普光气田深度净化预处理工艺可行性评价

2019-07-30倪海涛中国石化中原油田分公司石油工程技术研究院

石油石化节能 2019年6期

倪海涛（中国石化中原油田分公司石油工程技术研究院）

近年来，随着气田产出水量不断增加，处理及回注负荷不断加重，部分回注井泵压接近上限，回注能力大幅降低。预计2020 年剩余注水空间将全部充满，现有回注井将无法满足未来普光污水回注需求。根据环保要求采出水无法外排，因此，采出水的回用成为普光气田回注的必然选择。从采出水回用去向看，普光天然气净化厂循环冷却水场补充水量较大，补充水来自河水，如能将富余采出水深度处理后作为循环冷却水补充水回用，不仅可实现采出水零排放，而且可降低水资源使用费，具有节水减排和保护环境的多重效益[1]。

水处理站现有的回注处理工艺处理后的水质可满足回注水要求，但是否满足深度回用处理工艺的预处理要求尚不明确；且普光气田采出水含有离子浓度为600 mg/L 以上的二价硫[2]，呈现高盐、高COD、高氨氮、硬度高的特性。尤其具有较强的发泡性、存在挥发性物质特点，属高浓度难降解含硫含盐废水[3]。因此，需要对目前处理流程开展相应的评价工作。现有工艺是：先在池内加入药剂，通过污水池的接收气浮、混合沉降、污水回收功能处理污水后进入压力沉降罐，经絮凝沉降后降低污水中油和悬浮物含量，再进入双滤料过滤器，降低悬浮物粒径中值，水质达标后进入滤后水缓冲罐，通过外输泵回注地层[4]。还在集气总站缓冲罐前增设盐酸加注装置调节来液pH值，增设pH值检测仪和悬浮物检测仪，加强水处理过程控制[5]。对装置实际处理能力能否达到设计能力、主要影响因素及可持续性均需要做相应的评估。在考虑利用现有水处理工艺流程的情况下，开展水处理站工艺与深度处理站预处理工艺的衔接与结合。

1 水处理效果评价

为评价水处理站工艺流程的处理效果，将各个水质指标按照总站来水—滤前—滤后进行纵向对比，判断不同处理阶段水质变化及最终达到的处理效果；同时与深度净化对来水指标的要求进行对比，判断是否满足深度净化预处理的要求。

1.1 水处理站水质指标对比

总站来水、滤前水、滤后水的悬浮物、含硫、含铁、COD、氨氮等指标的变化趋势见图1、图2、图3、图4、图5。

图1 水处理站悬浮物处理效果对比

图2 水处理站含硫处理效果对比

图3 水处理站含铁处理效果对比

图4 水处理站COD处理效果对比

图5 水处理站氨氮处理效果对比

从上述各指标变化趋势看，不同来水情况下的滤前水水质指标有较大波动，但滤后水水质指标较稳定。滤后水悬浮物在2.7 mg/L 以下，含硫为0，含铁在0.20 mg/L 以下，COD 在720 mg/L 以下，氨氮在21.2 mg/L 以下，说明在目前来水水质及净化处理处理条件下，工艺流程稳定，处理效果良好。

1.2 处理后水质对深度净化来水的适应性

污水深度净化处理的膜过滤进水主要指标要求如表1所示。

表1 膜过滤进水主要指标要求

滤后水水质相关指标如表2所示。

表2 滤后水主要指标

从滤后水所达到的指标看，在目前运行条件下滤后水COD和氨氮指标可以满足后续深度净化进水要求。

2 水处理站现有处理能力及需要优化的工艺

2.1 现有处理能力

水处理站设计能力为800 m3/d，但在流程进入满负荷运行时，系统无法正常进行反冲洗、沉降池收泥等操作。同时，由于连续满负荷运行，无法进行必要的设备维护。根据前期不同日处理量的运行状况，最佳处理水量为400 m3/d 左右，此时既可保证流程连续运行，保证水质的稳定，又有适当的弹性空间，进行必要的维护操作。

2.2 软化除硬工艺

通过水质跟踪监测，目前滤后水质COD和氨氮基本满足深度净化来水指标，但硬度指标偏高。针对硬度偏高问题，设计化学除硬。根据方案安排，使用NaOH、Na2CO3两种不同pH值调节剂，调节水样的pH 值在10.0、10.5、11.0、11.5 四种情况下，测定污水中的钙、镁离子的变化情况，评价化学除硬的效果。同时，确定化学除硬的药剂种类、加量、沉淀时间、加注方式等。

图6 NaOH调节pH值时钙离子含量随时间变化趋势

图7 NaOH调节pH值时镁离子含量随时间变化趋势

由图6、图7 可知，NaOH 除硬时pH 值为11.5的除钙硬效果最好，pH 值为10.5 和10.0 的效果次之；除镁硬时pH 值为11.0 的效果最好，pH 值为10.0 和10.5 的效果次之。钙离子质量浓度可降至5.98 mg/L，镁离子质量浓度可降至3.63 mg/L。

沉淀时间方面，除钙硬时在30～60 min 之间基本沉降完全，再沉降钙离子含量下降趋势不明显；除镁硬时在15～30 min 之间基本沉降完全，继续沉降镁离子含量下降趋势不明显。

由图8、图9 可知，Na2CO3除硬时pH 值为10.0的除钙硬效果最好，pH 值为11.0 和10.5 的效果次之；除镁硬时pH 值为10.0 的效果最好，pH 值为11.5 和10.5 的效果次之。钙离子质量浓度可降至3.99 mg/L，镁离子质量浓度可降至6.05 mg/L。

图8 Na2CO3调节pH值时钙离子含量随时间变化趋势

沉淀时间方面，除钙硬时在60 min下基本完全沉降，再沉降钙离子含量下降趋势不明显；除镁硬时在15～30 min 之间基本完全沉降，继续沉降镁离子含量下降趋势不明显。

综合对比NaOH 和Na2CO3除硬效果，推荐碳酸钠调节pH 值至10.0 除硬，该条件下沉降时间较短，除硬后完全满足后续水质对硬度要求。同时，该pH 值条件下回调pH 值至9 以下的回用水指标是所消耗的酸量比较少，经济型较好。

图9 Na2CO3调节pH值时镁离子含量随时间变化趋势

2.3 降COD实验及评价

普光净化厂采用预曝气+缺氧/二级生物接触氧化法（A/BCO）处理普光气田生活污水的工艺，对COD、BOD5、和SS 的去除效果明显。监测结果表明，COD、BOD5 和SS 的去除率分别达到95.2%、94.8%和87.3%，去除氨氮的效果良好，去除率可达84.1%[6]。

2.3.1 气浮除沫降COD实验

利用曝气头，在室内模拟气浮除沫装置，对不同水样进行气浮除沫，对比气浮前后水样的COD变化情况，评价气浮工艺对污水中有机物的去除效果。实验数据见表3。

表3 不同水样的发泡性实验记录

由表3可知，目前水处理站各阶段水质发泡性差，无法通过气浮除沫降COD。

2.3.2 不同除硫药剂降COD实验

通过对比双氧水、次氯酸钠等不同除硫剂的除硫效果、对絮凝药剂影响、投加量、COD 等指标，评价除硫剂。实验用总站来水进行，其水质指标如表4所示。

表4 总站来水主要指标

1）双氧水除硫实验效果评价。水中含硫量随着双氧水的加量而逐渐降低，如表5所示。水中含硫量为0后其水质指标如表6所示。

表5 不同双氧水加量下的除硫效果

表6 双氧水充分除硫后水质指标

2）次氯酸钠除硫实验效果评价。水中含硫量随着次氯酸钠的加量而逐渐降低，如表7所示。水中含硫量为0后其水质指标如表8所示。

表7 不同次氯酸钠加量下的除硫效果

表8 次氯酸钠充分除硫后水质指标

分别将2 个水样调节pH 值至7 左右，各取100 mL，用5%混凝剂和0.05%絮凝剂对除硫后水样进行絮凝沉降实验，所消耗药剂及絮凝沉降后滤前水主要指标如表9、表10所示。

表9 不同药剂除硫除硫絮凝沉降药剂量

表10 不同药剂除硫除硫絮凝沉降后水质指标

2种药剂处理后所得水质的COD和氨氮区别不大，但双氧水所消耗的除硫剂用量次氯酸钠为双氧水的7倍多。用次氯酸钠除硫的水样所需要的混凝剂和絮凝剂消耗量略大于双氧水除硫的水样，所产生的沉淀污泥量用次氯酸钠除硫的水样略大于双氧水除硫的水样。

2.3.3 氯酸钠降COD效果实验

目前流程情况下滤后水的COD和氨氮基本满足后续深度净化要求，但根据现场情况分析，开井条件变化时，可能出现滤后水COD 过高的问题；因此，试验筛选可以降低COD的化学药剂。根据前期实验，高锰酸钾和双氧水、次氯酸钠药剂均无法达到良好的降COD效果。本实验选用前期实验效果较好的氯酸钠作为氧化剂进行降COD实验，结果如表11所示。