沉降罐加气浮技术处理含聚污水的现场试验研究

孙景欣

（大庆油田工程有限公司，黑龙江 大庆 163712）

沉降罐加气浮技术处理含聚污水的现场试验研究

孙景欣

（大庆油田工程有限公司，黑龙江 大庆 163712）

为了提高油田含聚污水的处理效果，对污水站已建的沉降罐进行了改造。通过在自然沉降罐前增加管式反应器和在内部设置穿孔布气管，进行管式反应器单独气浮、穿孔布气管单独气浮及管式反应器和穿孔布气管同时气浮3种方式处理含油污水的现场试验。试验结果表明，与不加气浮自然沉降罐相比，3种气浮方式油的去除率都提高23%以上，SS去除率都提高了19%以上，并确定了合理的回流量。

含聚污水；沉降罐；管式反应器；气浮；穿孔管布气；回流量

随着油田开发的不断发展，大庆油田已进入高含水开发后期，开发方式已经由早期的注水开发方式，发展到现在的注水和注聚合物驱油并存的开发方式，致使相应区块的采出水中普遍存在聚合物，造成现有重力式沉降罐的分离效果变差、处理效率降低，增加了过滤段的处理负担。这主要由于水驱采出水含聚合物后水质特性发生了变化，污水粘度增加，降低了油珠浮升速度，油珠颗粒变细小，乳化程度增高、难以聚并；悬浮固体颗粒变细小，稳定性增强，沉降特性变差，在水中呈悬浮状态，难以分离；现有沉降罐仅仅靠重力作用实现油、水、泥的分离，使出水达到过滤的条件是十分困难的。根据目前水驱见聚后含油污水的水质特点，从物理方法的角度分析，采用沉降罐加气浮的方法，增大颗粒之间相互聚并能力、增加颗粒浮升速率，从而提高分离效果［1］。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

试验仪器：7200分光光度计，AR1500ex流变仪，AE50型电子天平。

1.2 试验用水

试验用水取自大庆油田采油二厂某污水处理站，该站设计处理量为4.0×104m3/d，实际处理量为4.5×104m3/d。处理工艺为：来水→自然沉降罐→混凝沉降罐→一次核桃壳滤罐。原水聚合物的质量浓度为194mg/L，油的质量浓度为192mg/L，SS的质量浓度为83 mg/L，处理后出水中油的质量浓度为22.4mg/L，SS的质量浓度为26.3mg/L。

1.3 试验装置

该污水处理站设有一级重力式自然沉降罐6 000 m3共2座，改造其中1座，在自然沉降罐前增加管式反应器，在内部设置穿孔布气管，联合应用处理含聚污水，另1座沉降罐不改造，开展对比试验。管式反应器与穿孔布气管内部结构示意如图1所示。

图1 管式反应器与穿孔布气管处理工艺示意Fig.1 Process flow of sewage treatment by tubular reactor and perforated air pipe

1.4 试验方法

（1）管式反应器单独气浮处理含油污水现场试验。含油污水先进入管式反应器，在管式反应器内加浮选剂，加溶气水，形成气水混合体，进入自然沉降罐内，沉降浮升分离，去除油及SS［2］。

（2）穿孔布气管单独气浮处理含油污水现场试验。溶气泵吸入沉降罐内处理后的水及沉降罐外的空气，经泵混合后形成气水混合液，进入沉降罐内穿孔布气管，因突然减压至常压，使水中过饱和空气在释放过程中形成许多微小气泡，在上浮过程中携带水中小油珠和微细悬浮状的物质上浮到水面被去除［3-4］。

（3）管式反应器和穿孔布气管同时气浮处理含油污水现场试验。

1.5 分析方法

含油量、SS含量按SY/T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》检测；聚合物浓度按Q/SY DQ0928—2011《聚合物采出液化验方法》检测。

2 结果与讨论

2.1 采用管式反应器单独气浮沉降处理技术试验

由于单罐水量全经过管式反应器，回压较高，容易造成前段油岗沉降罐憋压溢流，玻璃钢管线憋压渗漏加重，同时容易造成不加气沉降罐液位不稳溢流，管理困难。所以采取66%的水量进入管式反应器，剩余34%的水量直接进入气浮沉降罐的运行方式。

回流比是指溶气的水量（回水量）与处理量之间的比值，回流的溶气水越多，处理效果越好，但是能耗也越大［5］。从小型试验结果可知，回流比控制在18%～26%时，效果最好。所以受到管式反应器压力和溶气水释放头数量的限制，开展了回流比分别为18%、26%的现场试验。

2.1.1 回流比为18%

采用管式反应器单独气浮，处理量为16 000 m3/d，溶气泵出口压力为 0.5 MPa，回流比为18%，试验结果如表1所示。

表1 回流比为18%时管式反应器单独气浮沉降试验结果Tab.1 Results of sedimentation test using single air flotation of tubular reactor at 18%of reflux ratio

从表1可以看出，当进水中油的平均质量浓度为2 601.1 mg/L，SS的平均质量浓度为55.4 mg/L时，自然沉降罐出水油的平均质量浓度为111.4 mg/L，SS的平均质量浓度为32.9 mg/L；实施管式反应器单独气浮的自然沉降罐出水油的平均质量浓度为85.4 mg/L，SS的平均质量浓度为26.0 mg/L，与不加气浮自然沉降罐相比，油的去除率提高了23.3%，SS的去除率提高了20.9%。

2.1.2 回流比为26%

采用管式反应器单独气浮，处理量为16 000 m3/d，溶气泵出口压力为0.5 MPa，回流比为26%，试验结果如表2所示。

表2 回流比为26%时管式反应器单独气浮沉降试验结果Tab.2 Results of sedimentation test using single air flotation of tubular reactor at 26%of reflux ratio

从表2可以看出，当进水油的平均质量浓度为2 164.3mg/L，SS的平均质量浓度为60.5 mg/L时，自然沉降罐出水油的平均质量浓度为126.7 mg/L，SS的平均质量浓度为32.4 mg/L；实施管式反应器单独气浮的自然沉降罐出水油的平均质量浓度为96.0 mg/L，SS的平均质量浓度为23.8 mg/L，与不加气浮自然沉降罐相比，油的去除率提高了24.2%，SS的去除率提高了26.5%。

2.2 采用穿孔布气管单独气浮沉降处理技术试验

对沉降罐内部进行改造，实施穿孔布气管单独气浮处理现场试验。同时选择另1座自然沉降罐做不加气浮空白沉降对比试验。

2.2.1 回流比为18%

采用穿孔布气管单独气浮，处理量为16 000 m3/d，溶气泵出口压力为 0.5 MPa，回流比为18%，试验结果如表3所示。

从表3可以看出，当进水油的平均质量浓度为为1 862.4 mg/L，SS的平均质量浓度为60.6 mg/L时，自然沉降罐出水中油的平均质量浓度为157.7 mg/L，SS的平均质量浓度为29.9mg/L；实施上层穿孔布气管单独气浮的自然沉降罐出水中油的平均质量浓度为 114.0 mg/L，SS的平均质量浓度为24.2 mg/L，与不加气浮自然沉降罐相比，油的去除率提高了27.7%，SS的去除率提高了19.1%。

表3 回流比为18%时穿孔布气管单独气浮沉降试验结果Tab.3 Results of sedimentation test using single air flotation of perforated air pipe at 18%of reflux ratio

2.2.2 回流比为26%

在处理量和溶气泵出口压力相同的情况下，回流比为26%，试验结果如表4所示。

表4 回流比为26%时穿孔布气管单独气浮沉降试验结果Tab.4 Results of sedimentation test using single air flotation of perforated air pipe at 26%of reflux ratio

从表4可以看出，当进水油的平均质量浓度为1 422.2 mg/L，SS的平均质量浓度为55.8 mg/L时；自然沉降罐出水油的平均质量浓度为163.6 mg/L，SS的平均质量浓度为31.6 mg/L；实施上层穿孔布气管单独气浮的自然沉降罐出水油的平均质量浓度为112.6 mg/L，SS的平均质量浓度为24.6 mg/L，与不加气浮自然沉降罐相比，油的去除率提高了31.2%，SS的去除率提高了22.2%。

2.3 采用管式反应器和上层穿孔布气管同时气浮沉降处理技术试验

采用管式反应器与上层穿孔布气管同时气浮，处理量为 16 000 m3/d，溶气泵出口压力为 0.5 MPa，根据小型试验的结果，回流比选择34%，试验结果如表5所示。

表5 两者同时实施试验结果Tab.5 Test results of wastewater treatment by the simultaneous air flotation of the two processes

从表5可以看出，当进水油的平均质量浓度为2 188.1 mg/L，SS的平均质量浓度为47.3 mg/L时，自然沉降罐出水油的平均质量浓度为103.6 mg/L，SS的平均质量浓度为29.2 mg/L；实施管式反应器和上层穿孔布气管同时气浮的自然沉降罐出水油的平均质量浓度为73.5 mg/L，SS的平均质量浓度为20.1 mg/L，与不加气浮自然沉降罐相比，油的去除率提高了29.1%，SS的去除率提高了31.2%。

2.4 不同气浮方式的处理效果分析

根据上述现场试验，不同的处理方式，在不同回流比条件下的试验结果如表6所示。

从表6可以看出，采用管式反应器单独气浮、穿孔布气管单独气浮、管式反应器和穿孔布气管同时气浮3种气浮方式，与自然沉降相比，油的去除率提高23%以上，SS的去除率提高19%以上。

表6 自然沉降罐加气浮技术试验结果Tab.6 Test results of sewage treatment performance of natural settling tank and air flotation technology

3 结论

（1）沉降罐加气浮后，出水中油和SS浓度能得到明显的降低。当处理量为16 000 m3/d，溶气泵出口压力为0.5 MPa，回流比为18%时，穿孔管布气的效果要优于管式反应器，管式反应器和穿孔管同时布气的效果最好；在同种布气方式下，回流比为26%的处理效果要优于回流比为18%。

（2）穿孔管布气的效果要优于管式反应器，但穿孔管布气要对已建的沉降罐进行开罐改造，工程量较大。因此，对已建的沉降罐尽量使用管式反应器，对新建的沉降罐可采用内部穿孔管布气。管式反应器和穿孔管同时布气的效果明显高于单独作用时的效果，根据沉降罐的特点和现场条件，合理地对沉降罐进行改造，提高沉降罐的出水效果，使油田含聚污水达到相应的出水指标的要求。

［1］黄致平，刘凤林，周浪花，等.溶气气浮装置在安塞油田污水处理中的应用［J］.科技创新导报，2011，17（4）：85-86.

［2］李俊，薛群祥，何长明，等.气浮技术用于含油污水处理的研究进展［J］.广东化工，2015，42（7）：103-104.

［3］颜珩烨，李景全，张敏，等.气浮与生化强化工艺在油田污水工程改造中的应用［J］.环境工程学报，2015，9（6）：2751-2753.

［4］国胜娟.油田高含聚采出水水质特性及其处理技术研究［J］.工业用水与废水，2014，45（5）：27-30.

［5］蒋擎，明星，张琪明，等.喇嘛甸油田气浮沉降工艺试验［J］.油气田地面工程，2014，33（4）：11-12.

Site test research on polymer flooding produced water treatment using settling tank with air flotation

SUN Jing-xin
（Daqing Oilfield Engineering Co.，Ltd.，Daqing 163712，China）

In order to improve the treatment effect of polymer flooding produced water，the construction of the settling tank that has already been completed was reformed.Through supplementing tubular reactor in front of natural settling tank and arranging perforated air pipe inside，a series of field tests of oily sewage treatment by single air flotation of tubular reactor，single air flotation of perforated air pipe，tubular reactor-perforated air pipe simultaneous air flotation，were carried out respectively.The results showed that，compared with natural setting tank without air flotation，the removal rates of oil and SS by the above three kinds of air flotation modes were all increased by more than 23%and 19%respectively，and the reasonable reflux quantity was determined also.

polymer flooding produced water；settlilng tank；tubular reactor；air flotation；perforated pipe air distribution；quantity of reflux

X703.1

A

%1009-2455（2016）05-0029-04

孙景欣（1981-），女，黑龙江嫩江人，工程师，硕士研究生，主要从事油田采出水处理技术，（电子信箱）sunjingxin820@126.com。

2016-06-07（修回稿）