稠油開采廢水綜合治理回用工藝的研究

王 凱 林建明 吳延武 杜可正 田 源

（北京格蘭特膜分離設備有限公司，北京 100029）

我國油田稠油多采用注水注氣輸油的方式，開采過程中需要注入蒸汽，隨著稠油的采出，會產生大量的污水。隨著開采時間的增加，耗水量也越來越高[1]。生產蒸汽需要消耗大量的淡水資源，將蘊含較高熱量值的高含鹽稠油污水處理為蒸餾水回用注氣鍋爐[2]。既解決了污水的去向問題，同時也能夠節省寶貴的水資源。為維持原油產量，國內油田開始逐步采用蒸汽輔助重力泄油熱采技術[3]，但制約熱采工藝油田領域的推廣難題在于，該工藝采油過程中會產水高鹽、高溫、高硅的含油廢水有效處理和回用[4]。針對某油田稠油聯合站采油廢水COD難于降解、硅含量較高、現有脫鹽水處理系統污堵嚴重等特點，決定采用如下中試工藝流程：混凝沉淀（包括鎂劑除硅）+MCM（A/O）+ GRT-OEB+UF+一級RO+二級RO+EDI。通過實驗，驗證工藝可行性，考察和優化各工藝參數流程，為污水處理工程提供最適宜工藝流程及可信賴技術參數。

1 中試過程與結論

1.1 采油廢水進出水水質

試驗用采油廢水來自稠油聯合站出水，經檢測，主要水質指標如下：

1.2 試驗水處理工藝方案

水中的雜質包括了懸浮物、膠體、溶解性有機物和溶解性無機鹽。其中，懸浮物可以采用沉淀、過濾技術（包括微濾和超濾膜技術）除去；對于膠體需要通過投加絮凝劑與膠體反應形成固體懸浮物，然后用除去懸浮物的方法加以去除；對于溶解性有機物可以用生化法（包括膜生物反應器）、活性炭吸附法或反滲透法去除；對于溶解性無機鹽可以用離子交換、電滲析和反滲透法去除。

綜合分析水質特點，本方案擬采取以下技術措施：

a. 混凝沉淀池：去除水中SS、膠體、大部分硅、油、硬度和堿度；

b. MCM 生物膜反應器：降解水中可生化部分COD；

c. GRT-OEB 二級組合：通過高級氧化和生物濾池，進一步降解水中難生化的COD；

d. 超濾系統：攔截SS、膠體等，保證出水SDI 小于3；

e. 二級反滲透：脫鹽率98%，出水含鹽量低于5ppm；

f. EDI：深度除鹽，產水滿足鍋爐補給水要求，出水電導率低于0.2us/cm。

工藝流程見圖1。

圖1 稠油開采廢水工藝流程圖

1.3 主要試驗裝置

1.3.1 除硅、軟化沉淀系統

稠油廢水的預處理技術包括加藥混凝澄清法、鎂劑法等[5]。試驗采用氫氧化鈉-鎂劑除硅軟化，試驗設備為高密度澄清池，配套NaoH 加藥裝置，MgCl2加藥裝置、PAC 加藥裝置、PAM 加藥裝置和鹽酸加藥裝置。裝置運行流量1.8m3/h。

1.3.2 MCM 生化系統

MCM 缺氧/厭氧反應器利用MCM 填料，以固定床的方式將不同種類的微生物固定在填料表面或填料內部。本試驗的MCM 好氧-缺氧耦合反應器（本公司專200710195135.8）采用復合功能型填料（本公司專利號201020204406.9）。由于在水流方向、填料內外均存在不同的溶解氧梯度，因此，微生物種群比常規生化工藝豐富得多，使難降解廢水中的有機污染物得以去除。

MCM 生物系統好氧出水硝化液回流至缺氧區，缺氧區不設曝氣，溶解氧控制在0.1-0.3mg/L，好氧區設置曝氣，溶解氧控制在2-3mg/L。MCM 系統處理量1.8m3/h。

1.3.3 OEB 系統

該工藝利用臭氧預氧化作用，使水中難以生物降解的有機物斷鏈、開環，轉化成簡單的脂肪烴，改變其生化特性，在客觀上可以增加小分子的有機物，使活性炭的吸附功能得到更好的發揮。活性炭能夠迅速地吸附水中的溶解性有機物，同時也能富集微生物，使其表面能夠生長出良好的生物膜，靠本身的充氧作用，炭床中的微生物就能以有機物為養料大量生長繁殖好氧菌，致使活性炭吸附的小分子有機物充分生物降解。

OEB 系統集合了臭氧和曝氣生物濾池系統，臭氧為下向流。曝氣生物濾池為上向流，曝氣池底部設置薄膜曝氣裝置，提供溶解氧。出水溶解氧1～3mg/L。OEB 系統處理量1.8m3/h。

1.3.4 UF 超濾系統

原水經超濾處理后純水可以保證SDI＜3，明顯提高反滲透膜壽命。

UF 超濾系統為中空纖維外壓式超濾，選用坎普爾1060A 膜組件。超濾為恒流運行，超濾系統處理量1.8m3/h。

1.3.5 RO 反滲透系統

反滲透為兩級反滲透，每級反滲透系統通過濃水循環，模擬工程項目最后一只膜的運行狀況。一級反滲透產水流量1.2 m3/h，回收率70%，二級反滲透產水量1.1 m3/h，回收率90%。

1.3.6 EDI 系統

EDI 系統模塊選用坎普爾CP1000S，產水流量1.0 m3/h。

1.4 試驗數據及分析

1.4.1 除硅、軟化沉淀系統

對來水投加NaoH 調節PH，加MgCl2使硅變成沉淀，產生的絮體投加PAC 和PAM，降低來水中的懸浮物、膠體和溶解硅，并去除部分COD，減輕后續丹元負荷，也減緩膜系統堵塞[6]。除硅、軟化沉淀系統在傳統混凝除硬沉淀系統中，加上除硅環節。除硅、軟化沉淀系統運行效果如圖2 所示。

圖2 沉淀去除數據圖

來水硬度基本處于200-400mg/L，個別時間進水COD 超出500mg/L。來水總硅處于100-150 mg/L，總硅含量波動較小。從除硅、軟化系統沉淀結果來看，出水硬度50mg/L 左右，硬度絕對去除值為450 mg/L 左右，去除率88.9%，去除效果良好。出水總硅45.4mg/L，總硅絕對去除值為78 mg/L，去除率63.2%。去除效果明顯。此外沉淀系統含油從25.4mg/L 下降到1.1mg/L, 濁度從260.7NTU 下降到3.99NTU。試驗表明，除硅、軟化沉淀系統作為預處理，對整個系統穩定運行，發揮著不可替代的作用。

1.4.2 MCM 生化系統

MCM 生化系統主要是降解水中溶解性可生化部分的COD，減輕后續深化處理COD 壓力。

MCM 生化系統平均進水124.57mg/L，平均出水COD67.4mg/L，去除率45.9%,COD 絕對去除值為57.1mg/L；平均進水含油1.09mg/,平均出水含油0.003mg/L，去除率99.7%；進水濁度3.99NTU，出水濁度0.78NTU，去除率80.5%。

MCM 生化系統降低COD 的同時，沉淀系統出水殘留的含油在生化段進一步除去，減小油膜對濾池、膜系統的影響。

1.4.3 OEB 系統

OEB 系統為此工藝系統預處理最為關鍵的環節，臭氧投加量10mg/L，出水效果達到預定要求。具體數據如圖3 所示。

圖3 OEB 系統數據圖

由圖3 可以看出，OEB 系統最大進水COD74mg/L，最小進水COD52mg/L，平均進水COD62.4mg/L。OEB 系統最大出水COD49mg/L,最小出水COD10mg/L,平均出水COD31.6mg/L，系統平均去除率49.3%。

OEB 深度處理單元對全膜法系統的穩定運行發揮了重要作用。

1.4.4 超濾UF 系統超濾作為反滲透預處理系統，經過超濾處理后可以保證其出水SDI 小于2，以提高反滲透膜的壽命。

超濾壓差基本穩定在68kpa 左右，壓差出現波動原因為CEB 清洗前后壓差的波動。經過正常反洗或CEB反洗均能下降至正常水平，這代表膜的運行是正常的，壓差是可恢復的。

1.4.5 反滲透RO 系統

反滲透設計為兩級反滲透。一級反滲透回收率70%，脫鹽率98%，二級反滲透回收率90%，脫鹽率99%。

反滲透為恒流運行，通過壓力變化及電導脫鹽率來判斷膜運行狀況。即固定產水流量，濃水流量及錯流量，通過壓力變化及電導脫鹽率來判斷膜運行狀況。

中試運行中，一級反滲透進水電導6500-8000us/cm，出水電導維持在200us/cm -250us/cm。二級反滲透出水電導10us/cm -30us/cm，進水電導隨著溫度及前段預處理效果有小幅度變化。具體數據如圖4、5。

圖4 一級反滲透電導數據圖

圖4、圖5 可知，一級反滲透運行穩定，出水水質符合設計要求。無論進水電導怎么變化，脫電導率都在96%以上。一級反滲透平均進水壓力11.0bar，平均段間壓力10.8bar,平均濃水壓力10.4bar，壓力變化平穩。

圖5 一級反滲透壓力數據圖

一級反滲透運行穩定，與工藝前端的預處理有很大關系，特別是OEB 工藝段。良好的預處理降低了反滲透污堵的可能，保證了反滲透的平穩運行。一級反滲透的穩定出水，使得二級反滲透系統正常運行平穩進水壓力和濃水壓力波動較小，平均入水壓力8bar，平均濃水壓力7.6bar,表明膜系統運行良好，沒有污染。

1.4.6 EDI 系統

EDI 系統出水水質可達15MΩ.cm 以上。EDI 系統自運行以來，調試完成后，出水效果穩定良好。出水總硅在17ug/l，低于出水總硅20ug/l 的標準。出水電導最低能達到0.062us/cm，平均出水電導0.070 us/cm，遠低于出水標準0.2 us/cm，這為出水效果留有很大余量。

2 結論

2.1 實驗證明，下述工藝流程完全可以將油田熱采廢水處理到滿足鍋爐給水要求：原水-沉淀池-MCMOEB-超濾-一級反滲透-二級反滲透-EDI。

2.2 除硅、軟化工藝能夠有效去除稠油熱采廢水中的硅和鈣離子含量，處理后全硅含量小于50mg/L，能夠滿足后續降膜處理運行的需求。

2.3 GRT-OEB 深度處理單元對全膜法系統的穩定運行發揮了重要作用。

2.4 通過實驗驗證，本文提出的工藝系統運行穩定可靠，出水水質好，具有較強的抗負荷沖擊能力。能實現水資源的循環利用，經濟效益和環境效益良好。