微渦旋低脈動技術(shù)處理青海油田含油污水試驗(yàn)

莫志庭　趙　進(jìn)　馬建兵　何啟陽　解統(tǒng)平　李昀龍　星占龍

1青海油田采油三廠　2青海油田采油二廠

微渦旋低脈動技術(shù)處理青海油田含油污水試驗(yàn)

莫志庭1趙進(jìn)1馬建兵1何啟陽1解統(tǒng)平1李昀龍2星占龍2

1青海油田采油三廠2青海油田采油二廠

采用微渦旋低脈動技術(shù)對含油污水進(jìn)行處理可以形成立體接觸絮凝，增大含油污水的排放量及清潔度，在密實(shí)的微渦旋流的作用下，微渦旋低脈動技術(shù)將不斷更新處理反應(yīng)器的絮凝能力，從而有利于污水沉淀物的分解、分離及排放。青海油田烏南作業(yè)區(qū)位于柴達(dá)木盆地綠草灘，其油田含油污水處理過程中在水質(zhì)沉淀區(qū)使用了微渦旋低脈動技術(shù)。逆向流水質(zhì)沉淀區(qū)的表面負(fù)荷率穩(wěn)定在6.5 m3/s的情況下，能夠加快各項(xiàng)指標(biāo)的污染物去除率，污染物去除率可高達(dá)75%以上；而順向流水質(zhì)沉淀區(qū)的表面負(fù)荷率穩(wěn)定在5.8 m3/s的情況下，污染物去除率高達(dá)85%以上。微渦旋低脈動技術(shù)用于青海油田烏南作業(yè)區(qū)的含油污水處理，大幅度提高了污染物的去除率。

微渦旋低脈動技術(shù)；混凝；作業(yè)區(qū)；污水；工藝

微渦旋低脈動技術(shù)是污水處理的一級工藝，在現(xiàn)代的油田含油污水處理過程中具有技術(shù)指導(dǎo)性作用。青海油田烏南作業(yè)區(qū)的地理?xiàng)l件惡劣，且含油污水處理系統(tǒng)相對落后，立足于微渦旋低脈動技術(shù)對油田污水處理作用的特點(diǎn)，分析青海油田烏南作業(yè)區(qū)技術(shù)應(yīng)用取得的成果，探討微渦旋低脈動技術(shù)用于油田污水處理中的價(jià)值和意義。

1　污水處理工藝原理

烏南作業(yè)區(qū)某污水處理站含油污水經(jīng)三相分離器后進(jìn)入沉淀池進(jìn)行初步沉降，隨后污水進(jìn)微渦反應(yīng)池（處理水量65 m3/h），含油污水進(jìn)一步沉淀后進(jìn)入雙濾料過濾器（雙濾料過濾器共3組，濾速15 m/h），過濾后的污水儲存在2個(gè)1 000 m3水罐中，處理后的含油污水經(jīng)地面注水系統(tǒng)注入地層。

采用微渦旋低脈動技術(shù)對油田含油污水進(jìn)行處理是結(jié)合給水工程、多相流動控制慣性理論，對混凝動力學(xué)的深入研究應(yīng)用。且在混凝反應(yīng)中，湍流剪切力是起決定性作用的動力學(xué)因素，對微渦旋低脈動技術(shù)的擴(kuò)散作用提供離心慣性效應(yīng)。新型的油田含油污水處理技術(shù)的發(fā)展（即微渦旋低脈動技術(shù)）還體現(xiàn)在設(shè)備上的突破，如：串聯(lián)圓管初級混凝設(shè)備、小間距斜板沉淀設(shè)備、小網(wǎng)格反應(yīng)設(shè)備等，在油田污水處理上將不同流向的含油污水混合同流，使其高速反應(yīng)、快速分離，污水的處理效率更高［1］。采用微渦旋低脈動技術(shù)能使油田的污水處理量達(dá)到1 560 m3/d。圖1為矩型微渦流反應(yīng)池的工作原理。

圖1　矩型微渦流反應(yīng)池工作原理

當(dāng)含油污水混凝反應(yīng)被大量的渦流反應(yīng)器控制時(shí)，上游的水流將呈絮體懸浮狀，且在反應(yīng)器內(nèi)流速較小的情況下容易產(chǎn)生脫穩(wěn)膠體效應(yīng)，這樣的含油污水處理系統(tǒng)要比傳統(tǒng)的含油污水處理技術(shù)更加高效、清潔。采用微渦旋低脈動技術(shù)對含油污水進(jìn)行處理可以形成立體接觸絮凝，增大污水的排放量及清潔度，在密實(shí)的微渦旋流的作用下，微渦旋低脈動技術(shù)將不斷更新處理反應(yīng)器的絮凝能力，從而有利于含油污水的沉淀。

2　技術(shù)特點(diǎn)

（1）含油污水處理時(shí)混凝效率高，節(jié)省了資金成本。烏南作業(yè)區(qū)未使用該技術(shù)前日需投加混凝劑120 kg，藥劑費(fèi)用及人工費(fèi)用較高。使用微渦旋低脈動技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了油田含油污水高效率的凝聚和絮凝水力結(jié)合的優(yōu)勢互動，使其混凝效率大大提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于早期處理工藝。該技術(shù)將混凝反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間縮短到5～8 min，污水處理量可以提高1～2倍，藥劑用量減少到之前的30.3%，這樣既節(jié)約了占地面積，又節(jié)省了投資成本。

（2）出水質(zhì)量大幅提高。在混凝劑投加相同的情況下，由于立體接觸絮凝，水的處理面積增大，而且絮凝體質(zhì)量的提高也使得出水質(zhì)量得到提高，未使用該技術(shù)前作業(yè)區(qū)含油污水最大處理量為45m3/h，使用該技術(shù)后含油污水處理量可達(dá)1 560 m3/h。在油田含油污水沉淀區(qū)體積不變的情況下，微渦旋低脈動技術(shù)使得產(chǎn)水量提高40%，且能保持出水濁度穩(wěn)定在3度以下，濾池的工作周期延長，反沖洗的工作量大大減少。

（3）能夠很好地適應(yīng)水量、水質(zhì)的變化。該作業(yè)區(qū)含油污水水質(zhì)波動較大，污水來液量不穩(wěn)定，液量較大時(shí)污水濁度在5～10度左右，早期處理工藝技術(shù)很難達(dá)到較好的處理效果。使用微渦旋低脈動技術(shù)處理高濁度水時(shí)可以使混凝劑的擴(kuò)散加速，使處理的含油污水不易被其中大量的雜質(zhì)膠體包裹而失去可利用活性；另外，即使混凝劑被雜質(zhì)膠體包裹，在微渦流的作用下，其產(chǎn)生的絮體也很容易被破碎，從而形成新的絮凝能力。微渦旋低脈動技術(shù)同樣有利于低濁度水的有效處理，雖然低濁度水中雜質(zhì)膠體的數(shù)量少，但是只要碰撞，其凝聚效率就會下降，而渦流反應(yīng)器能夠去除立體接觸絮凝中的雜質(zhì)膠體。

（4）實(shí)施操作簡便。微渦旋低脈動技術(shù)既適于新建油田含油污水處理，也適于傳統(tǒng)工藝的改造。該技術(shù)對油田含油污水處理沉淀池的形狀及與傳統(tǒng)工藝的銜接沒有什么具體要求，在施工操作上比較簡便，只要能夠?qū)⑵渑c必要的設(shè)備隔開，反應(yīng)器投入后就可以使用。

（5）運(yùn)行穩(wěn)定、混凝劑使用量少。早期該作業(yè)區(qū)含油污水處理過程中要添加大量的混凝劑，日投加量為120 kg。該作業(yè)區(qū)使用微渦旋低脈動技術(shù)處理油田含油污水后，與早期同等含油污水處理量相比，現(xiàn)每天僅需添加混凝劑80 kg。微渦旋低脈動技術(shù)能夠使渦流反應(yīng)器內(nèi)腔中的活性絮體長期保持，不必每次污水處理都得投入混凝劑，就可以將其中的雜質(zhì)膠體全部排除，在工作量減少的同時(shí)，還減少了資源的浪費(fèi)，也使得污水處理操作變得簡化，裝置運(yùn)行更穩(wěn)定。

3　微渦旋低脈動技術(shù)的應(yīng)用

青海油田烏南作業(yè)區(qū)位于柴達(dá)木盆地綠草灘，海拔高達(dá)3 000 m以上，作業(yè)區(qū)污水處理站含油污水中機(jī)雜含量為25～50㎎/L，含油量為20～30㎎/L，含硫量為15～40㎎/L，污水pH值為6.5～7.3，含油污水呈弱酸性。

青海油田烏南作業(yè)區(qū)的含油污水處理在水質(zhì)沉淀區(qū)使用了微渦旋低脈動技術(shù)。沉淀區(qū)的污水處理受水力負(fù)荷情況影響，水力負(fù)荷與污水去除之間的關(guān)系見表1。

表1　水力負(fù)荷情況與污水去除之間的關(guān)系

從表1可以看出：逆向流水力沉淀區(qū)的表面負(fù)荷穩(wěn)定在6.5 m3/s的情況下，能夠加快各項(xiàng)指標(biāo)的污染物去除率，污染物去除率可高達(dá)75%以上；而順向流水力沉淀區(qū)的表面負(fù)荷率保持在5.8 m3/s的情況下，能達(dá)到污染物去除率高達(dá)85%以上的去除效果。

表1的數(shù)據(jù)顯示：逆向流的水力表面負(fù)荷低于順向流的水力表面負(fù)荷，從而得出順向流的水力表面負(fù)荷更能承載水的沖擊力，但是數(shù)據(jù)的微弱變化不能影響到水質(zhì)的變化［2］。因此在逆向流表面負(fù)荷的設(shè)計(jì)中要為數(shù)據(jù)的變化提供發(fā)展空間。

另外，油田的含油污水處理要根據(jù)工程設(shè)計(jì)來實(shí)施，且在含油污水處理參數(shù)上要進(jìn)行合理設(shè)定，具體的污水處理參數(shù)見表2。

表2　污水處理設(shè)計(jì)參數(shù)

污泥處理是油田污水處理中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而污泥處理不當(dāng)會對環(huán)境造成二次污染，因此在油田的污水處理中要嚴(yán)格制定合理、科學(xué)的設(shè)計(jì)參數(shù)，以保障污水處理的效果［3］。

青海油田烏南作業(yè)區(qū)的含油污水處理運(yùn)用了先進(jìn)的微渦旋低脈動技術(shù)后，污水進(jìn)入雙濾料過濾器實(shí)現(xiàn)精細(xì)過濾。該技術(shù)的應(yīng)用不僅降低了雙濾料過濾器的處理負(fù)荷，同時(shí)提高了該作業(yè)區(qū)油田含油污水的處理能力，使污水水質(zhì)機(jī)雜含量由之前的25～50㎎/L降低到3㎎/L，污水含油量由之前的20～30㎎/L降低到5㎎/L，滿足《碎屑鹽油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法（SY/T5329—1994）》規(guī)定的回注標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用微渦旋低脈動技術(shù)對油田含油污水進(jìn)行處理降低了烏南作業(yè)區(qū)的成本投入。使用微渦低脈動技術(shù)后該作業(yè)區(qū)日節(jié)省藥劑40 kg，污水處理量較之前提高1～2倍，污水處理日節(jié)電2 000 kW·h。微渦旋低脈動技術(shù)作為一種環(huán)保型的污水處理技術(shù)，在油田含油污水處理方面減少了混凝劑的投入，減少了材質(zhì)的購置費(fèi)用，而且降低了混凝劑使用對空氣、水的污染，保證了污水處理的質(zhì)量。另外，微渦旋低脈動技術(shù)的應(yīng)用降低了作業(yè)區(qū)的用電量，促進(jìn)了油田污水處理資金的節(jié)約和資源的循環(huán)再利用。

微渦旋低脈動技術(shù)能夠很好地適應(yīng)水量、水質(zhì)的變化。也就是說混凝的水力條件不是取決于水流的速度，而是依賴于渦流的形成。渦流為其提供充足的破碎雜質(zhì)膠體的能力，且渦流的形成條件主要取決于流速的變化。需要強(qiáng)調(diào)的是，在大多數(shù)的油田含油污水處理的過程中，上向流微渦流混凝區(qū)是大量活性絮體的積累區(qū)，這些活性絮體的積累對水量、水質(zhì)的變化具有實(shí)質(zhì)性的緩沖作用。另外，在池水放空或停水期間，這些活性絮體不會排出池外也不會沉積板結(jié)，這就使得絮凝池的使用周期延長，可以間歇工作，從而保證使用壽命。微渦旋低脈動技術(shù)的應(yīng)用周期變長，對整個(gè)作業(yè)區(qū)的含油污水處理具有長遠(yuǎn)的利益價(jià)值。

4　結(jié)語

微渦旋低脈動技術(shù)是一項(xiàng)既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，在油田含油污水處理方面具有重要意義的工業(yè)技術(shù)。微渦旋低脈動技術(shù)在污水處理上的幾大優(yōu)勢包括：①油田含油污水處理的混凝效率高，節(jié)省了資金成本；②出水質(zhì)量優(yōu)于傳統(tǒng)工藝下的出水質(zhì)量；③能夠很好地適應(yīng)水量、水質(zhì)的變化；④實(shí)施操作簡便；⑤運(yùn)行穩(wěn)定，混凝劑使用量少；⑥設(shè)備使用壽命長，維護(hù)簡單。這些優(yōu)勢的充分應(yīng)用，將會對我國的油田勘探及相應(yīng)的污水處理工作帶來實(shí)質(zhì)性的促進(jìn)作用。

微渦旋低脈動技術(shù)用于青海油田烏南作業(yè)區(qū)的污水處理，極大地改善了污染物的去除率。但是油田含油污水處理不能盲目的進(jìn)行開展，需要根據(jù)不同含油污水的性質(zhì)以及相應(yīng)的去污指標(biāo)等來進(jìn)行科學(xué)的去污設(shè)計(jì)。

［1］李懷印，李宏偉，王銀周，等.微渦旋低脈動技術(shù)用于油田生活污水處理中試研究［J］.油氣田地面工程，2003，22（5）：27-28.

［2］黃林平，李靜，陳立功.微渦旋混凝技術(shù)處理低溫低濁水［J］.東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（6）：84-87.

［3］吳印強(qiáng)，曾順鵬，曾剛，等.金屬膜分離技術(shù)在冀東油田污水處理中的應(yīng)用［J］.油氣田地面工程，2013，32（11）：61-62.

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.010

2015-05-11