誘導(dǎo)射流氣浮選與微動(dòng)力過濾技術(shù)聯(lián)合處理含油污水試驗(yàn)

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(shù)監(jiān)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(qū)油的開發(fā)方式有兩大難題：一是為了達(dá)到驅(qū)油目的，油田需要注入大量水，且要求回注的水既滿足驅(qū)油的目的，同時(shí)又不堵塞地層孔隙，達(dá)到油田回注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；二是油田在開采過程中產(chǎn)生的大量含油廢水需要尋找出路，外排產(chǎn)生環(huán)境污染和原油的浪費(fèi)。因此，油田在采用注水驅(qū)油的開發(fā)過程中，可將油田開采過程中產(chǎn)生的大量含油廢水經(jīng)過系統(tǒng)處理工藝處理，達(dá)到滿足油田回注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后全部回注地層，這樣既可達(dá)到油田開發(fā)的需要，又能保證油田的穩(wěn)產(chǎn)和持續(xù)發(fā)展，同時(shí)取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

隨著油田開發(fā)的不斷發(fā)展，大慶油田已進(jìn)入高含水開發(fā)后期，油田開發(fā)層位和開發(fā)方式的變化，使得采出水處理問題和回注水水質(zhì)的矛盾越來越突出。目前，大慶油田水處理系統(tǒng)存在的問題大致可分為兩個(gè)方面：水質(zhì)方面，油田開發(fā)各環(huán)節(jié)投加的化學(xué)劑種類和數(shù)量較多，因污水中細(xì)小油珠顆粒逐漸增多而導(dǎo)致乳化程度增加、油珠浮升速度降低、水膜強(qiáng)度增加，使得水質(zhì)特性發(fā)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(zhì)超標(biāo)，造成過濾設(shè)備的出水不能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。因此，油田水處理的攻關(guān)方向應(yīng)為新技術(shù)[1]、新工藝的開發(fā)和應(yīng)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(shù)[1-3]，如采用“誘導(dǎo)射流氣浮選[4-10]+微動(dòng)力過濾”設(shè)備組成的新處理工藝技術(shù)，以適應(yīng)變化的水質(zhì)并解決現(xiàn)有水處理存在的問題，改善、提高回注水水質(zhì)，確保注水后的驅(qū)油效果。

1 采出水沉降試驗(yàn)

對現(xiàn)場試驗(yàn)采出污水分別進(jìn)行污水黏度、聚合物濃度、含油量和懸浮固體含量等項(xiàng)目的分析化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果見表1。

為了進(jìn)一步了解變化水質(zhì)的油水分離性質(zhì)，開展了采出水沉降[1]試驗(yàn)。依次取現(xiàn)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(yàn)中取10 組），然后置入溫度為40 ℃的恒溫箱內(nèi)，進(jìn)行靜置沉降分離。每組沉降時(shí)間分別為0、5、10、20、60、90、120、180、240、360 和480 min。當(dāng)每個(gè)圓柱型分液漏斗的沉降時(shí)間達(dá)到對應(yīng)要求的沉降時(shí)間時(shí)，取其對應(yīng)時(shí)間圓柱型分液漏斗下部水樣250 mL，進(jìn)行剩余含油量的分析化驗(yàn)，并繪制出不同沉降時(shí)間與污水中剩余含油濃度和懸浮固體濃度變化的關(guān)系曲線（圖1、圖2）。

表1 杏十二聯(lián)含油污水水質(zhì)分析結(jié)果Tab.1 Water quality analysis results of Xing 12 oily sewage

圖1 不同沉降時(shí)間與污水中剩余含油濃度變化的關(guān)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(shí)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(dāng)沉降時(shí)間達(dá)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(tài)，僅靠簡單的延長沉降時(shí)間，很難達(dá)到較高的去除率。

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

結(jié)合表1 中水質(zhì)分析結(jié)果，該含油污水處理站的水質(zhì)為水驅(qū)見聚污水，其污水黏度比水驅(qū)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(shù)來提高此種水質(zhì)的處理效果。

2 處理工藝技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)

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

試驗(yàn)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(dǎo)射流氣浮選和微動(dòng)力過濾技術(shù)原理

誘導(dǎo)射流氣浮選技術(shù)原理：誘導(dǎo)射流氣浮選裝置采用誘導(dǎo)噴射方式產(chǎn)生微氣泡的微壓氣浮，即水流在流經(jīng)噴射器的同時(shí)吸入空氣，并使空氣破碎成20～40 μm 大小的微氣泡，經(jīng)誘導(dǎo)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(xì)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(shè)備，實(shí)現(xiàn)采出污水的油水分離。其原理結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

圖4 微壓射流誘導(dǎo)式氣浮選設(shè)備工作原理結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of working principle and structure of micro-pressure jet induced air flotation equipment

微動(dòng)力過濾器技術(shù)原理：微動(dòng)力過濾器[15-16]由3 個(gè)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(jìn)入初級室，通過過濾元件層過濾后再進(jìn)入緩沖室。旋轉(zhuǎn)式反沖洗室使可控比例的污水經(jīng)過濾部件進(jìn)入緩沖室，而不影響正常過濾的進(jìn)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(dú)特的旋轉(zhuǎn)的反沖洗室流入中空軸的低壓區(qū)完成的。瞬間局部反沖洗在反沖洗室的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，就構(gòu)成了連續(xù)對整個(gè)過濾膜的反沖洗。實(shí)物圖片見圖5。

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

利用連續(xù)流的動(dòng)力可使過濾器在正常操作時(shí)就可以不間斷地進(jìn)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(xiàn)場試驗(yàn)研究方案

根據(jù)誘導(dǎo)射流氣浮選設(shè)備和微動(dòng)力過濾器的特點(diǎn)，采用正交法，首先進(jìn)行在額定設(shè)計(jì)規(guī)模條件下的最佳運(yùn)行操作參數(shù)的優(yōu)選試驗(yàn)。其中誘導(dǎo)射流氣浮選和微動(dòng)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(biāo)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(dǎo)射流氣浮選設(shè)備與微動(dòng)力過濾器的正交試驗(yàn)表相同，見表4。

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

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

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

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 誘導(dǎo)射流氣浮選運(yùn)行操作參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)表2 和表4 制定的正交試驗(yàn)研究方案開展現(xiàn)場試驗(yàn)，當(dāng)誘導(dǎo)射流氣浮選裝置運(yùn)行處理量為4 000 m3/d（設(shè)計(jì)負(fù)荷的80%）、對應(yīng)的有效停留時(shí)間15 min 時(shí)，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(dǎo)射流氣浮選的處理效果，得出此條件下誘導(dǎo)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(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 誘導(dǎo)射流氣浮選設(shè)備進(jìn)、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(dòng)力過濾器運(yùn)行操作參數(shù)優(yōu)化篩選

根據(jù)表3 和表4 制定的正交試驗(yàn)研究方案開展現(xiàn)場試驗(yàn)，當(dāng)微動(dòng)力過濾器的處理量為800 m3/d（設(shè)計(jì)負(fù)荷的80%）時(shí)，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(dá)到了中滲透率油層回注水水質(zhì)指標(biāo)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(yàn)結(jié)果見圖7。

3.3 誘導(dǎo)射流氣浮選與微動(dòng)力過濾器組合處理工藝

分別選擇誘導(dǎo)射流氣浮選與微動(dòng)力過濾器上述優(yōu)化出的最佳操作運(yùn)行參數(shù)，開展兩個(gè)高效處理設(shè)備組合處理工藝的處理試驗(yàn)，現(xiàn)場測得聚合物濃度為35.7 mg/L。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 新型高效處理工藝試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)Tab.5 Data of test results of new high efficiency treatment process

圖7 微動(dòng)力過濾器進(jìn)、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(xù)表5

從表5 可以看出：采用誘導(dǎo)射流氣浮選與微動(dòng)力過濾器組成的新型高效處理工藝，在最佳運(yùn)行操作條件下，當(dāng)進(jìn)水含油濃度平均179.2 mg/L、懸浮固體濃度平均42.6 mg/L 時(shí)，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(xiàng)主要指標(biāo)均達(dá)到了中滲透率油層回注水水質(zhì)控制指標(biāo)要求。

4 結(jié)論

（1）采用誘導(dǎo)射流氣浮選進(jìn)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(dòng)力過濾器去除剩余水中的含油和懸浮固體技術(shù)上可行。由兩個(gè)設(shè)備組成的新型高效處理工藝技術(shù)，當(dāng)誘導(dǎo)射流氣浮選和微動(dòng)力過濾器處理量分別為設(shè)計(jì)負(fù)荷的80%，回流比40%、加藥量20 mg/L、污水有效停留時(shí)間15 min，以及微動(dòng)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(dá)到了中滲透率油層回注水水質(zhì)指標(biāo)（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(dǎo)射流氣浮選→緩沖罐→微動(dòng)力過濾器→凈化水的處理工藝。

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