串聯(lián)氣浮工藝處理海上油田含聚污水的試驗(yàn)研究

邱里，來(lái)遠(yuǎn)，朱海山，高鵬 （中海油研究總院，北京100027）

1 污水水質(zhì)特性分析

試驗(yàn)原水采用渤海區(qū)域某油田生產(chǎn)分離器水相出水。首先對(duì)其采用靜置浮升法進(jìn)行測(cè)試，分別經(jīng)過(guò)0、2、4、6、24h的沉降后，依次從各沉降柱底部取樣并化驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，隨著沉降時(shí)間的延長(zhǎng)，水中含油量在逐漸降低，前6h內(nèi)，下降幅度最大，6h后下降幅度變緩，經(jīng)過(guò)24h沉降后，水中含油量低于620mg/L，且含油量隨時(shí)間變化的趨勢(shì)越來(lái)越減少。因此，對(duì)于該油田的含聚污水直接進(jìn)行沉降分離的效果較差。為了縮短含聚污水的油水分離時(shí)間，提高設(shè)備處理效率，開(kāi)展了串聯(lián)氣浮工藝處理該油田海上生產(chǎn)平臺(tái)含聚采出水的試驗(yàn)研究。

圖1 含油量隨沉降時(shí)間的變化曲線

2 串聯(lián)氣浮工藝原理及流程

考慮到以往含聚污水處理產(chǎn)生的種種問(wèn)題，該油田含聚污水的處理秉持 “除油除懸不除聚”的原則，以利于減少平臺(tái)生產(chǎn)水系統(tǒng)的出泥量，降低操作維修強(qiáng)度。因此，該油田海上平臺(tái)在采用串聯(lián)氣浮工藝對(duì)含聚污水進(jìn)行處理的過(guò)程中設(shè)計(jì)了兩級(jí)氣?。阂患?jí)氣浮主要負(fù)責(zé)對(duì)含聚污水中進(jìn)行脫油處理，以利回收較高純度的廢油，同時(shí)減輕后續(xù)處理的負(fù)荷；二級(jí)氣浮主要負(fù)責(zé)除去一級(jí)出水中的懸浮物，同時(shí)進(jìn)一步降低含油量，以使二級(jí)氣浮出口指標(biāo)滿足后續(xù)處理工藝的入口要求，同時(shí)降低采出水中聚合物經(jīng)混凝脫穩(wěn)后與絮凝劑及由網(wǎng)捕卷掃效應(yīng)攜帶的油、沙形成的高粘固形物 （簡(jiǎn)稱含聚污泥）的產(chǎn)出量。

為了達(dá)到上述目的，將常規(guī)的一級(jí)氣浮主要以投加破乳型清水劑為主、二級(jí)氣浮以改性混凝劑和絮凝劑復(fù)配型清水劑為主的化學(xué)藥劑投加方式，調(diào)整為一二級(jí)氣浮統(tǒng)一投加破乳型清水劑，同時(shí)輔之以相應(yīng)的氣浮運(yùn)行參數(shù)，以滿足各氣浮設(shè)備的運(yùn)行要求。

3 試驗(yàn)思路及方案

根據(jù)串聯(lián)氣浮工藝在處理含聚污水方面的經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)中首先針對(duì)兩級(jí)串聯(lián)氣浮的溶氣壓力進(jìn)行試驗(yàn)，隨后在確定試驗(yàn)的最優(yōu)化操作參數(shù)下，就化學(xué)藥劑對(duì)串聯(lián)氣浮工藝的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究，以取得針對(duì)該油田的最優(yōu)化化學(xué)藥劑投加種類(lèi)和劑量。

基于以上的試驗(yàn)思路，確定了如下的試驗(yàn)方案：

1）在不投加藥劑的條件下對(duì)2個(gè)氣浮機(jī)的溶氣壓力進(jìn)行正交試驗(yàn)，溶氣泵壓力按照0.2、0.3、0.4MPa及根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定的優(yōu)化值確定，以期取得氣浮的最佳溶氣壓力。

2）在最佳溶氣泵的壓力條件下，分別向兩級(jí)氣浮同時(shí)按照兩型清水劑1、3、5、7mg/L的濃度進(jìn)行正交試驗(yàn)，以取得最優(yōu)化的加藥量。

3）在最佳溶氣泵壓力及投藥量下，對(duì)二級(jí)氣浮回流比進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，回流比按照20%和25%確定，以取得最優(yōu)化回流比設(shè)置。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 兩級(jí)串聯(lián)氣浮溶氣壓力變化試驗(yàn)

在不投加化學(xué)藥劑的情況下，首先固定了二級(jí)氣浮溶氣壓力0.2MPa，一級(jí)氣浮壓力分別按照0.2、0.3、0.4MPa進(jìn)行試驗(yàn)；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選取0.38MPa作為一級(jí)氣浮的最優(yōu)化參數(shù)。隨后固定一級(jí)氣浮溶氣壓力0.38MP，二級(jí)氣浮按照0.3、0.4MPa溶氣壓力進(jìn)行試驗(yàn)；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選取0.37MPa作為二級(jí)氣浮的最優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)。各水樣的含油量、懸浮物含量、聚合物含量和總?cè)コ史謩e如圖2～5所示。

觀察組使用CT檢查診斷準(zhǔn)確率明顯高于對(duì)照組使用B超檢查診斷準(zhǔn)確率，兩組數(shù)據(jù)差異明顯。有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見(jiàn)附表。

圖2 石油烴處理效果

圖3 懸浮物處理效果

由圖2～5可知，在水樣1～8中，在未投加化學(xué)藥劑的情況下，根據(jù)最優(yōu)化結(jié)果選取的串聯(lián)氣浮0.38MPa及0.37MPa的溶氣壓力的操作條件，其石油烴總?cè)コ首罡摺Ｔ摎飧∵\(yùn)行條件將作為下面化學(xué)藥劑投加試驗(yàn)的基礎(chǔ)。

4.2 兩級(jí)串聯(lián)氣浮化學(xué)藥劑投加試驗(yàn)

在最優(yōu)化的兩級(jí)氣浮運(yùn)行條件下，首先固定二級(jí)氣浮清水劑投加量1mg/L，一級(jí)氣浮清水劑投加量分別按照1、3、5、7mg/L進(jìn)行試驗(yàn)；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選取3mg/L作為一級(jí)氣浮清水劑投加最優(yōu)化參數(shù)。隨后固定一級(jí)氣浮清水劑投加量3mg/L，二級(jí)氣浮按照3、5、7mg/L清水劑投加量進(jìn)行試驗(yàn)；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選取3mg/L作為二級(jí)氣浮清水劑投加最優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)。各水樣的含油量、懸浮物含量、聚合物含量和總?cè)コ史謩e如圖6～9所示。

圖4 聚合物處理效果

圖5 各水樣石油烴、懸浮物去除率

圖6 石油烴處理效果

圖7 懸浮物處理效果

圖8 聚合物處理效果

圖9 各水樣石油烴、懸浮物去除率

由圖6～9可知，在水樣1～14中，兩級(jí)串聯(lián)氣浮在分別投加兩型清水劑3mg/L的條件下，其總?cè)コ首罡?。該化學(xué)藥劑投加量將作為試驗(yàn)的重要成果。

4.3 二級(jí)氣浮回流比試驗(yàn)

在前面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)前面確定氣浮運(yùn)行條件及化學(xué)藥劑投加量，該試驗(yàn)對(duì)串聯(lián)氣浮工藝二級(jí)氣浮回流比進(jìn)行了調(diào)整，按照20%和25%兩組回流比進(jìn)行了試驗(yàn)。各水樣的含油量、懸浮物含量、聚合物含量和總?cè)コ史謩e如圖10～13所示 （其中水樣5未測(cè)聚合物含量數(shù)據(jù)）。

由圖10～13可知，在水樣1～5中，兩級(jí)串聯(lián)氣浮回流比20%及25%的情況下，石油烴及懸浮物總?cè)コ什o(wú)重大差異，故目前采用20%回流比作為氣浮運(yùn)行數(shù)據(jù)。

5 結(jié)果討論

圖10 石油烴處理效果

圖11 懸浮物處理效果

圖12 聚合物處理效果

圖13 各水樣石油烴、懸浮物去除率

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，串聯(lián)氣浮工藝即使在不加清水劑的條件下，對(duì)含聚污水也有較好的處理效果，同時(shí)隨溶氣壓力的升高效果逐漸變好。因此，串聯(lián)氣浮工藝效果的好壞在很大程度上取決與氣水比的選擇，即根據(jù)一定的溶氣釋放器效率，其總氣泡微粒應(yīng)與含聚污水中極細(xì)分散相顆粒進(jìn)行足夠多的碰撞，同時(shí)保證分離區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)，以減少吸附顆粒的脫穩(wěn)現(xiàn)象。

為減少含聚污泥的產(chǎn)出，同時(shí)達(dá)到除油除懸不除聚的目的，應(yīng)謹(jǐn)慎使用PAC與PAM，以防止由于電性中和及網(wǎng)捕卷掃而導(dǎo)致的分散相大規(guī)模脫穩(wěn)從而使得系統(tǒng)出泥量劇增。

該次試驗(yàn)采用的破乳型清水劑配合氣浮工藝對(duì)含聚污水中的石油烴及懸浮物的去除有較好的效果，來(lái)水含油、懸浮物、聚合物分別為1625.75、628、495.5mg/L時(shí)一級(jí)氣浮出水含油、懸浮物、聚合物含量分別為112、110.7、484.25mg/L；二級(jí)氣浮出水含油、懸浮物、聚合物含量含量分別為62.3、97、475.3mg/L；系統(tǒng)對(duì)含油、懸浮物去除率分別為96.1%、82.4%，而聚合物則幾乎沒(méi)有去除。因此，該工藝含聚污泥產(chǎn)出量很低，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)水處理系統(tǒng)造成較大的污泥處理負(fù)擔(dān)。

但由于污水中聚合物的影響，該工藝雖然獲得了較高的去除率，且大大減少了污泥產(chǎn)出，但其效果仍然較二級(jí)氣浮采用改性PAC＋PAM復(fù)配型清水劑為差[2]，且根據(jù)二級(jí)出水中聚合物的高濃度及剩余懸浮物經(jīng)處理后的下降趨勢(shì)看，即使后續(xù)進(jìn)行進(jìn)一步過(guò)濾，出水懸浮物的含量達(dá)到石油行業(yè)注水標(biāo)仍存在一定困難，可能需要針對(duì)懸浮物的脫穩(wěn)和聚合物的維穩(wěn)問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)與研究。

另外，由于試驗(yàn)時(shí)間不長(zhǎng)，水中殘留聚合物對(duì)后續(xù)濾器的影響尚未進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估。由于目前濾器普遍采用的濾料最小達(dá)0.25mm[3]，故對(duì)于分子量高達(dá)幾千甚至上萬(wàn)的含聚污水，濾料是否可以徹底再生仍然將是制約海上平臺(tái)對(duì)含聚污水處理的重要問(wèn)題，也需要時(shí)間的進(jìn)一步檢驗(yàn)。

[1]劉小東，謝陳鑫 .油田含聚污水的處理現(xiàn)狀與研究進(jìn)展 [J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，（10）：136～137.

[2]張海水，王傳新，張華峰，等 .溶氣氣浮工藝應(yīng)用于含聚污水處理 [J].油氣田地面工程，2010，29（1）：42～43.

[3]金榮煥，焦福斌，陳躍武，等 .油田污水過(guò)濾罐含油污染濾料再生技術(shù) [J].清洗世界，2011，27（2）：13～16.