電氣浮-過濾-離子交換/電滲析組合工藝處理油田污水

張海薇 李學(xué)鳳 張錫波 許浩偉 占程程

1中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）材料與化學(xué)學(xué)院2中國石化勝利油田分公司孤島采油廠

電氣浮-過濾-離子交換/電滲析組合工藝處理油田污水

張海薇1李學(xué)鳳2張錫波2許浩偉2占程程2

1中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）材料與化學(xué)學(xué)院2中國石化勝利油田分公司孤島采油廠

針對勝利油田部分區(qū)塊污水富余與熱采注汽需用清水的矛盾，提出富余污水利用電氣浮-過濾-離子交換/電滲析法深度處理后達到鍋爐注汽用水替代注汽鍋爐用清水的技術(shù)思路。對電滲析與離子交換進水比率為2∶1的處理污水路線產(chǎn)生的制水成本進行計算，其中運行成本7.85元/立方米，污泥、濃水處理及設(shè)備維護成本1.3元/立方米，總制水成本9.15元/立方米。預(yù)計試驗規(guī)模產(chǎn)水量3 000 m3/d，則年節(jié)約清水費用525.6萬元(當(dāng)?shù)毓I(yè)用水價按4.8元/立方米計)，年節(jié)約無效回灌費用876萬元(無效回灌費用按8.0元/立方米計)，年創(chuàng)經(jīng)濟效益399.6萬元。

電氣浮-過濾；電滲析；深度處理污水；回用；試驗

目前，勝利油田某采油廠有污水回灌井62口，日污水回灌量2.9×104m3。一方面，回灌層的吸納容量和選擇難度越來越大，污水回灌處理難度加大，生產(chǎn)成本壓力逐步增加。另一方面，該油田稠油熱采產(chǎn)量比例高，占全廠產(chǎn)量的1/3以上，稠油熱采注汽鍋爐用水均為清水，以匯入某聯(lián)合站進行污水處理的1#、9#站為例，兩站注汽鍋爐需求水量共計6 000 m3/d。實現(xiàn)富余污水深度處理后資源化再利用，是近年來油田一直探索的問題[1]，污水替代清水注蒸汽對油田節(jié)能增效和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

表1 某污水站外輸污水水質(zhì)

1 試驗部分

1.1 試驗用水及外輸污水

試驗用水為某聯(lián)合站污水站外輸污水，溫度為40～45℃，礦化度7 108 mg/L，pH值為7，外輸污水水質(zhì)見表1。

1.2 設(shè)備與流程

該聯(lián)合站污水站目前外輸污水含油量、懸浮物含量及礦化度均明顯高于鍋爐用水，要實現(xiàn)外輸污水再利用，需進行除油、除懸浮物、降低硬度、降低可溶性固體含量（即礦化度）等一系列處理。處理工藝流程如圖1所示。

采油污水進入氣浮混凝管道與絮凝劑和混凝劑等混合反應(yīng)后，將石油類、懸浮物顆粒等污染物形成絮體后進入氣浮工段，通過氣浮工藝除去大部分污染物。氣浮出水經(jīng)過過濾裝置進一步去除石油類和懸浮物顆粒后，進入離子交換、電滲析深度處理階段。深度處理階段分別采取了3條技術(shù)路線進行試驗，試驗路線一只進行離子交換；路線二只進行電滲析處理；路線三電滲析與離子交換同時運行，處理后進行混摻，處理水量比例為2∶1。

兩級離子交換處理：采用適用于油田污水水質(zhì)特點的專用深度軟化離子交換樹脂及運行技術(shù)，降低因含油及有機物污染導(dǎo)致樹脂軟化效果不佳、使用壽命短等問題。

圖1 采油污水深度處理試驗工藝流程

電滲析深度處理：電滲析技術(shù)由于脫鹽原理不同于“雙膜”或“蒸發(fā)”等工藝，不會因污染物在壓差驅(qū)動下深入膜孔造成難以恢復(fù)的污堵，而且脫鹽率可控，可降低污水過度凈化帶來的高昂處理成本。該技術(shù)在化工廢水領(lǐng)域有較成熟的工程應(yīng)用[2-4]。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 電氣浮+過濾處理

該處理工藝在某污水站進行了現(xiàn)場小試，日處理量1 m3，現(xiàn)場對3條路線分別進行試驗。每天進行4次氣浮及過濾出水含油量、懸浮物含量、硬度等取樣檢測，結(jié)果見表2（試驗數(shù)據(jù)取試驗期間平均值）。

從各節(jié)點出水檢測結(jié)果可以看出，經(jīng)過兩級電氣浮和兩級過濾處理后，污水含油量已達到鍋爐用水指標(biāo)，但還需要進行進一步硬度及礦化度深度處理。

表2 氣浮、過濾處理后水質(zhì)檢測結(jié)果

2.2 深度處理

將經(jīng)過電氣浮+過濾處理過的污水進行進一步深度處理，試驗共設(shè)計了3條技術(shù)路線，并分別對出水水質(zhì)進行檢測。

技術(shù)路線一：將二級過濾污水進行兩級離子交換，該路線主要進行軟化處理。通過處理，出水中鈣、鎂離子含量為零，總礦化度變化不大，處理后最終產(chǎn)水率到達81.8%。

技術(shù)路線二：將二級過濾污水進行電滲析處理，通過電滲析處理，降低污水中可溶性離子含量。調(diào)節(jié)電壓和淡水流量不同，電滲析降低礦化度的效果(用脫鹽率表示)也不同，試驗結(jié)果見表3。

表3 電滲析出水跟蹤

電滲析可有效降低處理污水的礦化度，并且可通過調(diào)整電壓或淡水產(chǎn)量來獲得不同礦化度的出水。出水礦化度不同，產(chǎn)水率也有所不同，存在現(xiàn)場運行耗電量高等問題。

技術(shù)路線三：將電滲析裝置與離子交換裝置同時運行，電滲析與離子交換進水比率為2∶1，利用離子交換裝置降低處理水硬度，利用電滲析裝置降低礦化度。

從試驗結(jié)果看出，將電滲析和離子交換裝置組合，按一定進水比率共同處理污水，降低電滲析電耗運行成本，可達到水質(zhì)要求，且產(chǎn)水率較高。

3 經(jīng)濟效益分析

對電滲析與離子交換進水比率為2∶1的處理污水路線產(chǎn)生的制水成本進行計算，其中運行成本7.85元/立方米，污泥、濃水處理及設(shè)備維護成本1.3元/立方米，總制水成本9.15元/立方米。預(yù)計試驗規(guī)模產(chǎn)水量3 000 m3/d，則年節(jié)約清水費用525.6萬元(當(dāng)?shù)毓I(yè)用水價按4.8元/立方米計)，年節(jié)約無效回灌費用876萬元(無效回灌費用按8.0元/立方米計)，年創(chuàng)經(jīng)濟效益399.6萬元。

4 結(jié)論

采用電氣浮-過濾-電滲析工藝對某油田污水站污水進行深度處理試驗，以期處理后代替清水用于注蒸汽鍋爐用水，試驗取得了較好效果。該技術(shù)在經(jīng)濟上、技術(shù)上都是可行的。

采油污水深度處理回用技術(shù)有效利用了污水，節(jié)省了淡水資源，減輕了剩余污水的回注成本壓力，減少了環(huán)境污染和對地層的傷害，為油田富余采油污水資源化回用開辟了一條新途徑。

[1]宋永亭，杜春安，王新，等．采油污水回用深度處理技術(shù)研究進展[J]．工業(yè)水處理，2009，2（1）：1-5．

[2]李長海，黨小建，張雅瀟．電滲析技術(shù)及其應(yīng)用[J]．電力科技與環(huán)保，2012，28（4）：27-30.

[3]王北福，于水利，聶立宏，等．超濾／電滲析法處理驅(qū)采污水與回用[J]．中國給水排水，2005，21（10）：93-95.

[4]劉啟明，田清華，馬建華，等．含鹽廢水電滲析膜分離處理工藝研究[J]．生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2012，21（9）：1 604-1 607．

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.011

2015-04-16