污水處理及再利用技術研究與應用

李鵬飛(遼河油田歡喜嶺采油廠資產管理中心 遼寧 盤錦 110206)

一、歡四聯污水處理站概況：

歡四聯合站，日處理量15000方，外輸稠油2000噸，日外理稀油650噸。主要生產崗位有稠油崗、稀油崗、化驗崗、污水崗、計量崗、維修班等6個生產崗位。主要負責采油作業三區來油沉降脫水以及稀油外摻和稠油外輸工作。由于生產環境不斷變化為適應新的生產要求，歡四聯先后對站內生產工藝進行了三次大型改造和擴建。現在歡四聯合站有儲罐20具，其中10000m3儲罐4具；5000m3儲罐4具；3000m3儲罐8具；1000m3儲罐2具；700m3儲罐2具。日處理量18500方，外輸稠油2300噸日，外理稀油600噸。生產流程如下：

稠油系統：采油作業三區來油64℃分開計量后，其中10000 m3并聯進入01#02#一次沉降罐(5000m3)，另外7000 m3進入06#一次沉降罐(10000m3)，經化學沉降脫水后，自壓進入4#緩沖罐(3000m3)，后經脫水泵加壓計量后(2350m3/d 溫度56℃含水2%)經二次換熱器加熱后并聯進入03#、05#二次沉降罐(10000m3)沉降脫水，后自壓進入1#、2#(5000m3)、04#(10000m3)好油罐，通過外輸泵提壓計量后外輸(2350m3/d 溫度54℃含水0.5%)。好油罐抽底水進入3#緩沖罐(3000m3)，后經脫水泵加壓進入二次沉降系統，含水5%以內。

污水系統：一、二次沉降罐污水自壓進入污水處調節罐處理后其中14000 m3左右經污水站深度處理后調往熱注鍋爐用水。另外1500m3左右經外調水泵調往四區注水井，剩余部分調往華油污水處理站。

二、高含硅污水回用鍋爐技術研究與應用：

齊40塊實施工業化轉驅以來，日產液量大幅上升，達1.2-1.8萬m3/d，由于達標外排環保要求高，處理成本高，研究了水質深度處理技術及回用注汽鍋爐技術，實現了蒸汽驅稠油污水循環利用。但蒸汽驅產出原水為高硅稠油污水，硅含量達170-350mg/l，為保證出水達到鍋爐用水指標，設計應用了除硅工藝，實現硅含量達100mg/l以下，但除硅工藝存在除硅加藥種類多，加藥量大，硅泥量大、水質性質發生變化、除硅導致系統結垢嚴重、除硅運行成本高、影響系統運行效率等問題。

針對這種情況，在對大量垢樣分析及理論推理的基礎上，在國內首次提出將水中Ca2+、Mg2+等致垢高價金屬陽離子濃度控制在20PPb以內，實現高含硅污水安全回用鍋爐的理論，并通過室內實驗證明了該理論。實驗表明：降低Ca2+、Mg2+濃度能降低鍋爐結垢速率，將Ca2+、Mg2+濃度限值控制在20ppb以內，結垢速率將降低到除硅工藝的1/2。為了實現該技術在現場的有效應用，在歡四聯進行技術示范，進行小試和擴大示范。小試過程中，為了進一步實現高價金屬離子的深度去除，針對前期室內研究樹脂抗油能力低，現場適應性差的問題，新研發了新型大孔弱酸樹脂與新型螯合樹脂，實現現場出水高價致垢離子濃度控制在20ppb以內，達到了室內實驗要求，隨后在歡四聯進行了擴大示范推廣應用，實現了鍋爐平穩運行。該示范在實施后，實現噸水處理成本由7.4元/t下降至3.8元/t，大幅降低水處理成本，目前已經在全局稠油污水處理上進行規模應用，年節約成本1.2億元。

三、關鍵技術及應用：

關鍵技術及應用1：在國內首次提出并證明將水中鈣鎂等致垢高價金屬陽離子濃度控制在20PPb以內，實現高含硅污水安全回用鍋爐的理論。鍋爐結垢三要素為溫度/壓力、SiO2含量、高價致垢離子濃度，而溫度/壓力通常可以認定為不變量，傳統解決工藝技術為采用加藥降低稠油污水中的SiO2濃度，控制結垢。而本項目轉換技術思路，通過進一步降低稠油污水中的致垢離子濃度達到控制結垢的目的。室內實驗考察了低含硅水中Ca2+、Mg2+濃度對鍋爐結垢速率的影響，結果表明：Ca2+、Mg2+濃度越高鍋爐結垢速率越大，即降低Ca2+、Mg2+濃度能降低鍋爐結垢速率；室內試驗進一步考察了高含硅水Ca2+、Mg2+濃度對結垢速率的影響,及Ca2+、Mg2+濃度限值，結果表明：高含硅水，深度去除Ca2+、Mg2+濃度可進一步降低結垢速率；將Ca2+、Mg2+濃度限值控制在20ppb以內，結垢速率將降低到除硅工藝的1/2。

關鍵技術及應用2：研制開發出了適用于稠油污水水質的新型大孔弱酸樹脂與新型螯合樹脂。為了深度去除高價金屬離子，前期室內研發了 IRC747樹脂和IRC748樹脂，在室內實驗中可達到理論要求。但在現場小試過程中發現，兩種樹脂處理出水水質中金屬離子濃度、硬度高于室內實驗水平，未能達到20ppb以下，分析為現場連續運行時水中油及有機物對樹脂影響較大，原樹脂抗油抗污染能力弱，為此重新新型大孔弱酸樹脂與新型螯合樹脂，新型樹脂均具有更大的靜態工作交換容量和反應速率，具有更大的吸附周期和有機物洗脫率，具有更好的抗油污染性能，可容納進水中含油量與有機物(COD)含量明顯提高，再生過程酸堿用量減少，降低運行成本，抗油型螯合樹脂能夠滿足在油田污水水質條件下的高精度軟化要求。通過現場運行可實現處理出水高價致垢離子濃度控制在20ppb以內，達到了室內實驗要求。

關鍵技術及應用3：提出并確定了高含硅稠油污水回用鍋爐工藝流程。在老流程基礎上取消除硅池，軟化流程由兩級大孔弱酸樹脂改為大孔弱酸樹脂+螯合樹脂，通過深度軟化，實現高價致垢金屬離子濃度達到20ppb以下，從而達到放開硅含量、不除硅，通過控制高價致垢金屬離子濃度實現高含硅污水回用鍋爐的目的。并在室內實驗和現場小試的基礎上，進一步確定優化了工藝參數和再生條件。

關鍵技術及應用4：通過開展高含硅稠油污水回用鍋爐技術小試，實現了水中微量二價/三價結垢離子濃度從ppm級降至ppb級，保證了高硅污水回用鍋爐正常運行。利用新樹脂小試過程中，連續跟蹤出水水質，高價致垢金屬離子濃度可達到20ppb以下。現場小試回用熱注鍋爐對比試驗，高硅水和除硅水進鍋爐結垢基本相當，但高硅水垢樣結構疏松，更易清洗除垢，且不影響鍋爐性能。

四、高含硅稠油污水回用鍋爐技術總體評價

高含硅稠油污水回用鍋爐技術在歡四聯進行擴大示范后，可實現注汽鍋爐安全平穩運行，實現噸水處理成本由7.4元/t下降至3.8元/t，大幅降低水處理成本，目前已經在全局稠油污水處理上進行規模應用，年節約成本1.2億元。