油田含油廢水處理工藝及設(shè)備
行業(yè)動(dòng)態(tài)
油田生產(chǎn)中產(chǎn)生的含油廢水種類很多，水質(zhì)差異也很大，本文介紹的處理工藝所處理的廢水呈黑褐色，表面有瀝青狀漂浮物，有刺鼻氣味，水溫高達(dá)70℃，據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，我國(guó)陸上油氣田每年產(chǎn)生這樣的高稠油廢水約640萬(wàn)m3。過(guò)去的做法是就地挖掘蓄水坑，靠自然蒸發(fā)或滲入地下的方法加以處理，對(duì)環(huán)境造成污染，尤其在汛期污染更嚴(yán)重。該種含油廢水經(jīng)本工藝處理后，其水質(zhì)可達(dá)回用水要求。
本工藝處理該種含油廢水的成本為0.79元/m3（指全部設(shè)備運(yùn)行的電耗、人工費(fèi)、設(shè)備折舊費(fèi)等）。
本套工藝處理量為15m3/h，總裝機(jī)容量為7.0kW，設(shè)備及土建安裝總投資56萬(wàn)元。
1 處理流程及其特點(diǎn)
1.1 處理流程
含油廢水中的油分以浮油、分散油、乳化油、溶解油的狀態(tài)存在。待處理的廢水首 入斜板隔油池。在這里，顆粒大于100μm的油滴浮于水面（油水分離），經(jīng)導(dǎo)油管流入集油池，回收后作為燃料油使用。本單元的油去除率為30%左右，大顆粒固體懸浮物在該單元沉降去除。
除去部分油分和大顆粒固體懸浮物的污水進(jìn)入除油過(guò)濾機(jī)。該單元石油類去除率為98%，同時(shí)截留顆粒大于15μm的固體懸浮物。除油過(guò)濾機(jī)出水水質(zhì)已有很大改善，水呈透明，只是略有顏色。
除油過(guò)濾機(jī)的出水進(jìn)入精密過(guò)濾機(jī)。精密過(guò)濾機(jī)可進(jìn)一步截留5μm以上的固相懸浮物和殘留油分，也作為下一單元超濾的預(yù)過(guò)濾。超濾對(duì)油分去除率為99.8%，COD去除率為96%，超濾的出水為凈化水，可重新使用。
整個(gè)流程還有一些反饋及輔助單元。如粗?；瘷C(jī)：接納除油過(guò)濾機(jī)的清洗水和超濾的濃縮液進(jìn)行油的濃縮；超濾清洗機(jī)：對(duì)超濾的組件進(jìn)行清洗，以達(dá)到再生目的。
1.2 特點(diǎn)
（1）適應(yīng)性強(qiáng)。整個(gè)系統(tǒng)由5個(gè)單元組成，生產(chǎn)運(yùn)行表明，對(duì)于高稠油廢水處理后用于低滲透油田的注水（固相物顆粒小于1μm）是有效的。另外還可針對(duì)廢水性狀和對(duì)出水水質(zhì)要求進(jìn)行不同的設(shè)備組合。
本系統(tǒng)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)串聯(lián)連接，在上、下游設(shè)備之間安裝中間儲(chǔ)液槽以便于調(diào)節(jié)設(shè)備間的流量匹配。
（2）占地少，生產(chǎn)周期短。各單元設(shè)備除超濾為外協(xié)供貨外，其它均為工廠生產(chǎn)，可現(xiàn)場(chǎng)快速拼裝，無(wú)需土建施工。
（3）處理效率高，無(wú)二次污泥。處理后出水可全部回收再利用，滿足多種工業(yè)用水要求，處理過(guò)程不產(chǎn)生相變。與一般的三級(jí)污水處理過(guò)程相比，既減少了污泥處理環(huán)節(jié)又可避免由此帶來(lái)的二次污染。
2 主要單元設(shè)備的功能及運(yùn)行參數(shù)
2.1 斜板隔油池
2.1.1 功能
本單元的功能是去除相對(duì)體積質(zhì)量大于1的雜質(zhì)和相對(duì)體積質(zhì)量小于1的重油。廢水流經(jīng)該單元時(shí)，由于斜板間狹窄通道的作用使固體顆粒迅速沉降和分離，又使油分迅速上漂和聚集，粒徑大于100μm的油滴被去除。
2.1.2 原理及運(yùn)行參數(shù)
斜板式隔油池（CPI油水分離器）是平行板式隔油池（PPI）的改良型。本裝置采用傾斜板，傾斜角為45°。板間距20～40mm。處理水沿板面向上流，水中的油滴也沿板面向上流，然后用集油管匯集排出。水中的固體雜物落入槽底部，處理后水從溢流堰排出。設(shè)備進(jìn)水含油量2100～2300mg/L；水力停留時(shí)間45min；過(guò)板雷諾數(shù)小于80；出水含油量2000mg/L；出水SS160mg/L。
2.1.3 主要特點(diǎn)
（1）整體為快速連接拼裝式箱體，便于運(yùn)輸轉(zhuǎn)場(chǎng)和改變處理水量。
（2）設(shè)備長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行后，斜板上會(huì)沉積一些重油和其他沉淀物，導(dǎo)致水流截面積的減少及除油效率下降。本裝置采用機(jī)械脈沖振動(dòng)裝置，定期清除沉積物。振動(dòng)的周期、振幅和頻率均可調(diào)，以滿足不同水質(zhì)的要求。
2.2 除油過(guò)濾機(jī)
2.2.1 功能及作用
過(guò)濾機(jī)兼有除油和過(guò)濾2種功能。其進(jìn)水含油量2000mg/L，SS160mg/L；出水含油量110mg/L，SS5mg/L。
除油過(guò)濾機(jī)為整個(gè)處理系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，在很多場(chǎng)合可以作為獨(dú)立的設(shè)備來(lái)完成任務(wù)。如當(dāng)進(jìn)水含油量小于600mg/L時(shí)，在適當(dāng)調(diào)整工作參數(shù)后，可一次處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.2.2 工作原理
除油過(guò)濾機(jī)由罐體，離心式渣漿泵，流態(tài)化噴嘴等主要部件組成，外接電接點(diǎn)壓力表發(fā)出信號(hào)控制5個(gè)電控截止閥（FD1～FD5）的開關(guān)。濾料為對(duì)油分有較強(qiáng)吸附作用的果殼。罐體上部安裝的電控截止閥定期開啟，以便排出聚集的油分。
正常過(guò)濾時(shí)廢水從罐上部進(jìn)入，通過(guò)濾床過(guò)濾后由罐下部排出。當(dāng)濾料需要再生時(shí)，經(jīng)過(guò)流態(tài)化、排污、穩(wěn)床和清洗4個(gè)步驟。①流態(tài)化：渣漿泵開啟，將濾料及廢水的混合液吸入并經(jīng)流態(tài)化噴嘴射出。在該過(guò)程中吸附于濾料上的異物得以充分脫落。②排污：濾料與附著物充分脫離后，渣漿繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。目的是擴(kuò)大濾料之間的間距。此時(shí)廢水從罐下部進(jìn)入，將脫離后的附著物沿罐上部的中心管排出。③穩(wěn)床：濾料沉降，形成再生后的濾床。④清洗：將濾床下部的廢水排出。
2.2.3 設(shè)計(jì)
近代過(guò)濾理論認(rèn)為，過(guò)濾的機(jī)理是機(jī)械篩除、固相物沉降水合吸附及范德華引力等綜合作用的過(guò)程。按這一理論研制的濾床極大地提高了吸附能力，并為濾料再生過(guò)程中進(jìn)行油的粗?；峁┛赡?。本過(guò)濾機(jī)當(dāng)進(jìn)水含油量為588mg/L時(shí)，去除率達(dá)98.3%。
（1）濾床的集水裝置。普通過(guò)濾過(guò)程要求集水裝置能防止濾料流失，降低反洗阻力，反洗時(shí)集水的水頭損失如下式：
hc=[uB/（α·β）]2/2g
式中hc——水頭損失，m；
uB——反沖洗強(qiáng)度，m3/（m2·s）；
β——集水裝置開孔面積與濾層面積比；
α——集水裝置流量系數(shù)。
其中uB，β據(jù)工作特點(diǎn)和濾層條件確定后，提高流量系數(shù)α，是降低阻力的途徑。
研制的過(guò)濾機(jī)，反沖洗是靠濾料流態(tài)化完成濾層上部截留物和濾料吸附的油污，經(jīng)反洗離心式渣漿泵和特殊設(shè)計(jì)的流態(tài)化噴嘴的作用被脫掉。在此過(guò)程中，由于整床濾料的充分?jǐn)_動(dòng)，顆粒間強(qiáng)烈摩擦碰撞，使水中油分粗?；蟾患谶^(guò)濾機(jī)頂部自動(dòng)排入回收單元。因此，集水裝置應(yīng)滿足在濾料再生時(shí)其自身能得到徹底清洗，長(zhǎng)期運(yùn)行濾料磨損后不致流失。
過(guò)濾時(shí)，水流由外向內(nèi)通過(guò)漸縮截面，清水流量系數(shù)α=0.7。瞬間形成一梯形槽狀附加濾床，當(dāng)濾料磨蝕后亦不致流失。反洗時(shí)水流方向相反，濾料得到徹底清洗。
（2）濾床的濾層。濾層的規(guī)格包括濾料材質(zhì)顆粒組成和深度的合理確定。濾層深度可理解為被去除物的穿透深度和一個(gè)保護(hù)厚度之和，它與濾料的顆粒組成濾速和預(yù)處理都有關(guān)系。濾層的組成是過(guò)濾工作好壞的關(guān)鍵，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)纖維球?yàn)V料和新型輕質(zhì)燒巖濾料的研究及應(yīng)用取得了滿意的效果。受這些成果的啟發(fā)，本工藝濾料采用天然果殼加工而成。與石英砂相比，破碎后的顆粒為多尖角形，具有體積質(zhì)量小、比表面積大，相同顆粒組成時(shí)，空隙度大等特點(diǎn)。使吸附作用得以提高，并易于進(jìn)行流態(tài)化反洗過(guò)程。
2.2.4 特點(diǎn)
除油及過(guò)濾能力強(qiáng)，濾料再生效果好，濾料不流失，無(wú)清水損耗；整機(jī)全自動(dòng)運(yùn)行；易損件壽命長(zhǎng)。
2.3 自清洗式精密過(guò)濾機(jī)
2.3.1 功能和作用
自清洗式精密過(guò)濾機(jī)是超濾機(jī)的預(yù)處理裝置。除油過(guò)濾機(jī)的出水，經(jīng)精濾機(jī)過(guò)濾后進(jìn)入超濾機(jī)。來(lái)水SS為5mg/L，出水SS為2.3mg/L，固相顆粒粒徑為5～10μm。
2.3.2 組成及工作原理
精密過(guò)濾裝置是由喂液泵，調(diào)節(jié)貯槽，電接點(diǎn)壓力表，PLC控制裝置，氣動(dòng)膠管閥和過(guò)濾器本體組成。精濾器罐體等部件采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼材料制成，內(nèi)部采用聚丙烯纖維作濾元，兼有除油功能。正常過(guò)濾狀態(tài)時(shí)：由喂液泵供待處理水，經(jīng)過(guò)過(guò)濾機(jī)濾芯過(guò)濾，從出水管流出給超濾機(jī)，此時(shí)氣動(dòng)膠管閥關(guān)閉。反沖狀態(tài)時(shí)：當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)濾后，濾芯堵塞，根據(jù)濾元內(nèi)外壓差，由電接點(diǎn)壓力表反映出來(lái)，同時(shí)給PLC發(fā)電信號(hào)，PLC給反沖電機(jī)和氣動(dòng)膠管閥發(fā)電信號(hào)。反沖洗電機(jī)帶減速機(jī)及轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)反洗，氣動(dòng)膠管閥打開排出反洗污水，反沖洗排水進(jìn)入斜板隔油池。當(dāng)濾元內(nèi)外壓差降低后，電接點(diǎn)壓力表再發(fā)電信號(hào)給PLC，PLC使反沖洗過(guò)程結(jié)束，恢復(fù)到正常過(guò)濾狀態(tài)。
2.3.3 特點(diǎn)
（1）過(guò)濾器由PLC控制，全部過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
（2）獨(dú)特的反沖洗裝置：反沖過(guò)程中，減速器帶轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，使2個(gè)或3個(gè)濾元自動(dòng)改變進(jìn)出水流方向，從而達(dá)到連續(xù)出水并自動(dòng)反沖洗。
（3）過(guò)濾器的法蘭塊是特殊設(shè)計(jì)，使濾元安裝孔的分布圓直徑縮到極小，這樣轉(zhuǎn)盤直徑也同樣減小，目的是為了減少摩擦力和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。減小了電機(jī)和減速器功率，達(dá)到了節(jié)能、使用可靠、壽命長(zhǎng)、故障少的效果。
2.4 超濾機(jī)
本超濾機(jī)為外協(xié)提供的管式超濾器（試驗(yàn)機(jī)）。
2.5 旋轉(zhuǎn)噴嘴式粗?；蜋C(jī)
2.5.1 作用
粗?；蜋C(jī)（簡(jiǎn)稱粗?；瘷C(jī)）接納斜板隔油池的上部浮油出口及下部排污口、除油過(guò)濾機(jī)上部浮油出口以及超濾的濃縮液出口的來(lái)液。來(lái)液的油分較高，且含有少量固體懸浮物。來(lái)液中90%的油分和絕大部分固體懸浮物被粗?；瘷C(jī)滯留。粗?；瘷C(jī)的出水水質(zhì)優(yōu)于斜板隔油池的出水，因此，粗?；瘷C(jī)的出水進(jìn)入除油過(guò)濾機(jī)的入口。粗粒化機(jī)為間歇式工作。
2.5.2 結(jié)構(gòu)和工作原理
粗粒化機(jī)是由上下2部分組成的圓柱型罐體，罐豎直放置。罐上部為入口，下部為出口。
罐的上部放置2個(gè)電加熱器，目的是為進(jìn)入罐的來(lái)液加溫。
罐上部的來(lái)水管出口接入一個(gè)旋轉(zhuǎn)式噴嘴，目的是使來(lái)液在進(jìn)入罐內(nèi)時(shí)能充分碰撞，極大限度地使油分聚集。
罐的下部放置填料及防填料流失裝置，從上往下依次為：篩網(wǎng)，聚苯乙烯片，吸油用聚丙烯材料（圓片形），粒徑在1.2～2.0mm之間的焦炭顆粒，隔板及濾水帽。
當(dāng)儲(chǔ)液槽中的來(lái)液充滿后，粗粒化機(jī)開始工作（儲(chǔ)液槽充滿后可由液位計(jì)給控制微機(jī)發(fā)訊，微機(jī)發(fā)指令使喂料泵開啟和相關(guān)閥門開關(guān)）。喂料泵將來(lái)液經(jīng)FD3送到罐上部，由旋轉(zhuǎn)噴嘴進(jìn)入罐內(nèi)，再通過(guò)填料床由罐下部流出，經(jīng)閥門FD6又返回儲(chǔ)液槽。此階段加熱器為來(lái)液加溫，來(lái)液中的油分被填料阻隔。下一步，閥門FD6關(guān)閉，FD5打開，出水由罐體下部經(jīng)閥門FD5進(jìn)入除油過(guò)濾機(jī)。當(dāng)儲(chǔ)液槽中的來(lái)液全部處理完畢后，粗?；瘷C(jī)停止工作，等待下一次工作。當(dāng)罐內(nèi)上部油已達(dá)到預(yù)定量時(shí)，油位傳感器發(fā)訊，設(shè)備進(jìn)入出油、反洗階段。出油：FD1打開，罐內(nèi)聚集油在重力作用下，經(jīng)FD1流出進(jìn)入集油箱，送至使用場(chǎng)地（燃料油）。加熱槽油全部流出后，FD1關(guān)閉，FD2打開，FD3，FD5，FD6關(guān)閉，FD4，FD7打開。喂料泵從特設(shè)的加熱槽中吸水，熱水經(jīng)FD4進(jìn)入罐下部，逆向通過(guò)填料層，對(duì)填料層進(jìn)行反洗，反洗水經(jīng)FD2流入斜板隔油池。
3 結(jié)語(yǔ)
油田含油廢水?dāng)?shù)量多，分布廣，對(duì)其進(jìn)行有效處理并再次利用具有很好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
希望通過(guò)本研究成果的應(yīng)用在油田含油廢水或特性相似的其他含油廢水（如機(jī)械加工的冷卻液等）處理中起到積極的作用。
