王圈联合站污水处理工艺优化研究

王彦龙，曹伟丽，郭 明，黄保军，屈撑囤

（1.延长油田股份有限公司定边采油厂，陕西定边 718600；2.延长油田股份有限公司子长采油厂，陕西子长 717300；3.陕西黄陵煤化工有限责任公司，陕西黄陵 727300；4.克拉玛依市三达有限责任公司，新疆克拉玛依 834000；5.西安石油大学，陕西西安 710021）

随着石油开发的加剧，油田废水伴随着增多，含油污水的外排已经成为环境污染的主要因素。环保问题以及淡水需求增加，使得油田含油污水处理技术要求提高。传统处理方法效率低投资大处理成本高，已经不能满足现在油田含油污水处理技术的要求。目前注水开发是有效的弥补地层能量以及提高采收率的重要方法，是油田开发开采的主要方式，能有效降低环境污染，节约水资源[1，2]。

定边采油厂污水处理工艺流程为：沉降、除油罐、三级过滤器过程，体系中的胶体粒子未被去除，因此处理后水难以达到回注标准。本文通过对水处理工艺中除油罐、絮凝沉降罐或气浮或生物池、过滤罐进出水、注水泵进口、注水井井口等构筑物及位置的悬浮物含量、各个离子含量、含油量、pH、细菌、铁含量、游离二氧化碳、粒径中值、含硫量等水质指标的分析测定，评价了该处理站的污水处理工艺流程的运行稳定性，得出运行稳定的优化处理流程。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

实验仪器：电子天平、pH计、测氧管、温度计、称量瓶、分光光度计、滤膜、微孔滤膜过滤器、细菌测试瓶等。

实验试剂：石油醚、无水乙醇、丙酮、碳酸钠、酚酞试剂、甲基橙试剂、铬酸钾、盐酸、无水醋酸钠溶液、铬黑T、硝酸银、氯化铵均为分析纯试剂。

污水取自王圈联合站污水处理站。污水不同位置的离子含量分析结果（见表1）。

1.2 实验方法

离子含量依据《油气田水分析方法》（SY/T5523-2000）相关规定进行，悬浮物含量、含油量等测定采用《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》（SY/T5329-2012）相关规定进行。采用激光粒度仪分析污水中的颗粒大小及分布，采用X-衍射仪测定污水结垢的垢型等。

2 结果与讨论

2.1 处理工艺中各构筑物运行稳定性评价

该站的污水处理工艺流程为：沉降罐污水→调节罐→提升泵→除油罐→缓冲罐→提升泵→油水分离器→纤维球过滤器→PE烧结管过滤器→注水罐，因此选择沉降罐出口、缓冲罐出口、油水分离器出口、过滤器出口、注水井进口位观察点，测定了悬浮物含量、含油量、腐蚀速率等。5天的测定平均结果（见表2）。水的粒径中值、溶解氧等分析结果（见表3）。

表1 离子含量分析结果

表2 各构筑物水质分析结果

表3 粒径中值分析结果

由表3中数据可看出，含油量及悬浮物含量五天平均值经过构筑物流程后有所降低，含油量由沉降罐处理后含油量平均值为359.66 mg/L降低到注水井口的59.46 mg/L；悬浮物含量从沉降罐出口的80.4 mg/L变化为注水井口的87 mg/L，腐蚀速率平均值均超过控制值0.076 mm/a，溶解氧除缓冲罐过高外，其它均相对较低；粒径中值虽有所降低，但在注水井口仍超过控制标准5倍以上。说明各构筑物除油及去除悬浮物效果不佳，腐蚀速率控制不达标，系统运行不稳定。为此，需要进一步分析各构筑物的运行状况。

2.2 油水分离器运行效果分析

油水分析器5天的分析数据（见图1、图2）。由图1得知，油水分离器进出口除油效果极差，五天跟踪测定中有四天出现反弹现象，进口水质含油从61.75 mg/L到414.99 mg/L，设计值为10 mg/L，进口水质严重不合格，说明除油罐效果也不佳，出口水质含油从49 mg/L到261.84 mg/L，设计值为5 mg/L，没有达到除油效果。连续采样中，油水分离器处理效果有4天连续反常，出水含油量、悬浮物均出现大幅度不降反升现象，分析原因一是可能是进水水质偏差，导致油水分离器填料被污染；二是反洗效果差、不彻底，影响处理效果。腐蚀情况与设计值相比，也出现偏高现象。

图1 油水分离器进出口含油量波动图

图2 油水分离器进出口悬浮物含量波动图

图3 过滤器除油效果图

图4 过滤器去除悬浮物效果图

由图2得知，对油水分离器进出口去除悬浮物效果，五天跟踪测定中，有两天出现反弹现象，进口水质悬浮物含量从49 mg/L到124 mg/L，设计值为10 mg/L，说明除油罐效果也不佳，出口水质悬浮物含量从16～92 mg/L，远高于设计值为5 mg/L。

油水分离器腐蚀速率五天数据中，进口平均值为0.122 7 mm/a，出口值为0.105 9 mm/a，远高于腐蚀速率控制值0.076 mm/a。

2.3 过滤器运行效果分析

该站利用纤维球过滤器和PE烧结管过滤器连用，该过滤设备适用于含油污水的深度处理，进水水质含油量和悬浮固体含量均应在10 mg/L以下，有利于提高产水率和延长滤料寿命，滤后水含油含杂量依然很大，纤维球过滤器进口设计标准含油量≤10 mg/L，悬浮固体含量≤10 mg/L，烧结管过滤器出口设计标准含油量≤3 mg/L，悬浮固体含量≤2 mg/L。

由图3、图4看出，过滤器运行过程中，出水含油从246.93 mg/L到217.37 mg/L，较标准设计值明显偏高，没有达到预期效果。出水质悬浮物含量偏高且远高于设计值2 mg/L，没有达到预期效果。出水腐蚀速率平均值为0.105 9 mm/a，也远高于控制指标（0.076 mm/a）。

从目前设备运行和处理效果来看：纤维球过滤应用效果并不理想，滤料污染严重、反洗效果差，每年仅更换一次滤料；由于纤维球滤床依靠自重生成滤床，随着过滤水压和过滤压差“自行”调节滤床密实性，目前大多站为间歇运行方式，加之运行负荷偏低，不利于弹性滤料形成合理密实过滤层，直接影响了过滤精度；每周反洗2次，大部分站反洗时不投加清洗剂，反洗时间相差较大（5～15 min），不利于发挥过滤器的性能[3-7]。

从表2、表3分析结果可以看出，缓冲罐运行基本正常，井口粒径中值为20.32 μm左右，高于设计指标2.5 μm。系统总体运行不稳定，构筑物及其流程需要改善。

2.4 污水处理工艺优化研究

按照以往经验[8，9]，预处理采用pH调节工艺并使水质pH值控制在7.5左右，除硫剂加量为30 mg/L，无机絮凝剂及有机絮凝剂加量分别为60、1.5 mg/L且间隔30 s，并在实验室采用60 L/h处理量的流动试验仪对该流程进行验证，实验结果（见表4）。

表4 模拟实验结果

由实验结果得出，污水经过自然沉降处理后，其含油量、悬浮物含量均大幅度降低，去除率达80%以上，经过絮凝处理后，进一步去除污水中的油分和悬浮物含量，总铁含量也大幅度降低，经过粗滤和精滤后污水含油量与悬浮物含量分别小于3 mg/L和2 mg/L，总铁含量小于0.5 mg/L，粒径中值小于2.0 μm，处理后污水能达到低渗透油层的注水水质标准。

3 结论

（1）污水处理流程中各构筑物出水的含油量、悬浮物含量均超过15.0、80 mg/L以上，系统腐蚀速率在0.1 mm/a以上；注水井口粒径中值超过10 μm。

（2）经过pH调节工艺并使水质pH值控制在7.5左右，除硫剂加量为30 mg/L，无机絮凝剂及有机絮凝剂加量分别为60、1.5 mg/L且间隔30 s时，污水含油量与悬浮物含量分别小于3 mg/L和2 mg/L，总铁含量小于0.5 mg/L，粒径中值小于2.0 μm。

（3）提出的污水处理流程优化方案为：来水→（pH调节剂、除硫除铁剂、絮凝剂）→反应罐（混合罐）→絮凝沉降罐→石英砂过滤器（粗过滤）→改性纤维球过滤器（精细过滤）→污水池→回注。

[1]郝超磊，贾万瑾，宣美菊.冀东油田污水处理工艺研究[J］.油气田环境保护，2005，15（3）：37-39.

[2]徐大树，张军，任向阳，张霞，高后正.油气田污水资源化处理现状及对策[J］.油气田环境保护，2005，（1）：26-27.

[3]崔斌，赵跃进，赵锐，等.长庆油田采出水处理现状及发展方向[J］.石油化工安全环保技术，2009，25（4）：59-61.

[4]张煜，曹瑛，胡志杰.油田采出水新型处理工艺技术应用及评价[J］.石油化工应用，2010，29（7）：70-72，76.

[5]黄战卫，毕凯，等.油田采出水的改性回注处理工艺研究[J］.西安石油大学学报（自然科学版），2010，25（6）：38-41.

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[8]张晓龙，张煜，屈撑囤，等.长庆油田池46联合站采油污水回注处理实验研究[J］.环境科学与技术，2011，34（3）：93-97.