大港羊三木油田外排水處理技術(shù)升級應(yīng)用

王云鵬 王 端 王建偉 鄒曉燕 張津華

(1.中國石油大港油田公司質(zhì)量安全環(huán)保處；2.中國石油大港油田采油工藝研究院；3.中國石油大港油田濱港石油科技集團有限公司)

0 引 言

油田在開發(fā)生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量的采出水，通常在經(jīng)過一定程度的處理凈化后用于油田回注地層。而在油田采出水量高于回注水量的情況下，采出水無法完全回注地層，剩余采出水需采取深度處理。外排水中通?？紤]COD(化學(xué)需氧量)、石油類含量、氨氮等控制指標(biāo)[1-3]。

羊三木油田采出水處理站始建于1975年，外排水處理系統(tǒng)于2000年投產(chǎn)，處理工藝主要采用“高效節(jié)能過濾器+微絮凝處理系統(tǒng)+FSBR活性污泥處理系統(tǒng)+高效節(jié)能過濾器”。隨著國家對江河水體保護的日益重視，根據(jù)國家環(huán)境保護總局、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布的GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，羊三木油田外排水參照一級A標(biāo)準(zhǔn)為COD≤50 mg/L、石油類≤1 mg/L、氨氮≤5 mg/L。然而已建外排水處理裝置處理后的COD指標(biāo)不能滿足該要求。為使外排水達標(biāo)，需對外排水處理工藝進行技術(shù)升級改造。

1 目前工藝生產(chǎn)情況

1.1 處理工藝流程

外排采出水處理工藝采用高效節(jié)能過濾器+微絮凝處理系統(tǒng)+活性污泥處理系統(tǒng)+高效節(jié)能過濾器處理工藝，采出水處理達標(biāo)后排入廖家洼河，最后匯入渤海?；厥沼瓦M調(diào)節(jié)池后收油到收油罐，見圖1。

圖1 外排水處理工藝流程

1.2 生產(chǎn)情況

羊三木外排水處理系統(tǒng)采用高效節(jié)能過濾器+高效微絮凝處理裝置+FSBR活性污泥處理系統(tǒng)+高效節(jié)能過濾器四級處理工藝，處理能力4 000 m3/d，目前處理量3 776 m3/d。

目前外排出口水質(zhì)能夠滿足GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級排水指標(biāo)：COD≤100 mg/L、石油類≤10 mg/L，但是無法滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的一級A標(biāo)準(zhǔn)：COD≤50 mg/L(不滿足)、石油類≤1 mg/L(滿足)、氨氮≤5 mg/L(滿足)。因此，COD指標(biāo)無法達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》國家最新要求。

2 處理工藝選擇

2.1 現(xiàn)有工藝處理不達標(biāo)原因

1)進生化系統(tǒng)溫度41～48℃，一般將溫度控制在15～35℃，低于5℃微生物生長緩慢，微生物的代謝活力降低，進而處于生長繁殖停止?fàn)顟B(tài)，但仍保存其生命力。高于35℃時，會使微生物的蛋白質(zhì)迅速變性及酶系統(tǒng)遭到破壞而失去活性，嚴(yán)重者可使微生物死亡。因此該系統(tǒng)水溫對生化系統(tǒng)有較大的影響。

2)進入生化系統(tǒng)的油類較多，影響系統(tǒng)運行。

污水中的油<110 mg/L時，對活性污泥性能沖擊很小，油在10～20 mg/L左右時有一定沖擊，但不影響系統(tǒng)正常運行；含油20～30 mg/L左右時有明顯沖擊，系統(tǒng)內(nèi)的活性污泥需要馴化；油>30 mg/L時系統(tǒng)無法正常運行。復(fù)合式生物系統(tǒng)中形成的生物膜可不斷吸附水中的石油類物質(zhì)，最終在固定相形成油包泥，抑制了微生物的生長。

從現(xiàn)場情況看生化池內(nèi)表面有大量集油，這對生化系統(tǒng)影響較大。

3)鹽度影響：本系統(tǒng)中無機鹽類含量都比較少，遠低于生物處理的耐鹽度。由此鹽分對生化系統(tǒng)沒有影響。

4)氯離子的影響：原水中氯離子達3 400 mg/L，這種濃度不影響生化系統(tǒng)的運行，實際運行中氯離子在1 000～10 000 mg/L的污水系統(tǒng)都能正常運行，故此氯離子不是影響生化系統(tǒng)的因素。

2.2 工藝提標(biāo)措施

針對現(xiàn)有問題，提出了提標(biāo)措施[4-10]：

1)最大限度除油：進生化池之前設(shè)置氣浮除油裝置，去除污水中浮油，保證生化系統(tǒng)進水含油量小于10 mg/L。

2)水溫調(diào)節(jié)：通過新增加單元氣浮、UASB兩個單元降低水溫，滿足生化系統(tǒng)需求。

3)提高污水B/C，即提高可生化性：由于初期要求排放標(biāo)準(zhǔn)低，采用FSBR工藝，可以達到排放標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)在排放要求提高，由于污水中難以生化降解的有機物不能再通過活性污泥法進行徹底降解，所以在新的要求下需要重新提高污水的可生化性，使得生化系統(tǒng)對COD的去除率更高。

4)優(yōu)化生物菌種：原有系統(tǒng)為活性污泥法，耐沖擊負荷能力弱，采用UASB厭氧反應(yīng)提高系統(tǒng)處理能力。

5)采用限制條件較少的物化處理工藝作為后端深度處理工藝。

2.3 工藝流程優(yōu)化

結(jié)合不同處理工藝的應(yīng)用情況，本次升級改造采用“物理過濾+UASB厭氧處理+一級接觸氧化+沉淀+水解池+二級接觸氧化+沉淀+活性炭過濾吸附”工藝對外排水進行深度處理，將過濾吸附、微絮凝沉降、UASB厭氧反應(yīng)、好氧反應(yīng)、水解酸化分級作用于外排采出水處理，提高外排采出水指標(biāo)。

3 中試試驗

為解決污水排放達標(biāo)問題，經(jīng)多次技術(shù)交流和商務(wù)談判，大港油田第六采油廠確定了一套污水處理中試裝置進行現(xiàn)場試驗，此裝置基本模擬了羊污水站現(xiàn)有工藝流程，結(jié)合上述問題進行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整并增加了部分設(shè)備，對羊污水站外排污水進行深度處理，以達到當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門對污水排放的要求。為羊污水站的整體改造進行先導(dǎo)性試驗。

整個試驗分為3個階段：

①羊污水站外排水深度處理試驗；

②全流程模擬試驗；

③耐沖擊性試驗。

參照熱化學(xué)洗滌+物理分離工藝在大港港東油田的應(yīng)用實踐，并以此為基礎(chǔ)進行室內(nèi)試驗和技術(shù)升級，優(yōu)化超聲波處理參數(shù)、增加溢流除油次數(shù)、增加泥砂的二次處理及污水曝氣裝置，進一步提高油泥砂處理效果。

1)外排水深度處理試驗過程及試驗結(jié)果

本中試試驗以采油六廠下屬(羊污水站)排水出水為試驗原水，以上述試驗流程進行中試試驗，經(jīng)過兩個月的試驗，專業(yè)機構(gòu)于2016年4月22日至5月7日連續(xù)兩周對中試裝置外排水水樣進行檢測，出水COD為20～30 mg/L，氨氮為0.271 mg/L，符合GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。外排水深度處理試驗出口檢測值統(tǒng)計見表1。

表1 外排水深度處理試驗出口檢測值統(tǒng)計

2)全流程模擬試驗

將中試裝置進水口由羊污水站外排口改為一級核桃殼過濾器后端出口，直接將僅經(jīng)過初步脫油處理的污水引入中試裝置，經(jīng)過10 d的菌種自適應(yīng)強化過程，于2016年5月20日開始，連續(xù)3 d進行取樣化驗，經(jīng)過專業(yè)機構(gòu)對中試設(shè)備的進口及出口水樣進行檢測，出水COD結(jié)果為19～25 mg/L，符合GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。全流程模擬試驗進出口檢測值統(tǒng)計見表2。

表2 全流程模擬試驗進出口檢測值統(tǒng)計

3)耐沖擊性試驗

將進水口進一步前移，將羊中心站來水直接引入中試裝置，測試在前端水質(zhì)惡化時，中試裝置的工藝設(shè)定能否經(jīng)受住高含油、高COD污水的沖擊，測試工藝流程的耐油沖擊性。經(jīng)過一周的沖擊試驗，自2016年5月31日起連續(xù)3 d進行取樣化驗，經(jīng)過專業(yè)機構(gòu)對中試設(shè)備的進口及出口水樣進行檢測，出水COD結(jié)果為19～38 mg/L，氨氮為0.025 mg/L，符合GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。耐沖擊性試驗進出口檢測值統(tǒng)計見表3。

表3 耐沖擊性試驗進出口檢測值統(tǒng)計

4 處理工藝升級

對現(xiàn)有系統(tǒng)的處理流程進行升級改造，主要包括：

將兩座FSBR曝氣反應(yīng)池分別改造成一級接觸氧化池+一級沉淀池、水解酸化池+二級接觸氧化池+二級沉淀池，新建兩具UASB反應(yīng)器、兩座冷卻塔及冷卻水箱和提升泵、兩座活性炭吸附塔。升級后外排采出水處理能力2 000 m3/d，COD≤50 mg/L，石油類≤1 mg/L，氨氮≤5 mg/L。

主體工藝流程為：油站來采出水經(jīng)兩具高效過濾裝置、高效微絮凝裝置、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、兩具UASB反應(yīng)裝置，一級好氧接觸氧化池+沉淀池，水解酸化池+二級好氧接觸氧化池+二級沉淀池，高效過濾裝置，活性炭吸附塔，處理后的采出水外排，見圖2。

圖2 外排采出水處理工藝升級后總體工藝流程

1)過濾吸附

來自羊三木油田的采出水進入到1臺已建高效過濾裝置，去除部分污油和懸浮物。

2)微絮凝沉降

出水進入到1座已建微絮凝處理機去除部分污油和懸浮物(COD≤200 mg/L，oil≤50 mg/L，NH3-N≤8 mg/L，45℃≤T≤55℃)。

3)UASB厭氧反應(yīng)

隨后進入到新建溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過冷卻塔將水溫調(diào)節(jié)至適宜微生物生長的溫度(COD≤200 mg/L，oil≤40 mg/L，NH3-N≤8 mg/L，30℃≤T≤35℃)；出水進入冷卻水箱，水箱中污水通過提升系統(tǒng)增壓進入到新建UASB反應(yīng)裝置，污水在上流式厭氧污泥床反應(yīng)器內(nèi)進行厭氧處理，去除部分COD(COD≤120 mg/L，oil≤20 mg/L，NH3-N≤8 mg/L，30℃≤T≤35℃)。

4)好氧反應(yīng)+水解酸化+沉淀

UASB出水自流進入到一級接觸氧化池(改造)進行好氧反應(yīng)，去除大部分COD、氨氮，接觸氧化池出水(COD≤80 mg/L，oil≤10 mg/L，NH3-N≤6 mg/L，30℃≤T≤35℃)進入到一級沉淀池(改造)進行污泥沉淀；沉淀池上清液自流進入水解酸化池(改造)進行水解酸化反應(yīng)，提高污水B/C比，接著進入二級接觸氧化池(改造)進行好氧反應(yīng)，出水(COD≤50 mg/L，oil≤1 mg/L，NH3-N≤5 mg/L，30℃≤T≤35℃)通過二級沉淀池(改造)實現(xiàn)污泥沉淀。

5)過濾吸附

最終出水經(jīng)過已建1臺高效過濾裝置去除粒徑較小的懸浮物(COD≤50 mg/L，oil≤1 mg/L，NH3-N≤5 mg/L，30℃≤T≤35℃)，最終通過2臺活性炭過濾吸附工藝保證系統(tǒng)出水穩(wěn)定達標(biāo)。

5 實施效果

升級改造完成后，對羊三木外排采出水進行檢測，檢測結(jié)果如表4所示。

表4 處理工藝升級后外排水水質(zhì)化驗數(shù)據(jù)

由監(jiān)測結(jié)果可知，升級后外排采出水指標(biāo)達到了GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的一級A標(biāo)準(zhǔn)：COD≤50 mg/L、石油類≤1 mg/L、氨氮≤5 mg/L，完成了改造目標(biāo)。

6 結(jié) 論

1)羊三木油田外排采出水處理效果達不到指標(biāo)要求，通過技術(shù)調(diào)研分析，優(yōu)選物理過濾+UASB厭氧處理+接觸氧化+水解酸化+沉淀+過濾吸附的處理工藝進行技術(shù)升級。

2)根據(jù)中試試驗研究結(jié)果，UASB厭氧反應(yīng)+接觸好氧反應(yīng)+活性炭吸附替代FBSR活性污泥+曝氣，可提高外排采出水處理效果。

3)對現(xiàn)有系統(tǒng)的處理流程進行升級改造，實現(xiàn)物理過濾+UASB厭氧處理+一級接觸氧化+沉淀+水解池+二級接觸氧化+沉淀+活性炭過濾吸附處理工藝，處理后外排采出水處理指標(biāo)可達到COD≤50 mg/L，oil≤1 mg/L，NH3-N≤5 mg/L。達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。