电气浮-过滤-离子交换/电渗析组合工艺处理油田污水

2015-01-03张海薇李学凤张锡波许浩伟占程程

油气田地面工程 2015年9期

关键词：电渗析矿化度路线

张海薇李学凤张锡波许浩伟占程程

1中国地质大学（武汉）材料与化学学院2中国石化胜利油田分公司孤岛采油厂

电气浮-过滤-离子交换/电渗析组合工艺处理油田污水

张海薇1李学凤2张锡波2许浩伟2占程程2

1中国地质大学（武汉）材料与化学学院2中国石化胜利油田分公司孤岛采油厂

针对胜利油田部分区块污水富余与热采注汽需用清水的矛盾，提出富余污水利用电气浮-过滤-离子交换/电渗析法深度处理后达到锅炉注汽用水替代注汽锅炉用清水的技术思路。对电渗析与离子交换进水比率为2∶1的处理污水路线产生的制水成本进行计算，其中运行成本7.85元/立方米，污泥、浓水处理及设备维护成本1.3元/立方米，总制水成本9.15元/立方米。预计试验规模产水量3 000 m3/d，则年节约清水费用525.6万元(当地工业用水价按4.8元/立方米计)，年节约无效回灌费用876万元(无效回灌费用按8.0元/立方米计)，年创经济效益399.6万元。

电气浮-过滤；电渗析；深度处理污水；回用；试验

目前，胜利油田某采油厂有污水回灌井62口，日污水回灌量2.9×104m3。一方面，回灌层的吸纳容量和选择难度越来越大，污水回灌处理难度加大，生产成本压力逐步增加。另一方面，该油田稠油热采产量比例高，占全厂产量的1/3以上，稠油热采注汽锅炉用水均为清水，以汇入某联合站进行污水处理的1#、9#站为例，两站注汽锅炉需求水量共计6 000 m3/d。实现富余污水深度处理后资源化再利用，是近年来油田一直探索的问题[1]，污水替代清水注蒸汽对油田节能增效和可持续发展具有重要意义。

表1 某污水站外输污水水质

1 试验部分

1.1 试验用水及外输污水

试验用水为某联合站污水站外输污水，温度为40～45℃，矿化度7 108 mg/L，pH值为7，外输污水水质见表1。

1.2 设备与流程

该联合站污水站目前外输污水含油量、悬浮物含量及矿化度均明显高于锅炉用水，要实现外输污水再利用，需进行除油、除悬浮物、降低硬度、降低可溶性固体含量（即矿化度）等一系列处理。处理工艺流程如图1所示。

采油污水进入气浮混凝管道与絮凝剂和混凝剂等混合反应后，将石油类、悬浮物颗粒等污染物形成絮体后进入气浮工段，通过气浮工艺除去大部分污染物。气浮出水经过过滤装置进一步去除石油类和悬浮物颗粒后，进入离子交换、电渗析深度处理阶段。深度处理阶段分别采取了3条技术路线进行试验，试验路线一只进行离子交换；路线二只进行电渗析处理；路线三电渗析与离子交换同时运行，处理后进行混掺，处理水量比例为2∶1。

两级离子交换处理：采用适用于油田污水水质特点的专用深度软化离子交换树脂及运行技术，降低因含油及有机物污染导致树脂软化效果不佳、使用寿命短等问题。

图1 采油污水深度处理试验工艺流程

电渗析深度处理：电渗析技术由于脱盐原理不同于“双膜”或“蒸发”等工艺，不会因污染物在压差驱动下深入膜孔造成难以恢复的污堵，而且脱盐率可控，可降低污水过度净化带来的高昂处理成本。该技术在化工废水领域有较成熟的工程应用[2-4]。

2 试验结果及分析

2.1 电气浮+过滤处理

该处理工艺在某污水站进行了现场小试，日处理量1 m3，现场对3条路线分别进行试验。每天进行4次气浮及过滤出水含油量、悬浮物含量、硬度等取样检测，结果见表2（试验数据取试验期间平均值）。

从各节点出水检测结果可以看出，经过两级电气浮和两级过滤处理后，污水含油量已达到锅炉用水指标，但还需要进行进一步硬度及矿化度深度处理。

表2 气浮、过滤处理后水质检测结果

2.2 深度处理

将经过电气浮+过滤处理过的污水进行进一步深度处理，试验共设计了3条技术路线，并分别对出水水质进行检测。

技术路线一：将二级过滤污水进行两级离子交换，该路线主要进行软化处理。通过处理，出水中钙、镁离子含量为零，总矿化度变化不大，处理后最终产水率到达81.8%。

技术路线二：将二级过滤污水进行电渗析处理，通过电渗析处理，降低污水中可溶性离子含量。调节电压和淡水流量不同，电渗析降低矿化度的效果(用脱盐率表示)也不同，试验结果见表3。

表3 电渗析出水跟踪

电渗析可有效降低处理污水的矿化度，并且可通过调整电压或淡水产量来获得不同矿化度的出水。出水矿化度不同，产水率也有所不同，存在现场运行耗电量高等问题。

技术路线三：将电渗析装置与离子交换装置同时运行，电渗析与离子交换进水比率为2∶1，利用离子交换装置降低处理水硬度，利用电渗析装置降低矿化度。

从试验结果看出，将电渗析和离子交换装置组合，按一定进水比率共同处理污水，降低电渗析电耗运行成本，可达到水质要求，且产水率较高。

3 经济效益分析

对电渗析与离子交换进水比率为2∶1的处理污水路线产生的制水成本进行计算，其中运行成本7.85元/立方米，污泥、浓水处理及设备维护成本1.3元/立方米，总制水成本9.15元/立方米。预计试验规模产水量3 000 m3/d，则年节约清水费用525.6万元(当地工业用水价按4.8元/立方米计)，年节约无效回灌费用876万元(无效回灌费用按8.0元/立方米计)，年创经济效益399.6万元。