离子调整旋流反应法污水处理技术在新疆油田的应用

唐 丽

(新疆克拉玛依职业技术学院，新疆独山子 833600)

离子调整旋流反应法污水处理技术在新疆油田的应用

唐 丽

(新疆克拉玛依职业技术学院，新疆独山子 833600)

新疆油田各采油厂长期注入不达标污水，给油田造成巨大伤害。通过应用离子调整旋流反应法污水处理技术及相关配套处理工艺，使新疆油田采出水经处理后达到注水水质标准。污水回用或回注，既节约了淡水资源，又降低了稠油开采能耗。综述了离子调整旋流反应法污水处理技术在新疆油田应用前后的采出水处理现状。

新疆油田;离子调整旋流反应法;污水处理技术

长期以来，新疆油田污水处理系统存在的突出问题是工艺不成熟、药剂不对路、处理成本高、管理难度大、采出水处理达标率较低。各采油厂长期注入不达标污水，给油田造成巨大伤害，主要表现为:注水井吸水指数下降，欠注井和注不进的井逐年增多且趋势加快，不得不采取增注措施;注水井分层注水率逐年下降，油田水淹、水窜严重，稳油控水难度加大;注水地面管线因结垢、腐蚀破损严重，注水井油套管腐蚀严重;下封隔器的井三、四年后修井时油管拔断的多，导致大修。针对这些问题油田公司技术部门从分析油田采出水水质特点、水处理药剂的反应机理、水处理药剂与原水的混合机理、絮体长大的机理及絮体沉淀的机理等方面入手，研究出了“油田污水离子调整旋流反应法处理技术”和配套处理工艺［1］，该技术适用于稀油和稠油采出水处理、稀稠油采出水混合处理以及地下水和地表水的混合处理。

1 应用新处理技术前采出水的现状和存在问题

1.1 基本现状

新疆油田公司所辖油田主要分布在准噶尔盆地西北缘、东部和腹部，地处戈壁荒原及沙漠，水资源十分贫乏。随着石油工业的发展，一方面，水的需求量增长很快，另一方面，油田生产过程中采出的污水量也急剧增加。1997年以前油田采出水处理站有一厂稀油污水处理站、二厂81#稀油污水处理站、二油库污水处理站(三厂污水处理站)和百联稀油污水处理站等，处理工艺及规模详见表1。

表1 1997年以前各污水站污水处理工艺情况表

由于当时的处理工艺技术不过关，加之新疆油田污水水质及水性复杂，稠油污水厂常常建设大型的蒸发场，污水靠蒸发处理，运行一段时间后，蒸发场水面上被油膜覆盖，极大地影响了污水的蒸发，且污染环境，威胁油田生产。另外，稀油采出水部分回注油田，部分排入蒸发场，外排稠油污水温度达60℃，造成水资源和热能的巨大浪费。在已建成的几座污水处理站中，只有百联站处理后的稀油污水基本达到注水标准。

由于处理后的净化水不合格，造成了水处理设备及注水管网的严重腐蚀;另外，各方面的数据都显示，长期注入不合格污水，新疆油田注水压力正逐年升高。

1.2 存在的问题

1.2.1 污水水质复杂

新疆油田部分油区污水性能指标如表2所示。

表2 新疆油田部分油区污水性能指标

从表2中可以看出，新疆油田采出水温度范围极大，最低的温度只有15～18℃，极不利于药剂反应，易造成投加药剂量大，且反向破乳效果差;油水密度差范围大，最小为0.081 1 g/cm3，最大为0.182 5 g/cm3;乳化严重，油珠粒径≤20 μm所占百分比最大为82.2%，由斯托克斯公式可知，自然沉降很难去除。

SRB(硫酸盐还原菌)最适应pH在7.0～7.5，控制SRB的方法之一就是突然改变SRB所处的环境，使细菌无法适应变化较大的某种环境，杀死细菌或抑制其生长繁殖。新疆油田污水pH在7.6～8.52，偏碱性，因此可通过调节pH控制SRB的生长环境。

1.2.2 混凝反应强度不够

新疆油田采出水处理工艺主要是物理—混凝—过滤法。1997年以前的含油污水处理设计规范只对反应时间进行了要求，而对反应强度及几种药剂投加时间间隔等均未做明确要求。规范要求混凝反应在混凝罐的中心反应桶中进行，混凝剂加在进水管上，进水管沿切线进入中心反应桶，絮凝剂加在中心反应桶内，这种设计中药剂虽有一定的扩散作用，但每种药剂的扩散强度不足。

1.2.3 缓冲罐使用欠缺

1997年新疆油田设计的重力混凝沉降流程依次为重力除油罐、混凝沉降罐、过滤罐，此工艺流程的重力除油罐出水管常常设计为高出水，在污水处理前段没有缓冲调节段，因此污水处理前段流程中必须留有缓冲调节污水水量及水质的设施。

1.2.4 药剂投加量跟不上处理系统水量及水质的变化

混凝沉降的关键就是通过投加化学药剂使小油珠或絮体长大而去除，而油田采出水每天的水量及水质变化较大，这会使药剂投加过量或药剂投加不足，造成出水水质不合格，投加药剂的浪费。油田采出水处理站的加药控制如果采用自动控制，则每年可省药剂费达千万余元。

1.2.5 设备及管线腐蚀严重

1993年改造的管线大部分埋于地下或放于管沟中，由于地下水位上升，管线都淹没在水中，造成管线严重腐蚀，管线经常破裂。油及污水管线破裂后进入管沟，而油浮于水面不易清除，成为稀油站的一大安全隐患。

药剂系统也腐蚀严重。如钢制的加药箱腐蚀严重，各药箱间的隔板已基本上连通，导致各种药剂在进入水处理系统前就已混合，无法按原投药工艺要求加药，影响了水质处理效果;柱塞加药泵及加药管线腐蚀严重、老化，使泵密封不严，正常加药困难;搅拌器磨损大，搅拌能力不足。从处理后的污水中悬浮物、油含量较高及细菌数超标来看，投加的药剂效果不好。所有这些一方面是污水的腐蚀性造成的，另一方面也是处理后的污水未达标造成的。

2 离子调整旋流反应法处理技术在新疆油田的应用

2.1 离子调整旋流反应法处理技术

通过深入分析污水的特性，结合国内最新的混凝反应动力学机理理论，采用混凝沉降工艺，采用管道破乳、微涡旋混凝沉降、小间距斜板分离、等面积配水及收水、等摩阻穿孔管排泥、流量环变频等新技术处理污水，形成了“离子调整旋流反应法处理技术”。

2.1.1 离子调整剂使用

“离子调整旋流反应法处理技术”的核心是采用离子调整的方法。向污水中加入特定的离子调整剂，调整水中有关离子的含量，除掉或减少某些引起腐蚀、结垢的离子，增加某些促进稳定的离子，并利用配套的工艺技术来实现破乳除油、除悬浮物、控制腐蚀结垢、抑制细菌生长、净化和稳定水质的目的。当加入离子调整剂后，胶体颗粒的电负性变小，乳化油与悬浮微粒形成的胶体体系的稳定性被破坏，从而使乳化油破乳、悬浮微粒相互碰撞聚集并长大，形成大的颗粒后沉降下来，这就是离子调整水质净化的基本原理。

2.1.2 高效旋流反应器的使用技术

针对新疆油田污水特性采用离子调整、加碱、加助凝剂的三段式药剂投加方式。为了让药剂与原水混合反应得更充分，当污水温度较低时，要求三种药剂投加时间间隔变长;药剂混合强度较大时，药剂用量就减小;反应时间和反应强度对处理效果影响明显，但间隔时间较低时，可通过提高强度来增强反应效果。

2.1.3 加药智能控制技术

以往加药量都是靠人工进行控制，所加的药剂难以做到与水量匹配，很难保证出水水质持续稳定达标。污水处理系统来水量总是随生产情况动态变化的，药剂本身的浓度也是有变化的，在药剂筛选对路、工艺设计合理的前提下，水质能否达标的关键环节是控制加药量。因此我们研制了水处理加药的智能控制系统。

2.1.4 过滤器的创新设计

为适应工程需要，研发了带压紧装置改性纤维球过滤器，此种过滤器的特点是过滤时水流压力对改性纤维球滤料自然形成缝隙反级配，截留机械杂质;反冲洗时改性纤维球滤料具有比表面积大、对悬浮物的拦截作用优良、亲水疏油反洗干净等特性;反洗完成后压紧装置将改性纤维球滤料压紧，初滤水直接是合格水，节约了水资源，经过带压紧装置纤维球过滤器滤后水质悬浮物含量小于2 mg/L(通常可小于1 mg/L)，达到了国内外精细过滤器出水标准。

2.1.5 斜板沉降罐的优化设计

设计的斜板罐中大量的絮体在斜板下面就聚结下沉了，减轻了斜板的集泥负荷，斜板一般不会跨塌。通过斜板罐处理后，出水水质悬浮物含量一般在4～8 mg/L，基本上达到了注水水质标准。

2.1.6 收油槽的创新设计

传统设计的污水罐收油槽位置高于工作液面，收油时要控制好水出口，提高整个罐的液位才能把油收出来，控制难度大，掌握不好还容易溢罐。本项目设计中降低了收油槽的高度，污水罐工作时收油槽浸没在浮油层里，收油时只要打开收油阀门就可把油收出来，且基本不影响污水罐出水。每次收油完成后，上液面还留有一层10 cm左右的油，有利于隔氧。

2.1.7 采用变频控制，保证处理系统稳定

从原油处理站来的含油污水水量受生产情况的变化影响很不均衡，来水量的波动势必会引起污水处理系统的不稳定。本技术对反应提升泵和过滤提升泵均采用变频控制，利用实时检测的进站来水量和提升泵前缓冲罐的液位数据，通过分析计算出提升泵合适的运行频率，对提升泵运行频率进行缓慢调整控制，以达到稳定处理系统的目的。同时采用变频控制也有利于节能降耗。

2.2 离子调整旋流反应法处理技术的应用

近几年新疆油田公司采用离子调整旋流反应法处理技术对不达标回注和排放处理站进行了改造，彻底改变了新疆油田污水靠蒸发的历史。2004年新疆油田采用离子调整旋流反应法处理技术的污水站情况见表4。

表4 新疆油田采用离子调整旋流反应法处理技术的污水站处理工艺情况

2.3 应用效果

以采油二厂81#污水处理工程为例。采油二厂污水具有水温低(18～20℃)、乳化油含量高等特点。为了优化设计，确保项目成功，进行模拟试验。

来自于700 m3接受罐的污水通过变频器控制泵的排量后，进入2.0 m3旋流反应器。在反应器中依次加入三种药剂，反应后的污水进入20 m3的缓冲罐，然后经过两级过滤，一级为改性纤维球过滤罐，二级为双滤料过滤罐，根据试验要求任意选择过滤装置，模拟试验工艺流程见图1。

试验流量为4.0～10.0 m3/h，单位体积污水药剂加药总量为350 mg，来水含油量在50～750 mg/L的范围内波动，处理后水质指标达到注水标准，处理后的水质情况见表5。该工程于2001年9月投产，已正常运行2年半，是全国低温油田污水处理的一大创举。

表5 水质十项指标化验结果

3 结论

从1997年到2003年底，新疆油田污水排放合格率、回注污水合格率大大提高，目前油田产出污水8.5×104m3/d，经过处理后回注稀油油田或外排的占总量的92%。污水重复利用率达到76.1%，污水处理率达到100%。年产生的直接效益达2亿多元，实现了新疆油田污水处理的历史性飞跃，离子调整旋流反应法处理技术的应用实现了环保与效益的统一、油田开发与环境保护的和谐。

［1］ 张宝田，刘福明.浮选技术在含油污水中的应用［J］.注水及水处理，1992，3(2):110－113.

Technology of Ion Swirl Reaction Treatment of Wastewater in Xinjiang Oilfield

TANG Li
(Karamay Vocational＆ Technical College，Dushanzi 833600，Xinjiang，China)

The oil extraction plants and the heavy oil companies in Karamay are old oilfields.As the non-standard sewage was injected into the oilfields for a long time，it caused great damage to oilfields.However，after the technology of using the ion swirl reaction to treat the wastewater in the oilfield and supporting the treatment process，the technology of produced water treatment has reached the injected water quality standards，national emission standards and water quality standards that backs to boiler in Xinjiang Oilfield;the reused or re-injected wastewater is to make use of wastewater heat to save the water resources and reduce the energy consumption of heavy oil.In this paper，produced water status was reviewed before and after the technology of using the ion swirl reaction to treat wastewater in Xinjiang Oilfield.

water quality indicators;ion swirl reaction;wastewater treatment

TE992.2

B

1008-9446(2012)02-0004-05

2011-10-19

唐丽(1965－)，女，上海嘉定人，新疆克拉玛依职业技术学院副教授，硕士，主要从事油田化学及钻井液技术研究。