含油廢水處理及綜合利用技術(shù)探索與實踐
技術(shù)支持
1 引言
中石化河南油田王集油氣開發(fā)區(qū)塊污水具有以下特點：礦化度為2500mg/L；COD為148mg/L；總硬度為213.6mg/L；總堿度為871.8mg/L；SRB為300～550個/mL。屬于NaHCO3陰離子水型，pH值在7.3～7.5，此外，水中含有S2-，易與重金屬離子生成難溶物質(zhì)，影響注聚效果，降低采收率。
污水處理末端的壓濾污泥主要特點是含水率高，含水55%～69%、含油3%～5%，含泥15%～26%。含油污泥中的石油類主要為重質(zhì)成分，含油污泥已被列入 危險廢棄物名錄（HW08），作為危險廢棄物進行管理。
為了落實 法律、法規(guī)，在降低生產(chǎn)成本和潛在風(fēng)險的基礎(chǔ)上，中石化河南油田開發(fā)了水質(zhì)凈化深度處理技術(shù)，此舉為落實中石化“綠色企業(yè)行動計劃”奠定了基礎(chǔ)。
2 油田污水深度處理一體化技術(shù)
2.1 預(yù)處理系統(tǒng)
2.1.1 技術(shù)特性
三相分離工作原理：來液經(jīng)氣液進口進入分離器本體，經(jīng)過整流器和重力沉降在一級捕霧器中實現(xiàn)三相初步分離。分離出的油水混合物通過落液管引流到分離室的底部，通過布液板對破乳油水進行水洗，破乳后液體因油水密度差，水進入水室，油進入油室。再通過填料室脫出水中油滴整流聚集進入沉降室，利用油水密度差沉降分離出油和水。原油翻過堰板進入油室，污水由導(dǎo)水管進入水室，通過油水出口排出分離器。經(jīng)一級捕霧器脫出的氣體整流時分離出較大粒徑液滴，再經(jīng)二級捕霧器分離出較大粒徑液滴，氣體經(jīng)氣路排出。分離出的液滴進入沉降室進一步分離。沉降室中的固相經(jīng)排污口排出。
絮凝沉降：絮凝沉降罐內(nèi)置熱水循環(huán)系統(tǒng)、集油收油系統(tǒng)、進出液系統(tǒng)，以及底部有多套排污系統(tǒng)，頂部有安全系統(tǒng)以及消泡劑添加系統(tǒng)。機理主要是利用重力沉降，分離后的油進入收油系統(tǒng)，水進入氣浮系統(tǒng)進一步深度處理。
預(yù)處理系統(tǒng)的指標(biāo)：含油量≤300mg/L，機械雜質(zhì)含量≤300mg/L。
2.1.2 關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點
預(yù)處理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點如下：
（1）投運前檢查本體結(jié)構(gòu)完好、儀表顯示正常、安全附件在有效期內(nèi)，試壓前拆除安全閥、穩(wěn)壓30min后壓力不下降為合格。
（2）投運前利用污水進行預(yù)熱，形成底部水預(yù)備層，以分離器1/3～1/2為宜。
（3）分離器壓力控制在0.2～0.3MPa。
（4）檢測陰極保護系統(tǒng)完好。
（5）及時添加破乳劑，確保合適的機械雜質(zhì)和含油量，不向下游氣浮系統(tǒng)傳遞處置壓力。
（6）定期排污，每次排污不少于3min。每隔6～9個月徹底清污。
（7）根據(jù)油水指標(biāo)來液特點，確定合適的油水界面。
（8）動態(tài)調(diào)整來液量大小，防止串油串氣發(fā)生。
（9）根據(jù)實際經(jīng)驗確定合適的油水界面，防止水中含油增加以及油中含水增加。
（10）避免藥品型號、濃度、添加方式不當(dāng)導(dǎo)致油水混層。
（11）升高原油溫度，調(diào)高自力式壓力調(diào)節(jié)閥的開啟壓力。
（12）關(guān)小上游來液量、協(xié)調(diào)天然氣壓力、保持分離器出口暢通可解決分離器壓力過高問題。
（13）調(diào)整自力式壓力調(diào)節(jié)閥壓力、確保浮球閥關(guān)閉嚴(yán)密可解決分離器油水室壓力過低問題。
2.2 氣浮系統(tǒng)
2.2.1 技術(shù)特性
污水氣浮處理的主要藥劑有聚合氯化鋁（凈水劑）和聚丙烯酰胺類陽離子聚合物（絮凝劑）。其中，聚合氯化鋁為無機高分子混凝劑，在水中溶解后，形成高電荷多羥基水合物，加入污水中后，對污水中的膠體和顆粒物及乳化油，通過壓縮雙電層、吸附電中和及吸附架橋、網(wǎng)捕等作用，使污水快速破膠脫穩(wěn)及油水分離，并通過對污水中的雜質(zhì)的吸附，形成較大礬花。加入的陽離子聚合物溶于水后，形成具有多種活潑基團的高分子長鏈，在進水室廢水和氣水混合物中釋放的微小空氣氣泡（氣泡直徑為30～40μm）混合，氣泡黏附在絮體上，快速上升的顆粒將浮到水面，上升較慢的顆粒由于重力作用則在波紋斜板分離器中分離，沉降的顆粒通過底部刮渣機清理，通過泥閥排出，水面浮渣連續(xù)通過刮渣機清理，通過排渣口排出到浮渣池，從而達到對水質(zhì)處理凈化的目的。
2.2.2 關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點
氣浮系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點如下：
（1）絮凝劑的配比要比來水的pH值以及機械雜質(zhì)值、含油量相匹配。藥劑的添加要實行動態(tài)管理，以氣浮系統(tǒng)上表面產(chǎn)生較大的礬花為主。
（2）溶氣比的調(diào)整要以氣浮系統(tǒng)上表面不過分翻浪花為主。
（3）液位要及時調(diào)整堰板高度，液位過高浮渣溢流，過低影響水質(zhì)。
（4）及時觀測浮渣顏色，泛黃則聚合氯化鋁加少，發(fā)白則聚丙烯酰胺加多。
（5）定期排污和排泥。
（6）定期清理氣浮系統(tǒng)內(nèi)部，尤其是斜板分離器內(nèi)部格柵孔洞。
（7）刮泥頻率要及時調(diào)整，過快容易使下層浮渣受剪切力影響出現(xiàn)紊流，影響水質(zhì)。
（8）溶氣釋放器要及時清理堵塞污垢。
（9）冬季運行時適當(dāng)增加溶氣比和回流壓力。
（10）協(xié)調(diào)上游來液平穩(wěn)操作，防止水量過大，氣浮系統(tǒng)處理不及時。
（11）加藥口與管式反應(yīng)器連接的部位易堵塞，應(yīng)及時清理。
（12）氣浮系統(tǒng)的指標(biāo)：含油量≤10mg/L，機械雜質(zhì)含量≤30mg/L。
2.3 回用系統(tǒng)
2.3.1 基本參數(shù)
雙濾料過濾罐（一級）內(nèi)含無煙磁鐵礦，粒徑為2mm，裝填高度30cm。多介質(zhì)過濾罐（二級）內(nèi)含磁鐵礦、核桃殼、石英砂，粒徑分別為0.1，1.2～1.8，1.8～2.2mm，裝填高度分別為20，60，30cm。兩級軟化裝置內(nèi)含弱酸大孔樹脂11t，樹脂層高度2m。
2.3.2 過濾技術(shù)特性
工藝流程分為工作（產(chǎn)水）、氣洗、水洗等。濾料在濾罐放置原則：根據(jù)其比重和粒徑的大小在過濾器罐體內(nèi)科學(xué)有序地分布，這樣的配比保證了過濾器在進行反洗時不會產(chǎn)生亂層現(xiàn)象，從而保證了濾料的截留能力。工作時，打開進水閥，從緩沖池過來的水由過濾器上部進入過濾器內(nèi)部，水中懸浮物由于吸附和機械阻流作用被濾層表面截留下來，從而得到澄清的水質(zhì)。反洗前氣洗時，打開排氣閥和反洗排水閥排盡罐內(nèi)積水，利用水環(huán)真空泵對罐內(nèi)濾料進行空氣擦洗，使附著在濾料上的機械雜質(zhì)得到初步分離。打開排氣閥和反洗進水閥、反洗出水閥對濾料進行反洗，以排除液清亮、無雜物為好。
2.3.3 過濾關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點
回用系統(tǒng)的過濾關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點如下：
（1）系統(tǒng)長期停運后，重新開啟時，要對濾料進行約10min的正洗，沖洗至出水清澈為止。
（2）進出口壓差＞0.05MPa時進行反洗。
（3）空氣擦洗的時間為15min以上，流量300～350m3/h。
（4）根據(jù)水質(zhì)的含油量與機械雜質(zhì)含量確定反洗的頻次。
（5）反洗時應(yīng)控制好反沖洗強度，應(yīng)避免濾料泄漏出系統(tǒng)。
（6）根據(jù)進水水質(zhì)的情況，應(yīng)定期更換多介質(zhì)濾料，一般8～12個月更換一次。
（7）一般情況下回用進口段的過濾器濾料承受負(fù)荷較大，濾料更容易污染，應(yīng)加大反洗頻次。
（8）注意每個過濾器過水量平衡，均勻過水。
（9）發(fā)現(xiàn)真空泵安全閥起跳時，考慮內(nèi)部篩管滲漏濾料進入篩管內(nèi)部憋壓。
（10）濾料板結(jié)時應(yīng)及時更換、緩釋阻垢劑，清洗劑要定時、定量加注。
（11）注意操作面板上的閥門開啟情況與現(xiàn)場是否對應(yīng)。
2.3.4 軟化裝置技術(shù)特性
當(dāng)飽和的大孔弱酸樹脂由于吸附了過多的鈣鎂離子失去軟化功能時，就應(yīng)當(dāng)立即再生。首先用酸再生：用3%～5%的鹽酸以增壓泵保持30～40m3/h的流量與樹脂上的鈣鎂離子進行交換，多余的H+和交換物進入中和池，至罐底部出水pH值為1～2時再生完成。保壓7～8h讓交換充分進行后再排酸、酸正洗，以排除液pH到7時完成酸正洗。中和池中的酸堿廢液中和以后排入污水池參與下一步污水處理。
2.3.5 軟化關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點
回用系統(tǒng)的軟化關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點如下：
（1）酸罐向計量罐進酸時，計量罐向外排空氣，在溢流管口可見白色酸霧溢出，因此為了員工健康必須佩戴防毒面具。
（2）進酸堿時，一定要佩戴橡膠手套等勞保用品，要有酸堿泄漏后能應(yīng)急處置的意識，流程要再三確認(rèn)正確性。
（3）操作面板上氣動閥閥門開啟狀態(tài)要與現(xiàn)場閥門狀態(tài)相吻合，注意部分閥門有延遲現(xiàn)象。
（4）中和池水位要足夠低，見底閥。中和池水位要保持低位常態(tài)化。
（5）反洗時要在底部進水口、上部出水口分別接水樣對比反洗水質(zhì)。
（6）中和池的水一定要隨時監(jiān)測pH值，發(fā)現(xiàn)偏離中性，一定要停止一切操作。
（7）反洗后一定要淋水，可節(jié)約1/3的鹽酸。
（8）酸堿正洗時，選擇合適流量。
（9）進酸堿時，剛開始pH值顏色變化慢，后期顏色變化呈現(xiàn)加速度。
（10）經(jīng)常檢測系統(tǒng)的氣密性防止泄漏。
（11）注意反洗強度，防止樹脂泄漏。
（12）每個軟化裝置過水量平衡，均勻過水。
（13）系統(tǒng)壓力異常時，應(yīng)立即停止回用水泵進行檢修。
（14）回用系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)：含油量≤2mg/L，機械雜質(zhì)含量≤2mg/L，硬度≤0mg/L。
2.4 殺菌曝氣系統(tǒng)
2.4.1 殺菌技術(shù)特性
殺菌劑采用1227高效殺菌劑，具有廣譜、高效、低毒的特點，對殺滅硫酸鹽還原菌有 。采用沖擊式加藥防止耐藥性發(fā)生。
2.4.2 微孔曝氣技術(shù)特性
該微孔曝氣裝置氣泡直徑微小，氣體液體分界面直徑小，氣液界面表面積大，氣泡擴散逸出均勻，孔眼堵塞的幾率小。曝氣裝置由曝氣器、布?xì)夤艿缽濐^等組成。曝氣時，在壓縮空氣的作用下，膜片鼓起，孔眼張開，進行布?xì)鈹U散。停止供氣，膜片孔隙閉合。
2.4.3 關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點
殺菌曝氣系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點如下：
（1）為保證氧利用率開孔直徑應(yīng)適當(dāng)。
（2）橡膠膜片應(yīng)選用耐老化、高強度材料。
（3）風(fēng)機宜選用離心式風(fēng)機，風(fēng)機進風(fēng)口必須有空氣過濾、除塵、清潔裝置。
（4）殺菌曝氣系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)：TRB（硫酸鹽還原菌）≤10個/mL，TGB（腐生菌）≤10個/mL，S2-≤0.5mg/L。
2.5 污泥處理系統(tǒng)
2.5.1 技術(shù)特性
板框壓濾：浮渣水從浮渣池通過浮渣泵進入壓濾機，壓濾機板由76塊濾板組成，在濾板的兩側(cè)內(nèi)表面覆設(shè)有滌綸濾布，前段有液壓站提供18MPa的液壓力將濾板緊壓在本體上，污水從中間流道進入濾室內(nèi)，由于濾布的截流分離作用，污泥被過濾到濾布上，污水通過水道進入污水池。
蒸汽除油：從板框下來的油泥進入分離池內(nèi)，池底盤有盤管內(nèi)通蒸汽，由于熱傳導(dǎo)作用，油泥中的油從泥中溢出實現(xiàn)初步分離。油通過泵回收，泥則送到離心分離系統(tǒng)進一步分離。
機械分離：油泥由進料口連續(xù)輸送到反應(yīng)罐內(nèi)，在離心機械力作用下，密度不同的液體形成同心圓柱，較輕的液相（油）處于上層，較重的液相（水、泥）處于下層。分離后污水通過污水回收泵回收，污泥進行下一步無害化處置。
熱相分離：含油污泥由進料口進入熱解系統(tǒng)內(nèi)隨轉(zhuǎn)動部件運轉(zhuǎn)，物料在絕氧和缺氧條件進行解吸、脫附，初步分離氣體在引風(fēng)機作用下導(dǎo)入油氣回收單元進行冷卻，使工藝氣體中的氣、液、固進行分離，冷凝物（油、水）收集到回收池中，實現(xiàn)固、液分離，剩余有機物被強氧化終至殘渣無害化。
2.5.2 關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點
（1）檢查機組是否充分接地，各儀表是否正常，機組各構(gòu)件螺栓是否緊固，管道各連接是否正確，控制開關(guān)有無失控，控制閥門是否正確開啟。
（2）板框的數(shù)量是否符合規(guī)定，禁止在板框少于規(guī)定數(shù)量的情況下開機工作。
（3）濾布有無破損，濾布孔比板框孔小且與板框孔相對同心。
（4）液壓站的工作壓力橡塑板框工作壓力不得超過20MPa。
（5）過濾壓力必須小于0.45MPa，過濾物料溫度必須低于80℃，以防引起滲漏和板框變形、撕裂等。
（6）蒸汽除油時，蒸汽量要與池內(nèi)污泥相匹配。
（7）采用低氮燃燒器，確保氣體外排符合環(huán)保要求。
（8）及時檢測燃燒室中的氧氣分析儀，確保氧含量達標(biāo)。
（9）嚴(yán)格執(zhí)行“氣鎖”標(biāo)準(zhǔn)，確保燃燒室氮氣含量達標(biāo)。
3 結(jié)論
當(dāng)油井來液進入三相分離器后，在破乳劑的作用下，通過整流器和重力沉降作用，氣體從捕霧器溢出，油進入油室、水進入水室后再進入絮凝沉降罐進行二次油水分離后進入氣浮系統(tǒng)。污水首 入管式混合反應(yīng)器，并在其內(nèi)投加絮凝劑（PAC）和助凝劑（PAM），污水中的細(xì)微雜質(zhì)及礬花被絮凝成較大的絮團，實現(xiàn)對水質(zhì)的快速凈化。在多介質(zhì)以及雙濾料過濾下，初步凈化的水中機械雜質(zhì)含量和含油量進一步降低。通過弱酸樹脂的進一步軟化，形成符合注汽鍋爐的軟化水。在殺菌劑的作用下，水中TRB和TGB達標(biāo)，不僅如此，通過微孔曝氣使回注水中含硫量進一步降低。浮渣池中的浮渣在板框壓濾作用下，初步實現(xiàn)油水泥分離。在離心機械作用下，水和油分別從各自出口排出。含油污泥進入熱解裝置內(nèi)隨轉(zhuǎn)動部件運轉(zhuǎn)，物料在裝置內(nèi)翻轉(zhuǎn)并向出料端運動，通過間接吸熱分解物料中的水分及油分，使其脫附。剩余有機物強氧化終至殘渣無害化。
2018年4月中石化啟動“綠色企業(yè)行動計劃”，以奉獻清潔能源、踐行綠色發(fā)展為理念，立足于“綠色發(fā)展、綠色能源、綠色生產(chǎn)、綠色服務(wù)、綠色科技、綠色文化”，大力推行清潔生產(chǎn)和污染防治，在此基礎(chǔ)上通過一體化的油田污水處理實踐與探索，實現(xiàn)開發(fā)和保護的和諧 ，為油田實施可持續(xù)發(fā)展及履行社會環(huán)保責(zé)任探索出一條新路。
