝聚成大塊密實的絮體，在懸浮污泥過濾器內(nèi)使絮體和水快速分離。以塔一聯(lián)2400m3/d含油污水處理站為例，對上述4種含油污水處理工藝進行投資及十年運行費用對比，技術經(jīng)濟對比情況見表24。表24 塔一聯(lián)含油污水深度處理站4種工藝技術對比對比項目兩級沉降橫向流氣浮選懸浮污泥過濾一次性建設投資/萬元2 2 2 2 年運行費用/萬元一次性投資及十年費用現(xiàn)值/萬元3 3 3 3 噸水處理運行成本/元由經(jīng)濟對比結果可知：橫向流、氣浮選及懸浮污泥過濾投資基本相當，與常規(guī)大罐沉降工藝相比節(jié)省投資約8%~10%；在后期運行費用上，橫向流由于設備數(shù)量少，耗電量及管理費用小，使其噸水運行成本最低。氣浮選和懸浮污泥過濾相當，各有優(yōu)勢：氣浮選的藥劑費用低于懸浮污泥，但由于氣浮前端需要增壓，且設備置于室內(nèi)采暖所需熱負荷略高于懸浮污泥；而傳統(tǒng)沉降由于濾前增壓、大罐伴熱等需求，加之80 mg/l 的絮凝劑投加量，其噸水運行成本高于其他3 種工藝。從實際建設及運行情況分析可總結出如下結論：（1） 呼一聯(lián)含油污水處理站建站初期曾考慮采用兩級沉降、兩級過濾工藝。但考慮到海塔油田地處高寒地區(qū)，且環(huán)境保護要求較高，此工藝方案設備數(shù)量較多，占地面積較大，現(xiàn)場施工周期長，因此不宜在海塔油田使用。（2） 橫向流聚結除油工藝主要應用于呼一聯(lián)一期工程和蘇一聯(lián)含油污水處理站。但是由于海拉爾油田屬水敏性油田，為滿足開發(fā)