誘導射流氣浮選與微動力過濾技術聯合處理含油污水試驗

周鵬 沙力妮 夏福軍 雷娟

1大慶油田工程有限公司

2 大慶油田技術監督中心

3大慶油田第一采油廠基建工程管理中心

油田采用注水驅油的開發方式有兩大難題：一是為了達到驅油目的，油田需要注入大量水，且要求回注的水既滿足驅油的目的，同時又不堵塞地層孔隙，達到油田回注水水質標準；二是油田在開采過程中產生的大量含油廢水需要尋找出路，外排產生環境污染和原油的浪費。因此，油田在采用注水驅油的開發過程中，可將油田開采過程中產生的大量含油廢水經過系統處理工藝處理，達到滿足油田回注水水質標準后全部回注地層，這樣既可達到油田開發的需要，又能保證油田的穩產和持續發展，同時取得較大的經濟效益。

隨著油田開發的不斷發展，大慶油田已進入高含水開發后期，油田開發層位和開發方式的變化，使得采出水處理問題和回注水水質的矛盾越來越突出。目前，大慶油田水處理系統存在的問題大致可分為兩個方面：水質方面，油田開發各環節投加的化學劑種類和數量較多，因污水中細小油珠顆粒逐漸增多而導致乳化程度增加、油珠浮升速度降低、水膜強度增加，使得水質特性發生了明顯的變化，致使污水處理難度增大；工藝方面，已有的重力沉降除油效果變差，使得濾前水質超標，造成過濾設備的出水不能夠穩定達標。因此，油田水處理的攻關方向應為新技術[1]、新工藝的開發和應用，選擇具有除油效率高且適合乳化油處理的氣浮選處理技術[1-3]，如采用“誘導射流氣浮選[4-10]+微動力過濾”設備組成的新處理工藝技術，以適應變化的水質并解決現有水處理存在的問題，改善、提高回注水水質，確保注水后的驅油效果。

1 采出水沉降試驗

對現場試驗采出污水分別進行污水黏度、聚合物濃度、含油量和懸浮固體含量等項目的分析化驗，化驗結果見表1。

為了進一步了解變化水質的油水分離性質，開展了采出水沉降[1]試驗。依次取現場采出污水水樣，注入容積為500 mL、高度為250 mm 的圓柱型分液漏斗中（試驗中取10 組），然后置入溫度為40 ℃的恒溫箱內，進行靜置沉降分離。每組沉降時間分別為0、5、10、20、60、90、120、180、240、360 和480 min。當每個圓柱型分液漏斗的沉降時間達到對應要求的沉降時間時，取其對應時間圓柱型分液漏斗下部水樣250 mL，進行剩余含油量的分析化驗，并繪制出不同沉降時間與污水中剩余含油濃度和懸浮固體濃度變化的關系曲線（圖1、圖2）。

表1 杏十二聯含油污水水質分析結果Tab.1 Water quality analysis results of Xing 12 oily sewage

圖1 不同沉降時間與污水中剩余含油濃度變化的關系曲線Fig.1 Relationship curve between different settling time and change of residual oil concentration in sewage

從圖1 和圖2 可以看出：隨著沉降時間的延長，污水中剩余的含油量呈下降趨勢，而懸浮固體剩余量盡管呈下降趨勢但變化不大；當沉降時間達到6 h后，污水的含油濃度由270 mg/L降到49.77 mg/L，懸浮固體濃度由70.1 mg/L 降到43.1 mg/L，其去除率較小，說明污水中的懸浮固體可能呈懸浮狀態，僅靠簡單的延長沉降時間，很難達到較高的去除率。

圖2 不同沉降時間與污水中剩余懸浮固體濃度變化的關系曲線Fig.2 Relationship curve between different settling time and change of residual suspended solids concentration in sewage

結合表1 中水質分析結果，該含油污水處理站的水質為水驅見聚污水，其污水黏度比水驅采出水污水高，是影響沉降油水分離效果的主要因素。因此，需要采用新的處理技術來提高此種水質的處理效果。

2 處理工藝技術現場試驗

試驗選擇在某采油廠某含油污水處理站，其中誘導射流氣浮選處理量為5 000 m3/d，微動力過濾器處理量為1 000 m3/d。

試驗裝置所組成的主要處理工藝流程示意圖見圖3。

圖3 新型高效含油污水處理工藝流程示意圖Fig.3 Schematic diagram of a new type of high-efficiency oily wastewater treatment process flow

2.1 誘導射流氣浮選和微動力過濾技術原理

誘導射流氣浮選技術原理：誘導射流氣浮選裝置采用誘導噴射方式產生微氣泡的微壓氣浮，即水流在流經噴射器的同時吸入空氣，并使空氣破碎成20～40 μm 大小的微氣泡，經誘導射流氣浮選[11-15]裝置中的氣體釋放頭釋放，微氣泡在上浮過程中吸附處理水中的細小油珠及懸浮固體顆粒上浮形成浮渣被分離去除，而較大的懸浮固體顆粒則沉到底部，依靠重力作用排出設備，實現采出污水的油水分離。其原理結構示意圖見圖4。

圖4 微壓射流誘導式氣浮選設備工作原理結構示意圖Fig.4 Schematic diagram of working principle and structure of micro-pressure jet induced air flotation equipment

微動力過濾器技術原理：微動力過濾器[15-16]由3 個壓力室分別組成初級室、緩沖室和反沖洗室。被處理的采出污水首先進入初級室，通過過濾元件層過濾后再進入緩沖室。旋轉式反沖洗室使可控比例的污水經過濾部件進入緩沖室，而不影響正常過濾的進行。反沖洗是在緩沖室中將過濾后的凈化水在回壓的作用下，通過獨特的旋轉的反沖洗室流入中空軸的低壓區完成的。瞬間局部反沖洗在反沖洗室的旋轉狀態下，就構成了連續對整個過濾膜的反沖洗。實物圖片見圖5。

圖5 微動力過濾器外觀示意圖Fig.5 Schematic diagram of micro-power filter appearance

利用連續流的動力可使過濾器在正常操作時就可以不間斷地進行過濾和反沖洗，而不用停止過濾來清除過濾出的固體。

2.2 現場試驗研究方案

根據誘導射流氣浮選設備和微動力過濾器的特點，采用正交法，首先進行在額定設計規模條件下的最佳運行操作參數的優選試驗。其中誘導射流氣浮選和微動力過濾器的因素水平選擇見表2、表3；處理量、回流比、加藥量分別用A、B、C表示，下標1、2、3 表示因素的不同水平，分別記為A1、A2、A3，B1、B2、B3，C1、C2、C3。誘導射流氣浮選設備與微動力過濾器的正交試驗表相同，見表4。

表2 誘導射流氣浮選裝置的試驗因素水平Tab.2 Level of test factors for induced jet gas flotation device

表3 微動力過濾器裝置的試驗因素水平Tab.3 Level of test factors for micropower filter devices

表4 試驗正交表L9（34）Tab.4 Orthogonal table L9(34)for test

3 試驗結果及分析

3.1 誘導射流氣浮選運行操作參數優化

根據表2 和表4 制定的正交試驗研究方案開展現場試驗，當誘導射流氣浮選裝置運行處理量為4 000 m3/d（設計負荷的80%）、對應的有效停留時間15 min 時，在回流比40%和加藥量為20 mg/L 的條件下，用出水的剩余含油量和懸浮固體含量來比較誘導射流氣浮選的處理效果，得出此條件下誘導射流氣浮選出口的含油量和懸浮固體含量最低，平均值分別為29.53 和26.81 mg/L，去除效率較高。其試驗結果見圖6。

圖6 誘導射流氣浮選設備進、出水含油濃度和懸浮固體濃度變化曲線Fig.6 Variation curves of oil and suspended solids concentration in influent and effluent water of induced jet air flotation

3.2 微動力過濾器運行操作參數優化篩選

根據表3 和表4 制定的正交試驗研究方案開展現場試驗，當微動力過濾器的處理量為800 m3/d（設計負荷的80%）時，在排水壓力為0.3～0.5 MPa 的條件下，投加絮凝劑20 mg/L，其出水含油量、懸浮固體含量及顆粒粒徑中值均達到了中滲透率油層回注水水質指標要求，即含油濃度≤10 mg/L，懸浮固體含濃度≤5 mg/L，顆粒粒徑中值≤3 μm。試驗結果見圖7。

3.3 誘導射流氣浮選與微動力過濾器組合處理工藝

分別選擇誘導射流氣浮選與微動力過濾器上述優化出的最佳操作運行參數，開展兩個高效處理設備組合處理工藝的處理試驗，現場測得聚合物濃度為35.7 mg/L。試驗結果見表5。

表5 新型高效處理工藝試驗結果數據Tab.5 Data of test results of new high efficiency treatment process

圖7 微動力過濾器進、出水含油濃度和懸浮固體濃度變化曲線Fig.7 Variation curves of oil and suspended solids concentration in influent and effluent water of the micropower filter

續表5

從表5 可以看出：采用誘導射流氣浮選與微動力過濾器組成的新型高效處理工藝，在最佳運行操作條件下，當進水含油濃度平均179.2 mg/L、懸浮固體濃度平均42.6 mg/L 時，最終過濾出水含油濃度平均5.95 mg/L，懸浮固體濃度平均4.26 mg/L，顆粒粒徑中值2.534 μm，三項主要指標均達到了中滲透率油層回注水水質控制指標要求。

4 結論

（1）采用誘導射流氣浮選進行油水分離處理去除水中的含油和懸浮固體，以及采用微動力過濾器去除剩余水中的含油和懸浮固體技術上可行。由兩個設備組成的新型高效處理工藝技術，當誘導射流氣浮選和微動力過濾器處理量分別為設計負荷的80%，回流比40%、加藥量20 mg/L、污水有效停留時間15 min，以及微動力過濾器排水壓力為0.3 MPa、投加聚合氯化鋁絮凝劑20 mg/L 的條件下，最終處理后的水中含油量、懸浮固體含量及顆粒粒徑中值，均達到了中滲透率油層回注水水質指標（含油濃度≤15 mg/L，懸浮固體濃度≤5 mg/L，粒徑中值≤3 μm）。

（2）建議含油污水采用沉降罐→緩沖罐→誘導射流氣浮選→緩沖罐→微動力過濾器→凈化水的處理工藝。

克拉瑪依油田風城采油作業區