基于體外清洗的核桃殼油田污水過濾技術

中國石化勝利油田分公司純梁采油廠

基于體外清洗的核桃殼油田污水過濾技術

彭松水

中國石化勝利油田分公司純梁采油廠

攪拌式核桃殼過濾技術反洗能力較弱，濾料再生不徹底而造成過濾精度不高，除油率僅在50%左右。體外清洗過濾技術應用野生山核桃殼作為主要過濾介質，利用核桃殼親水憎油特性，采用深床過濾機理，可以有效去除油和懸浮固體顆粒。現場試驗表明，體外反洗除油效率能達到80%以上，比攪拌式核桃殼過濾器處理精度提高30%～40%；濾料采用罐體內沖洗和體外循環清洗的聯合反洗方式，使濾床能高效反洗排污，使濾料徹底再生，能夠保持處理水質長期穩定達標。

油田污水；過濾技術；體外清洗；核桃殼

目前我國多數油田含水率高達80%，甚至90%，含油污水的處理是油田面臨的嚴重問題[1-2]。油田污水經水處理達標后回注地層才能保持地層壓力平衡，維持油田穩定生產[3]。過濾設備是油田污水處理中的關鍵設備，也是污水處理的最后一關[4]。

以往在油田中使用的過濾器以攪拌式核桃殼過濾器和多介質過濾器為主，攪拌式核桃殼過濾技術由于反洗能力較弱，濾料再生不徹底而造成過濾精度不高，除油率僅在50%左右，懸浮物去除率在40%左右，現已很少使用[5-6]。體外清洗過濾技術由于反洗徹底，過濾精度持續保證，使得比常規攪拌式核桃殼過濾技術有很大提高，能使處理精度提高30%以上，保證設備過濾性能長期穩定達標運行。

1 技術原理

體外清洗過濾技術應用野生山核桃殼作為主要過濾介質，利用核桃殼親水憎油特性，采用深床過濾機理，過濾時含油污水從上到下流過核桃殼濾床，可有效去除油和懸浮固體顆粒。過濾器使用專用泵對濾料進行反洗流化清洗，其大強度的反洗能有效地克服重度濾料污染造成的濾層板結現象。流化泵對濾料流化后能使濾料上附著的油和懸浮物徹底脫離至水中，從而進入清洗管內隨反洗污水實現快速分離，使濾料具有極強的耐抗污水、高含油、高含聚合物污染的能力。

2 工藝流程

2.1 過濾器主要構件

體外清洗過濾器主要由過濾罐、不銹鋼專用反洗泵、不銹鋼體外清洗裝置、管匯總成、自控系統、核桃殼濾料、底座、平臺、梯子等構成。設備單獨成橇布置，既節省空間又美觀大方，整體現場安裝便于施工和現場管理。管匯布局采用多層立式布局，具有結構緊湊、外形美觀、各流程走向合理等特點，并且設有合理的固定管架，可靠性和安全性都有保證，且減少了占地面積。

2.2 工藝流程

進水中的油和懸浮固體顆粒在濾層中進行接觸吸附、機械篩除和遷移等作用后被攔截截留，當濾層中截留的油污和懸浮固體達到一定程度時，隨著含油量和懸浮物增加，濾層孔隙率減小，過濾水頭損失逐漸增加，流經濾層的水流速度也隨之增加，這時進、出口壓差增加，當達到一定程度時，過濾罐過濾停止進入反洗流程。反洗時通過反洗泵的水流經罐體上的切向噴射入口噴入罐內將核桃殼濾床中的濾料隨水流流化，流化后的濾料和水的混合液經泵打入罐體外的清洗筒中并不斷地在罐內和清洗筒中循環，在清洗筒中不斷地對濾料進行循環反洗直至徹底再生，再生完成后，將管匯中的濾料泵入罐內和罐內的濾料一起構成清潔的濾床繼續過濾。大水量反洗循環中大強度的反洗，能使濾料上的污物徹底脫落，然后用干凈的來水將含有污物的污水進行置換，其置換用水量較少；故該過濾器既能大強度的反洗，又耗水較少，對系統沖擊較小，有利于系統平穩運行。流程如圖1所示。

圖1 工藝流程示意圖

設備開始使用（或停用較長時間后再使用）時，需手動操作排出過濾罐和管匯中空氣，再將選擇開關轉換到“連續”位置。按“啟動”開關，設備從攪拌反洗流程狀態開始，在可編程控制器控制下自動循環運行。

（1）排空。投產時打開進水閥和頂部的排氣閥，讓過濾介質充滿設備罐內和管匯，排出罐內和管匯中的空氣。

（2）啟動。將控制柜面板上閥和泵的按鈕打到關的位置，將狀態按鈕打在自動連續狀態按下啟動按鈕，設備進入自動過濾狀態。

（3）過濾。油和懸浮物在濾床中被截留和吸附，濾后水經集水系統從出水口排出。

（4）過濾排放。設備在過濾狀態下，每隔2 h開啟罐頂部的排油、排氣管線閥門2～5 min，以排除容器頂部積聚的氣體和浮油。

（5）準備。排盡管匯及泵內的空氣為反洗做準備。

（6）攪拌。反洗泵帶動水流使濾料形成流化狀，濾料之間不斷碰撞、摩擦，使濾料上聚積的污物分離至水中。

（7）反洗。反洗是經過反洗泵和清洗管形成的污水從反洗出口排出的過程。選擇合理的反洗流量，使濾料充分反洗，且可保證濾料不流失。濾料得以徹底再生，恢復截污能力。

（8）清洗。反洗結束，用水流將罐體外管匯中的濾料清洗至罐內形成濾床，為過濾作準備。

在正常過濾狀態，當截污層不斷增厚，過濾阻力增加，且濾后水質達不到要求時，過濾罐進行反洗，使濾料再生，反洗步驟為準備、攪拌、反洗、清洗。設備自動工作時在過濾、過濾排放、準備、攪拌、反洗和清洗步驟循環運行。

3 應用情況

體外清洗核桃殼過濾器在勝利油田純梁采油廠首站、大港油田南一站、勝利采油廠坨六站、勝利采油廠寧海站進行了現場推廣應用。現場應用效果良好，該過濾器較常規攪拌式過濾器的過濾效果高出30%以上，技術可靠、性能穩定。

現場應用證明，進水含油量達到200 mg/L左右時，經體外清洗的全新濾料再生后濾料不發生板結現象，這是攪拌式過濾器和多介質過濾器根本無法達到的。由于濾料再生徹底，能使設備污水處理效果長期穩定達標，濾料使用壽命大大提高，可較長時間無需更換濾料。主要技術參數如表1所示，現場應用水質技術參數見表2。

表1 主要技術參數

表2 現場應用水質技術參數

4 經濟效益概算

由于體外清洗過濾器精度的提高，使得以往需要二級過濾的工況現在一級就能完成。由于其反洗水量較多，介質過濾器減少一半以上，多介質過濾器反洗水約占其處理量的10%，該過濾器使自耗水量減少到處理水量的5%，相應地減少了設備使用數量，且能長期穩定達標運行，減少設備投資一半以上。多介質過濾器每1～2年就需更換濾料一次，其費用約為設備投資的20%，故該設備每兩年因減少濾料而節約總投資20%左右的運行費用。

5 結論

體外清洗核桃殼過濾器具有除油和除懸浮物效率高、濾料再生徹底、反沖洗流程合理、耐污染能力強、自動化程度高等優點，經處理后的水質能穩定達標，體外反洗除油效率能達到80%以上，比攪拌式核桃殼過濾器處理精度提高30%～40%；且濾料采用罐體內沖洗和體外循環清洗的聯合反洗方式，使濾床能高效反洗排污，濾料徹底再生，處理后的水質長期保持穩定達標，濾料能長時間使用無需更換，推廣應用前景廣闊。

[1]陸柱，鄭士忠，錢滇子，等．油田水處理技術[M]．北京：石油工業出版社，1990：2-7.

[2]陳進富．油田采出水處理技術與進展[J]．環境工程，2000，8（1）：18-20.

[3]董曉丹，鄒慧芬，王恩德．油田采油污水處理工藝的試驗研究[J]．環境科學與技術，2004，27（3）：10-12.

[4]欒希煒，曹會哲，丁慧．低滲透油田注水精細處理技術[J]．給水排水，2002，28（6）：40-43.

[5]BERNE F．Physical-chemical methods of treatment for oil-containing effluents[J]．Water Science and Technology，1982，14（9-11）：1 195-1 207.

[6]ROSHNI M and RICHARD A D．Gas attachment of oil droplets for gas flotation for oily wastew ater cleanup[J]．Separation and Purification Technology，2003，33（3）：303-314.

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.11.019

彭松水，高級工程師，主要從事油田開發管理工作。

2015-03-19

18654688067、pengsongshui.slyt@sinopec.com