旋流过滤装置处理试验

吴俊海

大庆油田有限责任公司第七采油厂

油田在水驱开发过程中，产生大量的含油污水，由于采出水中含油、悬浮物杂质等，为了避免污水外排造成环境污染和资源浪费，需要将其处理达到油田回注水水质控制指标，并通过油井注入地下，以保持地层能量。目前已建的葡三-1 污水处理站采用“悬浮污泥+单阀滤罐”工艺，因单阀滤罐投产建成后一直无法正常运行，导致水质长期不达标。为了避免影响后续的过滤处理效果，确保处理后的水质达标，开展了旋流过滤装置试验，探索提高过滤处理效果的有效手段，从而使处理后的水质达到水驱低渗透油层水质标准[1]。

1 现场试验概况

葡三-1 含油污水站主要处理葡三联和敖联的来水，污水处理能力为8 000 m3/d，实际运行负荷4 350 m3/d，采用“悬浮污泥罐+单阀滤罐”过滤工艺[2]（图1）。悬浮污泥过滤日常需投加净水剂、絮凝剂、助凝剂[3]，投加药剂量相对较多，药剂费用高[4]。悬浮污泥罐污染物过滤精度较低，底部存在污泥并且扰动影响水质指标，需要不定期排除底部污泥[5]。因此，开展旋流过滤装置现场试验，以提高出口水质，保证注入水悬浮物质量浓度低于5 mg/L 的水质标准。

图1 葡三-1 站污水处理工艺流程示意图Fig.1 Schematic diagram of sewage treatment process in Pu3-1 Station

2 旋流过滤技术工艺原理及流程

旋流过滤技术是为适应多机理、多功能化发展趋势而研发的一种新型分离技术[6]（图2），它综合了水力旋流与过滤的优势，设备采用横流式进水设计，相当于水力旋流器，产生旋涡流，流化被截流的污染物，使得污染物一直处于旋流状态，抑制滤饼的形成，实现连续的操作。同时，发挥多级粒径滤 料（0 号：0.25～0.5 mm、1 号：0.1～1.0 mm、2号：1.0～2.0 mm、3 号：2.0～4.0 mm）过滤的作用，将大粒径的悬浮物过滤掉，提高过滤效果。

图2 旋流过滤工艺示意图Fig.2 Schematic diagram of cyclone filtration process

优选活性过滤滤料（Activated Filter Media，简称AFM），它可以替代过滤罐中常用的砂子，由特定的玻璃制成，经过化学和热处理后，表面具有永久带负电荷的特性，使颗粒间相互排斥，基于“碰撞聚结”原理[7]，污染物贴近滤料表面，但无法吸附在滤料上，当反洗时即刻被释放冲洗出罐外[8]。横流式进水设计可以流化滤床表层的活性过滤滤料，由于滤料本身的大体量晶格间隙特性，相比常规静态滤床的过滤面积，流化滤床的过滤表面积相当于石英砂滤料的300 倍，提高了过滤效率。

根据现场生产站的处理工艺，本次旋流过滤装置试验分别开展单级及两个单级旋流过滤装置串联的双级过滤试验[9]，旋流过滤装置试验工艺流程见图3 和图4。

图3 单级旋流过滤装置的试验工艺流程示意图Fig.3 Schematic diagram of the test process flow of the singlestage cyclone filter device

图4 双级旋流过滤装置串联的试验工艺流程示意图Fig.4 Schematic diagram of the test process flow of the two-stage cyclone filter devices in series

3 试验效果分析

3.1 现场试验条件

旋流过滤装置来水水质指标要求含油浓度和悬浮物浓度低于100 mg/L，设计流量为8～23 m3/h。试验期间平均来水含油浓度为52.3 mg/L，悬浮物浓度120.7mg/L；悬浮污泥罐出水含油浓度为1.61～2.8 mg/L，悬浮物浓度为15.6～25.8 mg/L，试验阶段运行流量为10 m3/h。预期试验后注入水质达到“10.5.2”标准，其中含油浓度低于10 mg/L，悬浮物浓度低于5 mg/L。

3.2 单级旋流过滤装置现场试验

旋流过滤装置进水来自站内沉降罐出口，来水水质指标和滤后水质指标见图5。

图5 单级旋流过滤装置水质指标情况Fig.5 Water quality index of single-stage cyclone filter device

葡南地区水质指标为“10.5.2”标准，即含油浓度低于10 mg/L、悬浮物浓度低于5 mg/L 的要求[10]。从试验数据看，一级旋流过滤装置处理后含油浓度达标，悬浮物浓度有了明显降低，但是仍不能满足注入水水质的严格要求。

3.3 双级旋流过滤装置现场试验

为验证双级过滤效果，开展了双级旋流过滤装置试验，由于现场水量所限，双级过滤为非连续、间断运行，每天运行约3 h，运行负荷为1.0～3.0 m3/h，按照每3 h 取样一次，取平均值，来水水质指标和滤后水质指标见图6。

图6 双级旋流过滤装置水质指标情况Fig.6 Water quality index of two-stage cyclone filter device

从本次试验效果看，采用两级旋流过滤装置的串联工艺的最终出水能够达到出水悬浮物固体浓度低于5 mg/L 的指标要求，特别是在10 月20 日—10月22 日期间水质出现较大波动时，仍保持较好的过滤效率，处理后的污水满足葡南地区注水水质要求。

4 结论及认识

（1）在污水处理工艺中，安装单级旋流过滤装置的悬浮物去除率稳定，但是在来水含悬浮物浓度偶尔超标时（高于70%），两级旋流过滤装置工艺流程处理后的水质悬浮物仍能保持较高去除率，均达到注入水标准，处理效果较好。

（2）两级旋流过滤装置工艺流程试验属于非连续运行，且流速和压力较低，处理量较低，大规模连续运行时处理效果还有待继续试验考证。