SSF悬浮污泥混凝沉降技术的设计优化

王丙贤

【摘 要】SSF悬浮污泥混凝沉降技术采用投加混凝剂使污水中部分溶解状态的污染物、胶体颗粒吸附出来，形成微小悬浮颗粒，从污水中分离出来。依据旋流和过滤水力学等流体力学原理，在SSF污水净化器内使絮体和水快速分离，形成悬浮泥层，污水经过罐体内自我形成的悬浮污泥层吸附、拦截之后，达到标准。

根据对辛102污水站进行的水质化验分析，污水来水矿化度较高，沿程垢物析出污染水质，造成悬浮物含量增加，水质不稳定。运用SSF悬浮污泥混凝沉降技术对辛102污水站实施技术及工艺流程改造，保证处理后污水达标。

【关键词】悬浮污泥混凝沉降；工艺原理；水质特征；采出水处理

1、前言

目前我国大部分油田已经进入了三次采油期，聚合物驱和三元复合驱采油技术的发展导致油田污水性质发生了显著的变化，同时油田采出水经过多次回注，悬浮物粒径越来越小，导致油田污水过滤处理难度加大。现阶段国内外大部分油田采油过程中产生的含油污水处理方法主要为：除油 混凝沉降 过滤。混凝沉降是整个污水处理过程中的核心部分，混凝沉降阶段的效率直接影响到出水的水质。目前提高混凝沉降效率的方法主要是采取多加药剂。但是增大药剂量后虽然在一定程度上提高了混凝沉降效率，也带来了负面的影响。增大药剂投加量后会使生产运行成本增加；产泥量变多；没有反应完的药剂在管道内残留，有可能产生腐蚀。我们也一直致力于提高混凝沉降效率方面的试验和研究。SSF悬浮污泥混凝沉降技术在一定程度上能够避免上述问题，同时对混凝沉降效率也有明显的提高。

2、SSF悬浮污泥混凝沉降工艺原理

SSF（Suspended Sludge Filtration）悬浮污泥混凝沉降技术缘于SPR高浊度污水净化系统，其机理和给水处理中水力循环澄清池类似，核心包括加药沉降部分和污水净化器，所以SSF污水净化处理技术是一种物理、化学结合的方法。

2.1 SSF悬浮污泥混凝沉降机理

SSF悬浮污泥混凝沉降工艺的核心部分SSF污水净化装置，打破了传统的静态滤料机械过滤模式，巧妙设计符合Stokes定律和同向凝聚理论，通过絮凝增大颗粒直径，可提高颗粒沉降速度。

2.2 Stokes定律

水中颗粒悬浮物的沉降速度可以用Stokes定律描述（当Re≤2，呈层流状态）。

式中，u—颗粒沉降速度； ds—颗粒直径；ρs、ρl—颗粒和液体的密度；μ—液体黏度，N·S/m?。[1]

2.3 同向凝聚理论

使细小颗粒凝聚长大的作用是因流体扰动使颗粒之间碰撞而结合的结果称之为同向凝聚。若有效碰撞分数为ap，水中相碰撞的粒子为同一种颗粒，则因有效碰撞使颗粒减少的速率可以用公式：

式中ap—有效碰撞分数，Z—颗粒直径。[1]

依据Stokes定律和同向凝聚理论，可以得出，当加药后的污水由底部进入SSF固液分离组件，由于组件的特殊构造，水流方向发生很大变化，造成较强烈的紊动。在固液分离组件下部的底层里，絮凝作用已基本完成。絮凝形成的污泥颗粒在不断上升的过程中，密度越来越大，流速越来越小。慢慢开始沉降的污泥顆粒还会被罐底不断涌入的污水的上升水流所推举，随着污泥颗粒由下向上运动 ，使泥层的下表层不断增加、变厚；同时 ，随着过滤水力学原理形成的罐体的旁路流动 ，引导着悬浮泥层不断流入中心接泥桶 ，上表层不断减少、变薄。当颗粒的重力与向上的推举力平衡时，污泥保持动态的静止，于是形成一个有化学活性的悬浮污泥层[2]。悬浮泥层厚度为动态平衡状态，所有经过混凝的污水都必须通过此悬浮泥层，才能升流到罐体上部的清水汇集区。

当混凝污水由下向上穿过此悬浮泥层时 ，此絮体滤层靠界面物理吸附和电化学特性及范德华力的作用 ，将悬浮胶体颗粒、絮体、细菌菌体等杂质全部拦截在此悬浮泥层上 ，再依靠旋流和过滤水力学等流体力学原理 ，使絮体和水快速分离 ，使出水水质达到排放和回注的要求。[1]

3、SSF悬浮污泥混凝沉降工艺流程

SSF悬浮污泥混凝沉降技术在油田采出水处理中常用流程。油田采出水重力流流入一次除油罐，在进水管线上投加除油剂，浮油及乳化油在沉降罐中可去除80%以上。一次除油罐出水重力流进入SSF悬浮污泥混凝沉降装置，在装置前安装混合器。在混合器进水管线上投加净水剂和絮凝剂，在混合器后的管线上投加助凝剂。污水与药剂经混合器充分混合后直接进入SSF悬浮污泥混凝沉降装置。污水在装置内完成反应、絮凝、沉淀、和污泥浓缩全过程，净化后出水进入缓冲罐，由提升泵提升至过滤装置，达标后的水进入注水罐后回注。

4、SSF悬浮污泥混凝沉降工艺在东辛102污水站的优化设计

4.1 102污水站改造后的工艺流程

根据东辛西油田一体化治理要求，东辛102污水站所辖的中低渗油田注水

要求升到B2级标： OIL≤10mg/L，SS ≤4mg/L 。

根据东辛采油厂提供的数据，东辛西油田10年指标预测可以看出，至2021年该油田产出污水量达到最高21660m?/d，考虑该油田洗井水等其它水量1300m?/d，本次设计规模确定为23000m?/d。考虑其它用水，取时变化系数取1.03，则其设计计算流量为

988m?/h。

针对102污水站外输水具有不稳定、腐蚀性的特点，为保证注水水质达标和设备、管网长期运行，经《可行性研究报告》论证，最终确定东辛102污水站改造采用“自然除油+电化学预氧化+SSF+过滤”处理工艺。

改造后的主要工艺流程为：油站来水→一次除油罐→提升泵→电化学预氧化处理装置（2台）→混合反应器（3台）→悬浮污泥罐（3座）→缓冲罐→外输泵→金刚砂过滤器（10台）→至注水站

4.2 102污水站改造后优化的工艺流程

本工程中新建一台悬浮污泥罐，与前两座并联运行，使来水尽可能平均分配到各罐，有利于来水量均衡的控制 。并采用单点加药，充分发挥药效，提高混凝沉降效率。

本工程采用电化学预氧化技术可以有效去除Fe2+ 、CO2、HCO3-并且Ca2+、Mg2+等成垢离子同时也有一定量的减少，减缓了该站污水的腐蚀结垢趋势，有利于污水水质指标的稳定。

本工程中3座悬浮污泥罐，每座悬浮污泥罐的处理水量可达到8000m?/d。通过悬浮污泥罐的吸附、沉降、和过滤流程，罐出水水质达到含油量≤15mg/L， 悬浮固体≤15mg/L的指标，达到进入精细过滤的水质条件，通过设置的金刚砂精细过滤阶段，保证了出水水质达到B2级标准。同时还配套建设污泥储存和脱水系统，解决SSF装置的稳定排泥问题，确保系统的稳定运行，同时避免污泥在系统累积造成水质二次污染。

5、SSF悬浮污泥混凝沉降技术的应用前景

5.1 SSF悬浮污泥混凝沉降工艺的技术特点

通过对多个污水站近几年的检测数据分析， SSF悬浮污泥混凝沉降工艺作为混凝沉降阶段的构筑物有如下技术特点：

（1） 流程简单可靠，整个流程约30分钟

SSF净化装置一个处理单元可代替混凝沉降罐与多介质过滤器2个处理单元，减少了处理构筑物，控制点较少，事故概率较小，操作较简。

（2） 混凝沉降阶段效果好。

SSF工艺在悬浮污泥罐前投加净化剂和絮凝剂，药剂在罐中停留时间长，药效能充分发挥作用，混凝沉降效果较好，出水效果优于常规二次罐出水。

（3） SSF工艺中悬浮污泥层有截污滤过作用。

（4） SSF净化器内部流动无死区。

5.2 SSF悬浮污泥混凝沉降工艺现阶段的局限性

（1） SSF悬浮污泥混凝沉降工艺在生产运行方面要求进水稳定，水量波动大对悬浮污泥层的动态平衡有很大的影响。

（2） SSF罐进水水质含油不能太高，一般要≤80mg/L 。

（3） SSF罐内部结构复杂，运行维护工作量大。

5.3应用实例和发展前景

SSF悬浮污泥混凝沉降工艺在全国各大油田均有实例，胜利油田纯梁采油厂樊128站， 胜利油田现河采油厂王70站，大港油田板大站等。而且成功应用已经有多年，全国各大油田的水质也各不相同，SSF悬浮污泥混凝沉降工艺均能稳定的形成悬浮污泥层，达标运行。但是该技术目前还有一定的局限性，怎样使悬浮污泥层形成更加稳定并且具有更好的滤过和截污作用，这是今后试验和研究要解决的技术问題，也是SSF悬浮污泥混凝沉降技术广泛应用和发展的前景。

参考文献：

[1] 陈国玉，SSF悬浮污泥过滤技术.今日科苑，2010.12

[2] 于海力，一种油田污水处理新方法----悬浮污泥过滤污水净化处理技术.

自然灾害学报，2005.02.14-1

[3] 胜利油田分公司东辛102污水站扩建工程可行性研究报告.2011.04