油田污水处理站浮渣控制技术研究与应用

唐坤利 唐晓梅 鲍静 韩继博 刁兆军

1.中国石油新疆油田分公司准东采油厂 2.中国石油长庆油田分公司采气一厂

在油气开采中，油田污水的处理一直伴随油气生产[1-10]。准东采油厂彩南作业区建有油气水处理、注水及供热系统等综合站库一座。污水处理系统投产后，系统中产生大量浮渣并在系统中循环，导致污水处理水质不达标和原油系统处理困难，外交原油含水不达标。通过分析污水处理系统浮渣成分和产生的机理，开展浮渣控制和水质稳定技术研究，实现污水处理站水质达标和原油系统正常平稳运行。

1 系统现状及存在问题

1.1 系统现状

彩南污水处理系统采用重力除油、旋流自气浮反应、两级过滤、电解盐杀菌处理工艺，出站水质ρ(油)≤5 mg/L、ρ(悬浮物)≤3 mg/L。污泥处理采用沉降分离，离心脱水技术。设计处理能力为15 000 m3/d，实际处理量为7500～8500 m3/d，工艺流程见图1。

1.2 存在问题

1.2.1污水系统回收水影响污水处理出站水质

由污水处理节点图可见(见图2)，原油系统来水达标，但因300 m3污水回收池回收水油含量、悬浮物含量严重超标，从而使下游系统各节点均不达标，最终导致彩南污水水质不达标。

1.2.2高油含量浮渣影响浓缩池沉降效果和回收水水质

因原油与污水系统排污共用400 m3污泥浓缩池，从池内分层取样分析数据可以看出(见表1)，池顶样品油含量、悬浮物含量大，油水界面分层不明显，至池底3.5 m处水含量才有所提高。因池内沉降效果不好，影响了污水回收水水质。

1.2.3离心机工作效率低下

离心机进液w(油)为15%～35%，远超出机组设计w(油)小于8%的进料要求。导致污泥密度低，离心分离效果差，实际出泥量仅达30%～40%，远低于设计出泥量80%。未脱除部分则由脱除水携带至污水回收池，进而影响污水回收水水质。

表1 污泥浓缩池分层取样的组成分析Table 1 Physical property of the stratified samples in sludge thickening tank取样位置组成,w/%油水悬浮物污泥池液面49.717.333.0污泥池液下0.5 m44.230.725.2污泥池液下1.0 m34.744.720.6污泥池液下1.5 m30.940.428.7污泥池液下2.0 m28.949.122.0污泥池液下2.5 m18.568.712.8污泥池液下3.0 m14.379.86.0污泥池液下3.5 m0.696.43.0

通过系统分析，发现油田注入水水质不达标的主要原因是由于浮渣无法有效去除而导致处理后的水无法达到回注要求。为提升污水处理效果，可从提升浮渣处理效果着手研究。

2 浮渣成因及控制技术研究

2.1 浮渣成因

2.1.1浮渣构成及特点

分析沉降罐和反应罐浮渣的XRD图谱(见图3)，发现图谱中出现大包峰，说明浮渣颗粒以不定型状态存在，颗粒多孔、质轻、松软，吸附性较强，易于悬浮于液体表面。进一步分析不同部位浮渣金属氧化物组成(见表2)，确定浮渣主要无机成分为Al2O3，其主要来源为净水药剂。分析不同部位浮渣Zeta电位，均较低(见表3)，说明浮渣凝聚性好，体系稳定，通过沉降不易分离。

表2 不同部位浮渣金属氧化物组成分析结果Table 2 Analysis results of scum metal oxide composition in different parts不同部位浮渣金属氧化物, w/%Al2O3CaOMgO3000 m3溢流口浮渣58.241.80.0反应器出口浮渣94.84.50.7400 m3污泥浓缩池上部浮渣96.23.40.4

表3 不同部位浮渣物性分析结果Table 3 Physical analysis results of scum in different parts不同部位浮渣物性pH值Zeta电位/mV平均粒径/μmw(油)/%w(水)/%w(渣)/%3000 m3溢流口浮渣7.1-5.865.8412.356.731.0500 m3毛油罐出口浮渣7.5-3.271.8924.543.232.3400 m3污泥浓缩池上部浮渣7.3-5.366.8967.824.47.8

2.1.2浮渣形成的水质特点

通过表4污水处理站调储罐出口含油污水常规水质分析可以得到，浮渣形成的水质有以下特点：

(1) 高碱度：水中含有大量的HCO3-离子，在中性或弱酸性环境下(药剂混凝反应过程中)，水中易产生游离CO2，并从水中溢出，影响絮体的沉降速度。

表4 污水处理站调储罐出口含油污水常规水质分析Table 4 Analysis of conventional water quality of oily sewage at storage tank outlet of sewage treatment station检测参数样品1(取样时间2017-03-31)样品2(取样时间2017-06-15)ρ(Na++K+)/(mg·L-1)2 938.203 458.90ρ(Mg2+)/(mg·L-1)7.509.56ρ(Ca2+)/(mg·L-1)61.8569.35ρ(Cl-)/(mg·L-1)3 881.564 739.91ρ(SO2-4)/(mg·L-1)242.5098.60ρ(CO2-3)/(mg·L-1)0.000.00ρ(HCO-3)/(mg·L-1)1 031.771 084.70pH值7.497.38矿化度/(mg·L-1)8 163.398 918.67水型NaHCO3NaHCO3ρ(硫化物)/(mg·L-1)10～1213ρ(总铁)/(mg·L-1)<0.3<0.3ρ(侵蚀性CO2)/(mg·L-1)3.65.0～8.0

(2) 含有较高的硫化物：水中硫化物在净水过程中，若得不到有效去除，影响注水沿程水质稳定性，特别是水中悬浮物含量和粒径中值会出现上升的趋势。

2.2 浮渣控制技术

2.2.1控制pH值

控制pH值减少CO2的溢出，从而控制絮体上浮，提升絮体的去除效果。彩南集中处理站污水系统来液具有较高碱度，在中性或酸性条件下，水中易产生游离CO2。根据这个特点，对彩南污水系统来水进行pH值调节，在原有药剂基础上增加pH值调节剂，同时兼顾控制pH值增加可能导致的系统结垢。由试验结果可以看出(见图4)，针对水中溶解气不确定的情况，增加30～50 mg/L的pH值调节剂后，可改善混凝净化过程絮体的下沉效果。水中Ca2+含量变化不大(见表5)，可避免污水处理和注水系统的结垢现象发生。虽然污水中的浮渣开始下沉，但絮体松散，需要对其净水药剂进行优化。

表5 增加pH值调节剂前后水质稳定性评价结果(取样时间2017-06-15)Table 5 Stability analysis of the water quality before and after adding pH conditioner(Sampling time:2017-06-15)样品名称恒温时间水质pH值ρ(CO2- 3)/ (mg·L-1)ρ(HCO-3 )/(mg·L-1)ρ(Ca2+)/(mg·L-1)ρ(Mg2+)/(mg·L-1)调储罐出口净化水1①净化水2②0 h7.380.001 084.7069.359.567.470.001 055.7058.749.117.580.001 044.1059.8910.91调储罐出口净化水1①净化水2②24 h7.390.001 079.5568.999.377.450.001 056.2360.119.097.590.001 043.5858.929.98 注:1.试验温度:25～30 ℃。①投加pH值调节剂30 mg/L;②投加pH值调节剂50 mg/L。

2.2.2优化净水药剂

根据彩南污水处理站污水物性、浮渣的特性对现场的净水药剂体系进行进一步筛选。彩南污水具有高含硫化物的特点，在药剂中添加除硫剂，除去污水中的硫离子，增强净化水的稳定性；彩南浮渣的表面电荷较低，聚凝性好，使用含有阳离子的净水剂进行电荷的吸附，以破坏浮渣的聚凝性；为巩固浮渣下沉的效果，使用絮凝剂，增强絮凝净化能力。通过筛选后，确定净水药剂体系主要由除硫剂、净水剂、絮凝剂3种组成。通过室内评价(见表6)，可以看出优化净水药剂体系后，形成的絮体密实，均快速下沉，水色透亮(见图5)。二价硫由7～8 mg/L下降至1 mg/L以下，除硫率达95%以上。

表6 现场药剂体系评价效果Table 6 Evaluation of on-site chemical dosage system时间净水剂加药量/(mg·L-1)水色絮体状况描述2017-05-22现场药剂100清较大、松软,有小絮,上浮较快优化药剂1100清较大、较实,有小絮,下沉时间86 s,下沉3 min后上浮2017-06-16现场药剂100清较大、松软、有小絮,有下沉趋势、上浮较快优化药剂2100清絮体较大、小絮较少,有下沉趋势、上浮慢优化药剂2200清絮体大、小絮较少,有下沉趋势、上浮慢 注:1. 试验中助凝剂为现场药剂,加药量为6 mg/L;2. 水样为调储罐出水,ρ(悬浮物)为300～350 mg/L、ρ(含油)为70～80 mg/L,水样发黑; 3. 试验场所为调储罐操作间。

2.2.3优化排污系统

2.2.3.1 油气系统分开排污

联合站建有天然气脱硫装置1套，脱硫装置排污与原油系统排污合并进入400 m3污泥浓缩池。天然气脱硫装置排污和脱硫塔蒸煮过程均携带大量高硫化物和含气污水，含气污水的进入会破坏污泥浓缩池沉降形成的泥层、水层和过渡带，导致浓缩池沉降效果变差。同时，高硫化物污水进入污水处理系统，易造成注水沿程管线二次污染，影响注水沿程水质稳定。故将油水系统与气系统分开排污，改善沉降效果，切断高硫化物来源，提高污水系统出口水质稳定性。

2.2.3.2 原油、污水系统分开排污

将原油系统的排污与污水系统的排污分开(见图6、图7)。改造后，污水系统排污进入2#400 m3污泥浓缩池，原油系统排污进入1#400 m3污泥浓缩池，各自沉降。确保污水排污系统的悬浮物在沉降过程中与原油系统高油含量排污接触而导致其密度下降，悬浮物上浮，进而形成浮渣或者形成密度偏低的高油含量污泥，彻底切断高含油浮渣产生途径，提高离心机出泥率，确保污水系统进口水质的稳定。

2.2.4优化离心机参数

2.2.4.1 差速调整

差速是离心机转鼓转速与螺旋转速之差，即两者之间相对转速差。增大或减小差速，污泥在转鼓内的停留时间也将发生改变，对离心机的出泥含水和脱出水质量产生直接影响。提高差速有利于提高排泥能力，但脱水时间短，出泥含水率大。因此，合理的差速控制是确保脱出水质量和脱出泥量的重要参数。根据污泥浓缩池污泥油含量高、脱出水固含量高的特点，适当提高差速(见表7)，减小固体颗粒向清液方向的渗透速度，减小脱出水的固含量，可提高污泥回收率。

2.2.4.2 转鼓内液位高度调整

调整液位调节板来调节转鼓内液位高度而改变分离效果。调节板的液位半径R越小，液相越趋向清，固相越趋向湿；反之，液相趋向浑浊，固相趋向于干。根据污泥浓缩池污泥油含量高，脱除水固含量高的特点，适当地减小转鼓内液位高度(见表7)，控制脱出水水质质量，减小脱出水中的固含量，稳定回收水水质。

表7 离心机参数优化统计表Table 7 Parameter optimization statistics of centrifuge时间优化前优化后备注差速调整/(r·min-1)2017-09-2010121#污泥浓缩池供料转鼓高度调整/cm2017-09-2053厂家调整

3 现场应用

2017年6月完成药剂的室内优化评价和排污系统改造，7月开始药剂中试和优化后的排污系统运行，同期开展污泥离心机的参数优化，应用效果显著。

3.1 出站水质

从污水处理各节点图可以看出(见图8)，随着300 m3污水回收池回收水油含量、悬浮物含量的有效控制，各节点水质均达标。综合达标率从37.8%提升到100%(见图9)。

3.2 离心机运行状态

离心机进口w(油)由46.6%下降到2.3%，出泥率从30%～40%上升到了90%，离心机效率整体提高。脱出水ρ(油)由8208 mg/L下降到63 mg/L，ρ(悬浮物)由503 mg/L下降到203 mg/L(见图10)，回收水水质得到有效控制。

4 结论

(1) 将常规分析手段和深度分析手段有机结合，明确了彩南油田污水浮渣主体由净水药剂配方组成，来水的高碱度导致浮渣形成并上浮，高硫化物导致处理后水质不稳定。

(2) 在不改变现场主体工艺的基础上，根据系统来液水质特点，通过药剂配方体系优化，研制开发出兼脱硫、净水为一体的净水药剂体系。

(3) 油气水系统排污分开，稳定污水回收水水质，提高污泥离心机脱泥率，减少浮渣系统循环量。

(4) 以水质稳定为核心，围绕主体工艺，提出源头治理、点面结合的工作思路，开展水质稳定技术应用及工艺调整，为井口水质达标奠定坚实基础。