微涡旋低脉动技术处理青海油田含油污水试验

莫志庭　赵　进　马建兵　何启阳　解统平　李昀龙　星占龙

1青海油田采油三厂　2青海油田采油二厂

微涡旋低脉动技术处理青海油田含油污水试验

莫志庭1赵进1马建兵1何启阳1解统平1李昀龙2星占龙2

1青海油田采油三厂2青海油田采油二厂

采用微涡旋低脉动技术对含油污水进行处理可以形成立体接触絮凝，增大含油污水的排放量及清洁度，在密实的微涡旋流的作用下，微涡旋低脉动技术将不断更新处理反应器的絮凝能力，从而有利于污水沉淀物的分解、分离及排放。青海油田乌南作业区位于柴达木盆地绿草滩，其油田含油污水处理过程中在水质沉淀区使用了微涡旋低脉动技术。逆向流水质沉淀区的表面负荷率稳定在6.5 m3/s的情况下，能够加快各项指标的污染物去除率，污染物去除率可高达75%以上；而顺向流水质沉淀区的表面负荷率稳定在5.8 m3/s的情况下，污染物去除率高达85%以上。微涡旋低脉动技术用于青海油田乌南作业区的含油污水处理，大幅度提高了污染物的去除率。

微涡旋低脉动技术；混凝；作业区；污水；工艺

微涡旋低脉动技术是污水处理的一级工艺，在现代的油田含油污水处理过程中具有技术指导性作用。青海油田乌南作业区的地理条件恶劣，且含油污水处理系统相对落后，立足于微涡旋低脉动技术对油田污水处理作用的特点，分析青海油田乌南作业区技术应用取得的成果，探讨微涡旋低脉动技术用于油田污水处理中的价值和意义。

1　污水处理工艺原理

乌南作业区某污水处理站含油污水经三相分离器后进入沉淀池进行初步沉降，随后污水进微涡反应池（处理水量65 m3/h），含油污水进一步沉淀后进入双滤料过滤器（双滤料过滤器共3组，滤速15 m/h），过滤后的污水储存在2个1 000 m3水罐中，处理后的含油污水经地面注水系统注入地层。

采用微涡旋低脉动技术对油田含油污水进行处理是结合给水工程、多相流动控制惯性理论，对混凝动力学的深入研究应用。且在混凝反应中，湍流剪切力是起决定性作用的动力学因素，对微涡旋低脉动技术的扩散作用提供离心惯性效应。新型的油田含油污水处理技术的发展（即微涡旋低脉动技术）还体现在设备上的突破，如：串联圆管初级混凝设备、小间距斜板沉淀设备、小网格反应设备等，在油田污水处理上将不同流向的含油污水混合同流，使其高速反应、快速分离，污水的处理效率更高［1］。采用微涡旋低脉动技术能使油田的污水处理量达到1 560 m3/d。图1为矩型微涡流反应池的工作原理。

图1　矩型微涡流反应池工作原理

当含油污水混凝反应被大量的涡流反应器控制时，上游的水流将呈絮体悬浮状，且在反应器内流速较小的情况下容易产生脱稳胶体效应，这样的含油污水处理系统要比传统的含油污水处理技术更加高效、清洁。采用微涡旋低脉动技术对含油污水进行处理可以形成立体接触絮凝，增大污水的排放量及清洁度，在密实的微涡旋流的作用下，微涡旋低脉动技术将不断更新处理反应器的絮凝能力，从而有利于含油污水的沉淀。

2　技术特点

（1）含油污水处理时混凝效率高，节省了资金成本。乌南作业区未使用该技术前日需投加混凝剂120 kg，药剂费用及人工费用较高。使用微涡旋低脉动技术，实现了油田含油污水高效率的凝聚和絮凝水力结合的优势互动，使其混凝效率大大提高，远远好于早期处理工艺。该技术将混凝反应器的反应时间缩短到5～8 min，污水处理量可以提高1～2倍，药剂用量减少到之前的30.3%，这样既节约了占地面积，又节省了投资成本。

（2）出水质量大幅提高。在混凝剂投加相同的情况下，由于立体接触絮凝，水的处理面积增大，而且絮凝体质量的提高也使得出水质量得到提高，未使用该技术前作业区含油污水最大处理量为45m3/h，使用该技术后含油污水处理量可达1 560 m3/h。在油田含油污水沉淀区体积不变的情况下，微涡旋低脉动技术使得产水量提高40%，且能保持出水浊度稳定在3度以下，滤池的工作周期延长，反冲洗的工作量大大减少。

（3）能够很好地适应水量、水质的变化。该作业区含油污水水质波动较大，污水来液量不稳定，液量较大时污水浊度在5～10度左右，早期处理工艺技术很难达到较好的处理效果。使用微涡旋低脉动技术处理高浊度水时可以使混凝剂的扩散加速，使处理的含油污水不易被其中大量的杂质胶体包裹而失去可利用活性；另外，即使混凝剂被杂质胶体包裹，在微涡流的作用下，其产生的絮体也很容易被破碎，从而形成新的絮凝能力。微涡旋低脉动技术同样有利于低浊度水的有效处理，虽然低浊度水中杂质胶体的数量少，但是只要碰撞，其凝聚效率就会下降，而涡流反应器能够去除立体接触絮凝中的杂质胶体。

（4）实施操作简便。微涡旋低脉动技术既适于新建油田含油污水处理，也适于传统工艺的改造。该技术对油田含油污水处理沉淀池的形状及与传统工艺的衔接没有什么具体要求，在施工操作上比较简便，只要能够将其与必要的设备隔开，反应器投入后就可以使用。

（5）运行稳定、混凝剂使用量少。早期该作业区含油污水处理过程中要添加大量的混凝剂，日投加量为120 kg。该作业区使用微涡旋低脉动技术处理油田含油污水后，与早期同等含油污水处理量相比，现每天仅需添加混凝剂80 kg。微涡旋低脉动技术能够使涡流反应器内腔中的活性絮体长期保持，不必每次污水处理都得投入混凝剂，就可以将其中的杂质胶体全部排除，在工作量减少的同时，还减少了资源的浪费，也使得污水处理操作变得简化，装置运行更稳定。

3　微涡旋低脉动技术的应用

青海油田乌南作业区位于柴达木盆地绿草滩，海拔高达3 000 m以上，作业区污水处理站含油污水中机杂含量为25～50㎎/L，含油量为20～30㎎/L，含硫量为15～40㎎/L，污水pH值为6.5～7.3，含油污水呈弱酸性。

青海油田乌南作业区的含油污水处理在水质沉淀区使用了微涡旋低脉动技术。沉淀区的污水处理受水力负荷情况影响，水力负荷与污水去除之间的关系见表1。

表1　水力负荷情况与污水去除之间的关系

从表1可以看出：逆向流水力沉淀区的表面负荷稳定在6.5 m3/s的情况下，能够加快各项指标的污染物去除率，污染物去除率可高达75%以上；而顺向流水力沉淀区的表面负荷率保持在5.8 m3/s的情况下，能达到污染物去除率高达85%以上的去除效果。

表1的数据显示：逆向流的水力表面负荷低于顺向流的水力表面负荷，从而得出顺向流的水力表面负荷更能承载水的冲击力，但是数据的微弱变化不能影响到水质的变化［2］。因此在逆向流表面负荷的设计中要为数据的变化提供发展空间。

另外，油田的含油污水处理要根据工程设计来实施，且在含油污水处理参数上要进行合理设定，具体的污水处理参数见表2。

表2　污水处理设计参数

污泥处理是油田污水处理中一个重要环节，而污泥处理不当会对环境造成二次污染，因此在油田的污水处理中要严格制定合理、科学的设计参数，以保障污水处理的效果［3］。

青海油田乌南作业区的含油污水处理运用了先进的微涡旋低脉动技术后，污水进入双滤料过滤器实现精细过滤。该技术的应用不仅降低了双滤料过滤器的处理负荷，同时提高了该作业区油田含油污水的处理能力，使污水水质机杂含量由之前的25～50㎎/L降低到3㎎/L，污水含油量由之前的20～30㎎/L降低到5㎎/L，满足《碎屑盐油藏注水水质推荐指标及分析方法（SY/T5329—1994）》规定的回注标准。

应用微涡旋低脉动技术对油田含油污水进行处理降低了乌南作业区的成本投入。使用微涡低脉动技术后该作业区日节省药剂40 kg，污水处理量较之前提高1～2倍，污水处理日节电2 000 kW·h。微涡旋低脉动技术作为一种环保型的污水处理技术，在油田含油污水处理方面减少了混凝剂的投入，减少了材质的购置费用，而且降低了混凝剂使用对空气、水的污染，保证了污水处理的质量。另外，微涡旋低脉动技术的应用降低了作业区的用电量，促进了油田污水处理资金的节约和资源的循环再利用。

微涡旋低脉动技术能够很好地适应水量、水质的变化。也就是说混凝的水力条件不是取决于水流的速度，而是依赖于涡流的形成。涡流为其提供充足的破碎杂质胶体的能力，且涡流的形成条件主要取决于流速的变化。需要强调的是，在大多数的油田含油污水处理的过程中，上向流微涡流混凝区是大量活性絮体的积累区，这些活性絮体的积累对水量、水质的变化具有实质性的缓冲作用。另外，在池水放空或停水期间，这些活性絮体不会排出池外也不会沉积板结，这就使得絮凝池的使用周期延长，可以间歇工作，从而保证使用寿命。微涡旋低脉动技术的应用周期变长，对整个作业区的含油污水处理具有长远的利益价值。

4　结语

微涡旋低脉动技术是一项既经济又实用，在油田含油污水处理方面具有重要意义的工业技术。微涡旋低脉动技术在污水处理上的几大优势包括：①油田含油污水处理的混凝效率高，节省了资金成本；②出水质量优于传统工艺下的出水质量；③能够很好地适应水量、水质的变化；④实施操作简便；⑤运行稳定，混凝剂使用量少；⑥设备使用寿命长，维护简单。这些优势的充分应用，将会对我国的油田勘探及相应的污水处理工作带来实质性的促进作用。

微涡旋低脉动技术用于青海油田乌南作业区的污水处理，极大地改善了污染物的去除率。但是油田含油污水处理不能盲目的进行开展，需要根据不同含油污水的性质以及相应的去污指标等来进行科学的去污设计。

［1］李怀印，李宏伟，王银周，等.微涡旋低脉动技术用于油田生活污水处理中试研究［J］.油气田地面工程，2003，22（5）：27-28.

［2］黄林平，李静，陈立功.微涡旋混凝技术处理低温低浊水［J］.东北电力大学学报，2006（6）：84-87.

［3］吴印强，曾顺鹏，曾刚，等.金属膜分离技术在冀东油田污水处理中的应用［J］.油气田地面工程，2013，32（11）：61-62.

（栏目主持杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.010

2015-05-11