石英砂過濾器的改進及在含油污水處理中的應用

摘要：為了解決石英砂過濾器反沖洗憋壓、跑料、濾料再生困難等問題，在對原有過濾裝置分析的基礎上，根據反沖洗特性，對過濾器進行了改造，開發出低壓穩流石英砂過濾器。經現場測試，低壓穩流石英砂過濾器反沖洗壓力由原來的0.27～0.46Mpa降低到0.17～0.20Mpa，且均能實現罐群水反沖洗。改造后低壓穩流石英砂過濾器出水油平均含量5mg/L以下，平均去除率達到81%以上；出水懸浮物平均含量為3mg/L，去除率達到75%以上。

關鍵詞：低壓穩流過濾器；油田污水；攪拌式濾器

一、前言

我國油田分布廣闊，遍及全國大部分地區。其中大部分油田已進入石油開采的中后期，采出原油的含水率已達70～80%，有的油田甚至高達90%，油水分離后產生大量的含油污水[1]。含油污水未經處理而直接排放，不僅會造成土壤、水源的污染，有時甚至會引起污油著火事故，威脅人民的生命安全，造成國家的經濟損失。因此，如何開發出適合我國油田實際情況、高效經濟的油田含油污水處理及回用技術，達到節能、降耗、保護環境、重復利用水資源的目的，成為油田水處理站建立和改造所面臨的重要問題[2～5]。

過濾技術在油田污水處理中的應用始于100多年以前的美國賓西法尼亞某油田[6]。從上世紀四十年代開始，油田水驅采油開始大面積推廣，過濾工藝也在油田得到了廣泛應用。所用的過濾器主要有：清水型粗過濾器、精過濾器以及污水型過濾器。早期主要以石英砂過濾器為主，對懸浮物具有較好的去除效果，但除油能力不高。核桃殼過濾器是80年代中后期在國內發展起來，該技術具有濾速高、截污能力強、水洗強度低等優點，反洗時輔助以機械攪拌，反沖洗效果好，對油的去除能力極強，因此該過濾器已經被廣泛用于一級過濾。大慶油田污水處理站過濾段多采用核桃殼過濾器、石英砂過濾器，或二者的組合工藝。

二、石英砂過濾器運轉中的主要問題及其成因

石英砂過濾器屬淺床過濾器，依靠濾料和在濾料床層上部形成的濾餅層來截留污水中的懸浮物和膠體。在水驅污水的處理中，石英砂過濾器的效果是很明顯的，但隨著聚合物驅油技術的推廣，石英砂在處理聚驅污水或含聚污水時，出現了同核桃殼過濾器比較相似的問題。包括濾料清洗不干凈、反沖洗憋壓、跑料、出水水質不合格等問題。但隨著聚驅采油技術的發展，采油污水中聚合物濃度急劇增加，導致石英砂過濾器出現了一系列的問題，反沖洗憋壓、跑料、濾料清洗不徹底，濾后水質不能達標。造成這些問題的根本原因在于污水水質的改變，聚合物含量的增加導致污水粘度增大，濾料板結現象嚴重，采取大水量反沖洗，由于濾料粘附油污膨脹高度增加，致使布水篩管堵賽，反沖洗壓力超過0.4MPa，憋壓嚴重；而采取篩筐布水濾料流失嚴重；同時由于濾料板結層存在，大水量反沖洗極易導致濾料板結層某一區域首先被沖破，從而使濾料表層出現丘陵狀起伏，影響過濾效果。采取小水量反洗不能使濾料完全再生，表層石英砂濾料的板結層又不能徹底破碎清洗干凈。

三、低壓穩流石英砂過濾器的研制

經過長期調研和設計，針對石英砂過濾器存在問題，采用耐磨攪拌齒對石英砂過濾器內部結構進行了設計，研制了低壓穩流石英砂過濾器，以徹底解決石英砂濾料再生的難題。其罐體結構如圖1所示。

低壓穩流石英砂過濾器可在較低反沖洗強度下將濾料清洗干凈，從根本上解決了原石英砂過濾器的濾料板結和跑料等問題，同時反沖洗憋壓情況得到了有效改善，從而保證了反沖洗能夠提供足夠的水量，對于重質濾料，足夠的水量是反洗的決定因素，低壓穩流石英砂過濾器反沖洗壓力和水量見圖2所示。從圖2中可見反沖洗壓力由原來的0.27～0.46Mpa降低到0.17～0.20Mpa，同時600m3/h的水量保證了濾料的沖洗。較低的壓力有利于設施防護，高強度的水流有利于濾料的反洗，而攪拌強化了濾料脫附所需的脫附力。粘附在濾料表層的油污和懸浮物得到了徹底的清洗，反洗后濾料較之普通過濾器反洗的濾料干凈，且彼此分散，濾罐反沖洗效果好。

四、低壓穩流石英砂過濾器處理效果

針對某污水站石英砂濾罐存在的反沖洗憋壓、跑料、濾料清洗不徹底問題，采用攪拌式過濾技術對該站石英砂濾罐進行了改造，并對改造后的效果進行了長期監測：

該站過濾階段為一級核桃殼二級石英砂過濾工藝。在未改造前石英砂過濾器反沖洗出現憋壓，跑料，反沖洗不徹底等一系列的問題，導致濾后水難以達標。通過應用低壓穩流過濾技術對全站石英砂過濾器進行改造，除水油和懸浮物取出效果見圖3-4所示。在石英砂濾前水在30mg/L以內時，總濾后水質含油平均在5mg/L以下，幾乎為0。平均油的去除率在81%。懸浮物含量在20mg/L左右，出水懸浮固體含量在3mg/L以下，去除率平均在75%。取得良好效果的原因在于采用了低壓反沖洗過濾器，低壓反沖洗石英砂過濾器其反沖洗效能提高，設置的攪拌裝置提高了濾料間的摩擦碰撞，而摩擦碰撞又是濾料表層附著物質脫附的根本原因。同時由于攪拌作用破碎了濾料上方泥餅層，反沖洗壓力降低，從圖5所示可見，長期監測顯示反沖洗壓力一般維持在0.2MPa以下。較低的反沖洗壓力保證了大強度水洗的可能，提高了反沖洗效果，濾料得到充分的反洗，干凈濾料有利于過濾地進行。

五、結論

低壓穩流石英砂過濾器有效解決了原有石英砂過濾器存在的反沖洗憋壓、跑料的問題，提高了濾后水水質，結論如下：

1.低壓穩流石英砂過濾器有效解決了原過濾器反沖洗憋壓、跑料的問題，同時攪拌作用能有效破壞濾料的板結層，特別在冷輸期，提高反沖洗效果，而高效的反沖洗是過濾得以保證的基礎。2.攪拌式過濾提高了過濾精度，總濾后水質含油達到2mg/L以下，幾乎為0。平均油的去除率在99%。懸浮物含量在50mg/L左右，去除率平均在75%。

參考文獻：

[1]王立國，高從堦，王琳，等.核桃殼過濾–超濾工藝處理油田含油污水[J].石油化工高等學校學報，2006，（19）23-26.

[2]池波.新型一體化裝置處理油田采出水的試驗研究[D].武漢理工大學，2006.

[3]王利平，崔永亮，康文慶等.石英砂均質濾料過濾性能的試驗研究[J].包頭鋼鐵學院學報，2001，（2）：174-177.

[4]孔凡貴.高級氧化技術處理油田水中污染物的研究[D].大慶石油學院，2003.

[5]Dabrowstciw.Consequences of mass balance simplification in modelling deep bedfiltration[J].WatRes，1988，（22）：1219-1227.

[6] Wrigh t A M，Kavanaugh M C.Discussion of theory of sand felt rat ion [J]. Engrg Div Vproc AmSOCCIV Engrs，1970，（96）：620-622.

作者簡介：譚鈺（1982—），男，遼寧朝陽人，本科，畢業于遼寧大學，工程師，研究方向：環境保護。