海洋石油平臺(tái)的污水處理流程及工藝設(shè)計(jì)思考

孫明(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300457)

1 海洋石油平臺(tái)污水來(lái)源及流向概述

海洋石油平臺(tái)污水來(lái)源較為廣泛，除平臺(tái)工作人員日常生活產(chǎn)生的廢水外，其生產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程也是污水形成的主要來(lái)源。如海上石油開(kāi)采的鉆井環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生廢水，從而增加海洋石油平臺(tái)污水總量。眾所周知，原油的含水量遠(yuǎn)高于工業(yè)生產(chǎn)所應(yīng)用的石油，因此在石油開(kāi)采中后期，也會(huì)產(chǎn)生大量的平臺(tái)污水。考慮到石油本身具有易燃易爆的特點(diǎn)，其處理過(guò)程對(duì)工作人員技術(shù)、處理方式都有著較為嚴(yán)格的要求，為降低原油處理的難度，工作人員引進(jìn)了更多新型加工工藝，這些工藝多數(shù)具有復(fù)雜、多樣的特點(diǎn)，作業(yè)過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，使得海洋石油平臺(tái)污水總量大大增加?；谶@一點(diǎn)，工作人員對(duì)污水中各物質(zhì)含量展開(kāi)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)海洋石油平臺(tái)污水中含有大量的有機(jī)物質(zhì)，化學(xué)需氧量遠(yuǎn)超出一般水平。海洋石油平臺(tái)污水普遍存在高礦化特點(diǎn)，這使得污水具有較強(qiáng)腐蝕性，大大增加了污水處理難度。值得一提的是，這類污水中還存在微生物與細(xì)菌，也會(huì)加大污水腐蝕效果，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)腐蝕排水管道。根據(jù)石油開(kāi)采與污水來(lái)源分析，不難得出污水中含油量較高的結(jié)論，工作人員還需對(duì)污水中的殘油進(jìn)行處理，使海洋石油平臺(tái)污水達(dá)到政府規(guī)定的污水排放要求?；瘜W(xué)角度分析，污水中存在碳酸氫根、鈣、鎂、鋇、鉻、硫等離子，增加污水雜質(zhì)含量；物理角度，平臺(tái)污水中懸浮物具有“總量多”“質(zhì)量小”的特點(diǎn)，可能致使出現(xiàn)地層堵塞問(wèn)題。如表1所示，為中國(guó)某海域油田注水水質(zhì)指標(biāo)[1]，可為中國(guó)海洋石油平臺(tái)污水處理提供數(shù)據(jù)參考。

表1 某海域油田注水水質(zhì)指標(biāo)

2 海洋石油平臺(tái)的污水處理流程

2.1 重力式污水處理流程

重力式污水處理是海洋石油平臺(tái)三大污水處理流程之一，該流程主要分為三個(gè)階段，分別是自然除油、等待沉降與壓力過(guò)濾。重力沉降的停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)7～8 h，甚至超過(guò)10 h，所以設(shè)備體積龐大，在海上采油平臺(tái)上很難采用，只是在FPSO上采用大的沉降艙作為沉降罐，從生產(chǎn)水中分離出游離油。這處理流程需要用到原油處理系統(tǒng)，對(duì)污水中的殘油進(jìn)行處理，達(dá)到一定回收效果。待其處理完畢后，使用混凝劑來(lái)加速污水沉降。需要注意的是，壓力過(guò)濾環(huán)節(jié)還要加大對(duì)緩沖程序的重視程度，杜絕出現(xiàn)不經(jīng)緩沖直接過(guò)濾的現(xiàn)象。完成初步重力處理后，工作人員需在污水中添加殺菌劑，盡可能降低污水中細(xì)菌與微生物的含量，使污水滿足國(guó)家規(guī)范要求，也能加速實(shí)現(xiàn)回注的目的。結(jié)合實(shí)際海洋石油平臺(tái)污水處理情況發(fā)現(xiàn)，部分污水處理過(guò)程中會(huì)用到介質(zhì)過(guò)濾設(shè)備。重力式污水處理流程的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在其對(duì)水量變化波動(dòng)情況適應(yīng)能力，在任何水量下都能取得良好的應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)高效自然除油的目的。不僅如此，這一處理方式在絮凝沉降過(guò)后，污水凈化效果也較為明顯。

2.2 壓力式污水處理流程

壓力式污水處理是指工作人員通過(guò)旋流減少污水中的含油量，接著使用聚結(jié)分離法對(duì)污水進(jìn)行處理，在一定程度上實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)分離，接著同樣應(yīng)用壓力沉降法，將污水中的雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾，為污水處理流程起到承上啟下的作用?？紤]到部分海洋石油平臺(tái)中的污水壓力較高，工作人員還應(yīng)加大對(duì)旋流除油器的應(yīng)用力度，待其壓力降至一般水平，就可在污水處理過(guò)程中增設(shè)罐除油，進(jìn)一步發(fā)揮壓力式污水處理流程凈化污水的能力。在壓力式污水處理流程中，各項(xiàng)處理工作會(huì)使污水中油珠粒徑變大，降低后續(xù)沉降過(guò)濾工作難度。由此可見(jiàn)，壓力式污水處理流程更適合處理工期短，且水質(zhì)水量較為穩(wěn)定的海洋石油平臺(tái)應(yīng)用。

2.3 浮選式污水處理流程

與重力式污水處理相同，浮選式污水處理流程也分為三大環(huán)節(jié)，首先是溶氣浮選，接著對(duì)其進(jìn)行誘導(dǎo)浮選，最后進(jìn)行污水過(guò)濾，實(shí)現(xiàn)高效污水處理。這一流程中，溶氣氣浮環(huán)節(jié)需要工作人員予以高度關(guān)注，嚴(yán)格按照凈化回注要求進(jìn)行污水處理，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化過(guò)濾。浮選式污水處理更符合現(xiàn)代化處理技術(shù)要求，不僅設(shè)備自動(dòng)化較之其他污水處理流程有了明顯提升，污水處理效率方面也有了很大進(jìn)步，除此之外，浮選式污水處理流程還具有預(yù)制量小的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，因此海洋石油平臺(tái)污水處理中應(yīng)盡可能應(yīng)用這一處理流程。不過(guò)在應(yīng)用前各石油開(kāi)采企業(yè)還需明確一點(diǎn)，浮選式污水處理對(duì)動(dòng)力要求極高，后期維護(hù)工作也會(huì)造成大量資金的消耗，企業(yè)決策人員需充分考慮企業(yè)發(fā)展與污水處理現(xiàn)狀，決定是否采用該處理方式[2]。

3 海洋石油平臺(tái)的污水處理技術(shù)

3.1 海洋石油平臺(tái)生活污水處理技術(shù)

海洋石油平臺(tái)生活污水常見(jiàn)處理法分為兩種，分別叫做生化處理法與電解處理法。生化處理法擁有較為固定的處理體系，該體系與船用生活污水處理系統(tǒng)大致相同即通過(guò)生物接觸氧化進(jìn)行污水處理，或應(yīng)用物化消毒原理達(dá)到處理生活污水的目的。常態(tài)下，生化法處理海洋石油平臺(tái)生活污水需經(jīng)過(guò)5個(gè)環(huán)節(jié)，首先是曝氣、接觸氧化，接著經(jīng)過(guò)沉淀與消毒，再進(jìn)行污水排放，流程如圖1所示。在一級(jí)曝氣環(huán)節(jié)，應(yīng)設(shè)置活性污泥菌，并使其形成棉絮狀具有一定黏性的膠團(tuán)，以便吸附污水中的有機(jī)物質(zhì)，需要注意的是菌落選擇時(shí)要以好氧性細(xì)菌為主，才能將污水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2O，一方面清潔污水，另一方面也能促進(jìn)活性污泥菌繁殖。二級(jí)接觸氧化柜內(nèi)，應(yīng)主要使用軟性填料，用以代替生物膜，加速有機(jī)物的消耗分解；至于沉淀環(huán)節(jié)則應(yīng)對(duì)污水進(jìn)行檢測(cè)，若清潔不到位還應(yīng)回流至曝氣環(huán)節(jié)重新進(jìn)行處理，如達(dá)到處理要求則送至消毒柜內(nèi)，通過(guò)藥品殺毒后排出平臺(tái)。值得一提的是我國(guó)應(yīng)用最多的污水殺菌藥品是含氯藥品，海洋石油平臺(tái)生活污水處理中也可采用這種藥品，以此達(dá)到良好的殺菌效果。

圖1 海洋石油平臺(tái)生活污水生化處理

電解生活污水處理法主要是利用了電化學(xué)原理，即通過(guò)電流使污水發(fā)生反應(yīng)，起到氧化與消毒效果。海洋石油平臺(tái)生活污水中含有大量海水，這為電解生活污水處理法的應(yīng)用提供了良好條件。結(jié)合電化學(xué)知識(shí)，企業(yè)將污水電解槽劃分為多個(gè)陰極與陽(yáng)極電解室，在工作人員將生活污水引入電解槽內(nèi)后接通電源。在電流作用下，污水會(huì)與海水中的氯化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉與氫氣：

就化學(xué)性質(zhì)方面分析，次氯酸鈉屬于強(qiáng)氧化劑的一種，同時(shí)還具有較強(qiáng)的消毒效果，再加上生成氫氣的作用，次氯酸鈉與污水中的細(xì)菌充分接觸，達(dá)到高效殺菌的效果。另一方面，污水中的有機(jī)化合物也可以通過(guò)電化學(xué)原理被氧化分解，最終成為CO2與H2O，消除污水中大約90%～95%的細(xì)菌，增強(qiáng)污水處理效果[3]。

事實(shí)上，無(wú)論是生化污水處理法還是電解污水處理法都各有利弊，各石油企業(yè)污水處理人員還應(yīng)結(jié)合自身海洋石油平臺(tái)生活污水排放情況進(jìn)行具體分析，結(jié)合自身需求選擇最佳處理方法。如生活污水排放量較大的平臺(tái)，可選用生化法進(jìn)行處理，這類方法能通過(guò)多種手段對(duì)污水進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，保證其處理效率，不僅如此，生化法對(duì)沖擊的抵抗能力較強(qiáng)，能避免大量污水帶來(lái)的影響。但與此同時(shí)，生化法空間占用面積較大，體積與質(zhì)量也遠(yuǎn)超出其他污水處理法，因此要慎重選擇。而電解法體積小、占用空間小的特點(diǎn)更適用于小水量污水處理中，但處理方式單一與維護(hù)成本較高是阻礙其應(yīng)用的主要因素。

3.2 海洋石油平臺(tái)生產(chǎn)污水處理技術(shù)

海洋石油平臺(tái)生產(chǎn)污水處理技術(shù)主要依靠相關(guān)設(shè)備才能正常實(shí)施，在我國(guó)海洋石油平臺(tái)生產(chǎn)污水處理中斜板除油設(shè)備、氣浮處理設(shè)備與雙介質(zhì)濾器的應(yīng)用較為常見(jiàn)。實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，海洋石油開(kāi)采生產(chǎn)中產(chǎn)生的污水多屬于聚合物污水，即污水中含有大量的聚合物，也正因如此，部分污水處理設(shè)備在海洋石油平臺(tái)生產(chǎn)中無(wú)法發(fā)揮良好的應(yīng)用效果，使中國(guó)石油相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展受到阻礙。

(1)斜板除油器。受到淺池原理與粗粒化原理的啟發(fā)，污水處理研究人員開(kāi)發(fā)出了斜板除油器污水處理模式。傳統(tǒng)海洋石油平臺(tái)生產(chǎn)污水處理中，工作人員會(huì)選用與水親和能力較差，且具有較強(qiáng)親油性的材料，將污水中殘余油成分與分離，斜板除油器處理模式在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，增大了應(yīng)用材料的表面積，進(jìn)一步加強(qiáng)其對(duì)污水中油成分的處理能力，使更多殘油上浮，達(dá)到更好的清潔效果。一般情況下，斜板除油器會(huì)被設(shè)置在海洋石油平臺(tái)生產(chǎn)污水處理的第一環(huán)節(jié)，由此，該設(shè)備在生產(chǎn)污水處理過(guò)程中的重要性不言而喻。嚴(yán)格意義上來(lái)講，海洋石油平臺(tái)污水處理中應(yīng)用的斜板除油器應(yīng)稱作臥式斜板除油器，而該設(shè)備還存在另一種立式斜板除油器。海洋石油平臺(tái)生產(chǎn)污水具有粘度大，含油量高，且乳化程度遠(yuǎn)超出一般污水，使工作人員面對(duì)嚴(yán)重的污水處理問(wèn)題，再加上生產(chǎn)污水中聚合物含量也高于一般水平，因此如何高效完成海洋石油平臺(tái)生產(chǎn)污水處理工作一直是海上石油開(kāi)采企業(yè)面臨的重大難題?，F(xiàn)階段，中國(guó)海洋石油開(kāi)采污水處理中應(yīng)用的臥式斜板除油器是基于傳統(tǒng)設(shè)備改造而來(lái)，其內(nèi)部材料、角度與間距布置都更適合海洋石油生產(chǎn)污水的處理工作，不僅如此，研究人員還在設(shè)備內(nèi)部死角處增設(shè)了排污管線，避免死角處污水處理效果低于平均清潔水平。

(2)氣浮選器。氣浮除油設(shè)備也是海洋石油平臺(tái)生產(chǎn)污水處理的重要組成部分，該設(shè)備應(yīng)用原理是使污水中的細(xì)微固體顆粒附著在微細(xì)氣泡表面，使污水中的固態(tài)顆粒上升至氣浮選器表層，經(jīng)由機(jī)械撇除處理后，達(dá)到排污目的。針對(duì)于污水中的殘余油成分，應(yīng)用氣浮設(shè)備使其漂浮與污水表面，產(chǎn)生良好的排油效果。受此啟發(fā)，研究人員對(duì)氣浮法處理海洋石油平臺(tái)生產(chǎn)污水的處理效果展開(kāi)探究，發(fā)現(xiàn)密度與水差別不大、無(wú)法通過(guò)重力沉降而排除的油成分，可通過(guò)氣浮法達(dá)到排油目的。含油污水經(jīng)過(guò)氣浮選裝置排油處理后，工作人員應(yīng)對(duì)污水含油量進(jìn)行檢測(cè)，如不達(dá)標(biāo)還需進(jìn)行二次排油，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)則可通過(guò)底部通道進(jìn)行排海。

(3)雙介質(zhì)過(guò)濾器。這類設(shè)備應(yīng)用于污水過(guò)濾環(huán)節(jié)，其內(nèi)部設(shè)有雙層濾網(wǎng)且兩層濾網(wǎng)的濾料各不相同，不僅能去除海洋石油平臺(tái)生產(chǎn)污水中的殘余油成分，對(duì)污水中的懸浮物也有著良好的過(guò)濾效果。雙介質(zhì)過(guò)濾器的選擇主要從濾料方面入手，工作人員需結(jié)合污水檢測(cè)數(shù)據(jù)，挑選合適的濾料，并對(duì)濾料規(guī)格進(jìn)行深入探究，確保選出的濾料能對(duì)污水起到良好的過(guò)濾作用。考慮到聚合物含量較高的污水可能會(huì)使雙介質(zhì)過(guò)濾器濾料污染速率加快，影響該過(guò)濾器的實(shí)際應(yīng)用效果，因此工作人員還需結(jié)合這一點(diǎn)，完成濾料選擇方面的優(yōu)化，同時(shí)在反洗水管線上注入化學(xué)藥劑，清除濾網(wǎng)中的聚合物，提高雙介質(zhì)過(guò)濾器的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合全文可知，海洋石油平臺(tái)的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)對(duì)我國(guó)工業(yè)發(fā)展起到了推動(dòng)作用，因此各海上石油開(kāi)采企業(yè)還需嚴(yán)化對(duì)污水處理流程的管理，進(jìn)一步提高海洋石油平臺(tái)建設(shè)效果。海洋石油平臺(tái)污水主要分為生活污水與生產(chǎn)污水兩種，工作人員還需結(jié)合不同污水的特性，選擇最佳污水處理技術(shù)，一方面提高石油開(kāi)采效率，另一方面也為環(huán)境保護(hù)工作奠定基礎(chǔ)。