王德海（大慶油田海拉爾石油勘探開(kāi)發(fā)指揮部）

懸浮污泥處理工藝在烏東聯(lián)合站的應(yīng)用

王德海（大慶油田海拉爾石油勘探開(kāi)發(fā)指揮部）

為解決核桃殼過(guò)濾工藝濾后水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，烏東聯(lián)合站引進(jìn)了懸浮污泥處理（SSF）工藝。該工藝處理能力強(qiáng)，濾后污油質(zhì)量濃度穩(wěn)定在2.0 mg/L，濾后懸浮物質(zhì)量濃度穩(wěn)定在1.5 mg/L，處理后水質(zhì)滿足油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。與原處理工藝相比，其工藝流程簡(jiǎn)單，投資省，管理操作方便，同時(shí)節(jié)省電能和藥劑消耗。

聯(lián)合站；處理；污水；電能

1 概述

含油污水處理是油田生產(chǎn)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，污水處理工藝直接關(guān)系到注水質(zhì)量。烏爾遜油田屬于低滲透油田，烏東聯(lián)合站原有處理工藝采用橫向流聚結(jié)除油器+三級(jí)過(guò)濾工藝。污水經(jīng)泵升壓后首先進(jìn)入橫向流聚結(jié)除油器，在除油器入口加除油劑和絮凝劑，使乳化油和細(xì)小懸浮物凝聚，將油、水、泥分離。出水依次進(jìn)入核桃殼過(guò)濾罐、雙層濾料過(guò)濾罐及精細(xì)過(guò)濾器，濾后水進(jìn)入凈化水罐，經(jīng)喂液泵送至注配間回注。該工藝運(yùn)行過(guò)程中存在分離效果差，過(guò)濾器堵塞，濾料板結(jié)嚴(yán)重等問(wèn)題。濾后污油質(zhì)量濃度達(dá)30.5 mg/L，懸浮物質(zhì)量濃度為15.5 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)油田“8·3·2”注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

為提高濾后水質(zhì)，烏東聯(lián)合站引進(jìn)了懸浮污泥處理（SSF）工藝。該工藝是近幾年新興的含油污水處理工藝[1]，它主要包括加藥裝置和SSF裝置兩大部分。SSF裝置因其獨(dú)特的過(guò)濾形式和工作原理，故抗污染性強(qiáng)。該工藝流程簡(jiǎn)單、投資少，運(yùn)行費(fèi)用低。與原處理工藝相比，濾后水質(zhì)有明顯的改善，達(dá)到“8·3·2”注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2 SSF工藝原理

2.1 SSF工藝流程

2011年，烏東聯(lián)合站將原處理工藝改造為SSF工藝，設(shè)計(jì)處理水量為480 m3/d，采用污水沉降罐→除油緩沖罐→SSF裝置→重力式石英砂單閥濾罐過(guò)濾流程（圖1）。

首先，投加凈水劑使污水中部分溶解狀態(tài)的污染物和膠體顆粒（包括乳化油）吸附出來(lái)，形成微小懸浮顆粒；然后，采用絮凝劑和助凝劑將污水中各種膠粒和懸浮顆粒凝聚成大塊密實(shí)的絮體；再依據(jù)同向凝聚和過(guò)濾水力學(xué)等流體力學(xué)原理，在SSF裝置內(nèi)使絮體和水快速分離。絮體在頂部形成懸浮污泥層，污水經(jīng)該懸浮污泥層凈化之后，再進(jìn)入單閥濾罐過(guò)濾，濾后水質(zhì)達(dá)到“8·3·2”注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 理論依據(jù)

1）斯托克斯定律。水中顆粒懸浮物的沉降速度可由公式（1）求得：

式中：u——顆粒沉降速度，m/s；

d——顆粒直徑，m；

ρ1——顆粒密度，kg/m3；

ρ——液體密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2；

μ——液體黏度，Pa·s。

2）同向凝聚理論。因流體擾動(dòng)使顆粒之間碰撞而結(jié)合的結(jié)果稱之為同向凝聚。同向凝聚發(fā)生的流體動(dòng)力學(xué)條件是流體在層流狀態(tài)，而SSF裝置獨(dú)有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠使流體呈層流狀態(tài)。

依據(jù)斯托克斯定律和同向凝聚理論，當(dāng)加藥后的污水由底部進(jìn)入SSF裝置固液分離組件，由于組件的特殊構(gòu)造，水流方向發(fā)生很大變化，造成較強(qiáng)烈的紊動(dòng)。污水中污泥顆粒正處于前期絮凝階段，隨著絮凝不斷進(jìn)行，污泥顆粒越來(lái)越大。污泥的絮凝過(guò)程到了后期絮凝階段，紊動(dòng)的不利影響越來(lái)越大，與絮凝過(guò)程的要求相適應(yīng)，這時(shí)混合液流過(guò)組件彎折，流速大大降低，且流動(dòng)開(kāi)始趨于緩和。因此，在固液分離組件下部的底層里，絮凝作用已基本完成。絮凝成形的污泥顆粒在不斷上升的過(guò)程中，密度越來(lái)越大，流速越來(lái)越小。慢慢開(kāi)始沉降的污泥顆粒還會(huì)被罐底不斷涌入的污水的上升水流所沖擊，當(dāng)重力與向上的沖擊力相等時(shí)，污泥保持動(dòng)態(tài)的靜止，于是形成一個(gè)有化學(xué)活性的懸浮污泥層[2]。隨著絮體由下向上運(yùn)動(dòng)，使泥層的下表層不斷增加、變厚。同時(shí)，隨著罐體的旁路流動(dòng)，引導(dǎo)著懸浮泥層的上表層不斷流入中心接泥桶，懸浮污泥層達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡（圖2）。

圖1 懸浮污泥處理工藝流程

圖2 SSF裝置結(jié)構(gòu)示意圖

所有經(jīng)過(guò)混凝的污水都必須通過(guò)此懸浮泥層過(guò)濾，才能升流到罐體上部的清水匯集區(qū)，它十分成功地將懸浮膠體顆粒、絮體、細(xì)菌菌體等雜質(zhì)全部攔截住，使出水水質(zhì)達(dá)到深度處理的水平。中心接泥桶中的污泥流入污泥濃縮室，待自然沉降后，上清液經(jīng)澄清出水管線流出，底部污泥經(jīng)排泥管線流入污水池。

3 SSF工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 取樣及檢測(cè)

每隔4 h分別從SSF裝置進(jìn)水口及出水口取樣，檢測(cè)污油及懸浮物質(zhì)量濃度，檢測(cè)結(jié)果平均值作為每天的檢測(cè)數(shù)據(jù)。污水中污油質(zhì)量濃度采用分光光度計(jì)測(cè)定，檢測(cè)方法采用SY/T 0530—93《油田污水中污油質(zhì)量濃度測(cè)定方法（分光光度法）》；懸浮物質(zhì)量濃度采用濾膜過(guò)濾法測(cè)定，檢測(cè)方法參照SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》。在來(lái)水量和加藥量保持穩(wěn)定的情況下，分別對(duì)SSF裝置和單閥濾罐進(jìn)水、濾后污油和懸浮物質(zhì)量濃度進(jìn)行檢測(cè)。

3.2 處理效果

1）除油。改造前原過(guò)濾工藝對(duì)污油去除效率較低，進(jìn)水污油質(zhì)量濃度為220.5 mg/L，濾后污油質(zhì)量濃度為30.5 mg/L，去除率僅為86.1%，且指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。改造后進(jìn)水污油質(zhì)量濃度為84.1 mg/L，濾后污油質(zhì)量濃度為2.4 mg/L，去除率為97.1%，低于設(shè)計(jì)指標(biāo)5 mg/L，遠(yuǎn)低于“8·3·2”注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，SSF裝置除油取得了較好的效果（圖3）。

2）除懸浮物。改造前進(jìn)水懸浮物質(zhì)量濃度為98.5 mg/L，濾后懸浮物質(zhì)量濃度為15.5 mg/L，去除率僅為84.3%，且指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。改造后進(jìn)水懸浮物質(zhì)量濃度為81.5 mg/L，濾后懸浮物質(zhì)量濃度為2.2 mg/L，去除率達(dá)97.3%，小于設(shè)計(jì)指標(biāo)3 mg/L，處理效果較好（圖4）。

圖3 SSF裝置濾后污油質(zhì)量濃度變化曲線

圖4 SSF裝置濾后懸浮物質(zhì)量濃度變化曲線

3）自2011年新工藝改造完成后，通過(guò)近5年運(yùn)行，目前濾后污油質(zhì)量濃度穩(wěn)定在2.0 mg/L，濾后懸浮物質(zhì)量濃度穩(wěn)定在1.5 mg/L，運(yùn)行情況良好（圖5）。

圖52016 年濾后懸浮物質(zhì)量濃度和污油質(zhì)量濃度變化曲線

3.3 確定合理的加藥質(zhì)量濃度

污水站投產(chǎn)初期進(jìn)行6個(gè)多月現(xiàn)場(chǎng)藥劑優(yōu)選和優(yōu)化試驗(yàn)，需投加凈水劑、絮凝劑和助凝劑三種藥劑。加藥濃度直接影響污水中絮體的凝結(jié)及懸浮污泥層的形成，進(jìn)而影響過(guò)濾效果；因此，需要確定合理的加藥濃度。

采取固定兩個(gè)變量，改變一個(gè)變量方法確定每種藥劑合理的加藥質(zhì)量濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1至表3。

1）凈水劑藥劑實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：凈水劑加藥質(zhì)量濃度在37.5 mg/L以上時(shí)，濾后水質(zhì)指標(biāo)能夠達(dá)到“8·3·2”注水標(biāo)準(zhǔn)；加藥質(zhì)量濃度超過(guò)50 mg/L時(shí)，污油和懸浮物質(zhì)量濃度有所增加，給水質(zhì)帶來(lái)污染并加大藥劑成本，合理加藥質(zhì)量濃度為45.8 mg/L（圖6）。

圖6 凈水劑不同加藥質(zhì)量濃度下水質(zhì)處理效果曲線

2）絮凝劑藥劑實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：絮凝劑加藥質(zhì)量濃度在30 mg/L以上時(shí)，濾后水質(zhì)指標(biāo)能夠達(dá)到“8·3·2”注水標(biāo)準(zhǔn)；加藥質(zhì)量濃度超過(guò)38 mg/L時(shí)，污油和懸浮物質(zhì)量濃度有所增加，給水質(zhì)帶來(lái)污染并加大藥劑成本，合理加藥質(zhì)量濃度為35.0 mg/L（圖7）。

3）助凝劑藥劑實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：助凝劑加藥質(zhì)量濃度在2.5 mg/L以上時(shí)，濾后水質(zhì)指標(biāo)能夠達(dá)到“8·3·2”注水標(biāo)準(zhǔn)；加藥質(zhì)量濃度超過(guò)5 mg/L時(shí)，污油和懸浮物質(zhì)量濃度有所增加，給水質(zhì)帶來(lái)污染并加大用藥成本，合理加藥質(zhì)量濃度為3.8 mg/L（圖8）。

表1 凈水劑不同加藥質(zhì)量濃度下水質(zhì)處理效果統(tǒng)計(jì)

表2 絮凝劑不同加藥質(zhì)量濃度下水質(zhì)處理效果統(tǒng)計(jì)

表3 助凝劑不同加藥質(zhì)量濃度下水質(zhì)處理效果統(tǒng)計(jì)

圖7 絮凝劑不同加藥質(zhì)量濃度下水質(zhì)處理效果曲線

圖8 助凝劑不同加藥質(zhì)量濃度下水質(zhì)處理效果曲線

3.4 影響處理效果的主要因素

1）正常排泥對(duì)SSF裝置處理效果的影響。SSF裝置主要利用投加的藥劑形成污泥層，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。設(shè)計(jì)考慮將SSF裝置產(chǎn)生的污泥定時(shí)排入80 m3污泥濃縮罐。每天排泥時(shí)間為10 min，排泥量2 m3，排出的污泥進(jìn)入污泥濃縮罐存儲(chǔ)。達(dá)到指定存儲(chǔ)量后，通過(guò)疊螺式脫泥機(jī)將污泥壓縮成泥餅裝車外運(yùn)，產(chǎn)生的污水自流進(jìn)污水池。若每天排泥不及時(shí)或不充分，會(huì)造成污泥聚集，影響懸浮污泥層的動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)而影響過(guò)濾效果。因此，需要通過(guò)觀察SSF裝置污泥室上部澄清出水水質(zhì)，確定排泥是否及時(shí)和充分。

2）藥劑的影響。致密的懸浮污泥層是由污水中的污泥及混凝藥劑形成的絮體本身組成，且凈水劑、絮凝劑和助凝劑的投加量也將直接影響絮體的形成和大小，從而影響過(guò)濾效果。因此，需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行藥劑配伍，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)一步確定合理的藥劑投加量。

3）調(diào)整單閥濾罐反沖洗周期。投產(chǎn)初期，單閥濾罐反沖洗周期定為48 h。運(yùn)行一段時(shí)間以后，發(fā)現(xiàn)濾罐表層濾料顏色由白色變?yōu)闇\黃，水質(zhì)也出現(xiàn)了波動(dòng)。分析認(rèn)為濾料得不到及時(shí)清洗，導(dǎo)致了懸浮物質(zhì)量濃度上升。于是，縮短濾料反沖洗周期，由原來(lái)的48 h改為24 h，經(jīng)過(guò)運(yùn)行觀察，效果良好。

4 成本對(duì)比

1）投資：SSF工藝采取一級(jí)除油緩沖和一級(jí)懸浮污泥過(guò)濾處理工藝取代原有三級(jí)處理工藝。工藝流程簡(jiǎn)單，占地少。新工藝設(shè)計(jì)處理規(guī)模為480 m3/d，總投資600萬(wàn)元，與相同規(guī)模的處理工藝投資1060萬(wàn)元相比減少460萬(wàn)元。

2）用電單耗：現(xiàn)場(chǎng)各種機(jī)泵運(yùn)行全天耗電130 kWh，其他用電10 kWh。按滿負(fù)荷處理量120 m3/d計(jì)算，處理用電單耗為1.16 kWh/m3，與原處理工藝用電單耗1.50 kWh/m3相比減少了0.34 kWh/m3。

3）藥劑成本：通過(guò)對(duì)加藥系統(tǒng)的調(diào)試和參數(shù)優(yōu)化，最終確定加藥量為凈水劑5.5 kg/d、絮凝劑4.2 kg/d、助凝劑0.45 kg/d。凈水劑和絮凝劑4000元/t，助凝劑40 000元/t，藥劑投加成本為0.47元/m3。原處理工藝需加除油劑3.1 kg/d、絮凝劑6.2 kg/d，除油劑15 000元/t，藥劑投加成本為0.59元/m3，藥劑成本節(jié)約0.12元/m3。

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）SSF裝置在海拉爾油田目前運(yùn)行穩(wěn)定，除油率平均在97.1%、懸浮物固體去除率平均在97.3%，濾后水質(zhì)達(dá)到油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，能滿足現(xiàn)階段油田對(duì)注水水質(zhì)的要求[3]。

2）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和運(yùn)行參數(shù)的摸索，加藥質(zhì)量濃度為凈水劑45.8 mg/L、絮凝劑35.0 mg/L、助凝劑3.8 mg/L時(shí)處理效果較好。目前濾后污油質(zhì)量濃度穩(wěn)定在2.0 mg/L，濾后懸浮物質(zhì)量濃度穩(wěn)定在1.5 mg/L。

3）該工藝投資省，流程簡(jiǎn)單，管理操作方便，無(wú)濾料堵塞和板結(jié)需定期更換的問(wèn)題。用電單耗及藥劑投加成本低于原污水處理工藝。

4）SSF工藝為解決油田回注污水水質(zhì)超標(biāo)問(wèn)題提供了一條新的技術(shù)途徑，可以考慮在低滲透油田推廣使用。

[1]張曉，唐艷生，何偉民.浮污泥過(guò)濾技術(shù)在油田污水處理中的應(yīng)用與改進(jìn)[J].油氣田地面工程，2013，32（10）：84-85.

[2]張勇，陳茗，姜學(xué)文.SSF污水凈化技術(shù)處理含油污水可行性研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2014，15（3）：82-84.

[3]張逢玉，呂陽(yáng)，姜蔚.懸浮污泥過(guò)濾工藝在油田污水深度處理中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工，2007，27（8）：55-66.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.02.009

2016-09-09

（編輯 李發(fā)榮）

王德海，工程師，2009年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），從事地面工程、計(jì)量及節(jié)能工作，E-mail：hwangdh@petrochina.com.cn，地址：內(nèi)蒙古呼倫貝爾市海拉爾區(qū)大慶油田海拉爾石油勘探開(kāi)發(fā)指揮部（新區(qū)），021000。