王吉福，孔 偉，周 旋，喻友均，王洪松，李自懷，卓世虎

中石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒 841000

塔一聯(lián)油田采出水處理系統(tǒng)始建于1997年，設(shè)計日處理規(guī)模為7 000 m3，處理水質(zhì)指標：含油量≤8 mg/L，懸浮物含量≤3 mg/L，粒徑中值≤2 μm；主要水處理設(shè)備有：污水壓力緩沖罐、水力旋流器、壓力沉降罐、深床過濾器、精細過濾器及注水罐。經(jīng)過長年運行，該水處理系統(tǒng)中的水力旋流器、深床過濾器及精細過濾器由于腐蝕、內(nèi)構(gòu)件脫落、濾料板結(jié)等原因先后停運，水處理系統(tǒng)處理水質(zhì)已不能滿足油田精細注水需求。2008年將塔一聯(lián)站內(nèi)一座1萬m3事故罐改造為水處理沉降罐，改造后水質(zhì)含油量基本達標，但懸浮物指標一直不能達標。為改進采出水處理工藝，提高水處理質(zhì)量，塔一聯(lián)引進懸浮污泥過濾水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)2011年建成投運。

1 懸浮污泥過濾水處理工藝系統(tǒng)

1.1 工藝流程

塔一聯(lián)水處理系統(tǒng)主要采用“沉降+過濾”工藝。首先，站內(nèi)全部來水都先進入1萬m3沉降罐進行油水沉降分離，然后分離水通過提升泵輸送至懸浮污泥過濾裝置進行過濾，接著經(jīng)過過濾后的水進入注水緩沖罐，最后通過高壓注水泵回注至站外各注水井中。水處理系統(tǒng)主要設(shè)施有：1萬m3沉降罐1座，污水提升泵2臺，懸浮污泥過濾裝置2套，700 m3注水緩沖罐2座，高壓離心注水泵5臺，加藥房1間。

1.2 設(shè)備原理

懸浮污泥過濾（Suspended Sludge Filtration，以下簡稱SSF）裝置包括物化工藝和凈化器兩大部分，是一套純物理化學(xué)法處理裝置[1-3]。凈化器有旋流反應(yīng)系統(tǒng)、懸浮澄清系統(tǒng)、斜管沉降系統(tǒng)、定期排泥系統(tǒng)等四大系統(tǒng)。首先，采用投加藥劑方式使污水中部分溶解狀態(tài)的污染物和膠體顆粒吸附出來，形成微小懸浮顆粒，從污水中分離出來，凝聚成大塊密實的絮凝體；再依靠同向凝聚和水力學(xué)原理在旋流反應(yīng)系統(tǒng)中形成懸浮污泥層，污水經(jīng)泥層過濾之后，達到設(shè)計水質(zhì)標準，懸浮泥層起到了精細過濾作用。懸浮泥層自動更新，當污泥濃縮室蓄滿時定期排出。

1.3 技術(shù)指標

（1）來水水質(zhì)：含油量≤100 mg/L，對懸浮物含量無要求。

（2）設(shè)計溫度：25～75℃。

（3）設(shè)計處理流量：180 m3/h。

（4）處理后水質(zhì)：含油量≤8.0 mg/L，懸浮物含量≤3.0 mg/L，懸浮固體粒徑中值≤2.0 μm。

2 水處理系統(tǒng)運行存在問題

塔一聯(lián)懸浮污泥過濾水處理系統(tǒng)建成試運行3年后，系統(tǒng)運行存在的問題逐漸暴露出來：

（1）污水提升泵故障頻繁，機械密封容易燒毀，平均每1.5個月就需更換機械密封。

（2）污水提升泵至SSF裝置管道的結(jié)垢問題嚴重，結(jié)垢導(dǎo)致提升泵背壓增加約0.7 MPa，平均每2個月酸洗一次管道，拆卸管道發(fā)現(xiàn)管壁內(nèi)結(jié)垢厚度約2～4 cm。

（3）水處理系統(tǒng)處理水質(zhì)不穩(wěn)定、波動大，綜合水質(zhì)達標率僅65.48%，2套SSF裝置出口水質(zhì)情況如圖1所示。

（4）SSF裝置凈化器上部設(shè)計有瓦楞斜板，主要作用是形成穩(wěn)定污泥層，防止污泥、水中的大顆粒上漂，造成出水水質(zhì)超標。由于斜板僅靠尼龍繩捆扎固定，當處理水量的變化超過30%時，斜板上下浮動過大，導(dǎo)致斜板垮塌，影響水質(zhì)。

（5）水處理系統(tǒng)的污水腐蝕性極強，腐蝕速率0.344 6 ～ 2.865 4 mm/a，刺漏問題嚴重。SSF 裝置進口管道運行2年累計發(fā)生刺漏32次，SSF裝置罐體運行4年累計刺漏27次，每次處理刺漏點都要停運懸浮污泥過濾裝置，再次啟運后需要12 h以上才能將水質(zhì)處理合格。此外，高壓離心注水泵內(nèi)構(gòu)件葉輪、泵軸以及注水閥組高壓閥門的閥芯腐蝕情況也很嚴重。

圖1 SSF裝置出口水質(zhì)情況

（6）按要求SSF裝置每次重新投運開始，處理不合格的水需外排至站外暫存池（每次排水量約5 000 m3），當暫存池液位高于警戒線時，不合格的水只能回注到地層，造成水井堵塞，導(dǎo)致水井酸化頻次增加。

綜上，SSF系統(tǒng)運行最主要的問題：一是系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢嚴重，運行不平穩(wěn)；二是水質(zhì)穩(wěn)定性較差。

3 系統(tǒng)運行問題產(chǎn)生的原因分析

3.1 污水提升泵故障頻繁

拆解污水提升泵發(fā)現(xiàn)，泵體內(nèi)、葉輪部分含有大量污垢，機械密封燒毀的主要原因是卡泵。調(diào)查分析認為，水處理系統(tǒng)中絮凝劑A劑、絮凝劑C劑加藥點在污水提升泵入口，藥劑加入系統(tǒng)后水中聚結(jié)形成的絮體、藥劑結(jié)晶等造成機泵葉輪和機械密封結(jié)垢卡死。

3.2 系統(tǒng)結(jié)垢嚴重

塔一聯(lián)處理的污水來源復(fù)雜多樣，站外暫存池內(nèi)的回收水（含生活污水、鉆/試/修井廢液、場站排污水等） 與其他區(qū)塊（如161、401、40等區(qū)塊） 生產(chǎn)水混合在一起，導(dǎo)致污水成分復(fù)雜，鈣、鎂等成垢離子濃度高，礦化度高，污水容易結(jié)垢。污水離子成分組成分析見表1，其pH值為6.15，水型為CaCl2。結(jié)垢主要成份為碳酸鈣，占總量的79.3%，如圖2所示。

表1 污水離子組成分析/（mg·L-1）

圖2 結(jié)垢成分組成/%

3.3 系統(tǒng)腐蝕刺漏情況嚴重

水中氯離子質(zhì)量濃度為57 328 mg/L，處于高腐蝕速率區(qū)間[4]。系統(tǒng)加注藥劑后改變了水質(zhì)pH值，沿程水質(zhì)pH值逐漸降低，出站時pH值為6.09。pH值的降低使得水性更偏向酸性，加劇了污水的腐蝕性。沉降罐出口至SSF裝置入口管道為Q345螺旋焊接鋼管，管道抗腐蝕性能較差。SSF裝置罐體由普通碳鋼焊接而成，刺漏點主要集中在污泥層位置，該位置累計刺漏占罐體刺漏總量的89%。污泥層中不僅聚集污水中的懸浮顆粒，也聚集了系統(tǒng)中加注的藥劑，說明水處理系統(tǒng)加注的絮凝劑具有一定腐蝕性。

3.4 水質(zhì)處理穩(wěn)定性差

影響懸浮污泥過濾系統(tǒng)水質(zhì)穩(wěn)定性的原因多種多樣，SSF裝置加藥系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，處理水質(zhì)立即超標；處理流量變化較大時，調(diào)整藥劑加注至少4 h才能使水質(zhì)合格；裝置進行排泥操作時，取樣水質(zhì)化驗超標；當來水中含油量超高、含硫化氫、含有氣泡、沉降罐液位低時都會影響水質(zhì)處理。此外，由于SSF裝置及注水罐都是敞口裝置，污水直接與空氣接觸暴氧也成為影響水質(zhì)的關(guān)鍵因素，系統(tǒng)沿程取樣點水質(zhì)變化如表2所示。水處理系統(tǒng)暴氧的主要原因有兩個，一是回收水來自暫存池，池子里的水含氧量較高；二是懸浮污泥過濾裝置及注水罐是敞口裝置，水與空氣直接接觸暴氧。

表2 系統(tǒng)沿程取樣點水質(zhì)變化/（mg·L-1）

4 工藝優(yōu)化與應(yīng)用

4.1 藥劑加注點設(shè)計優(yōu)化

藥劑加注點設(shè)計優(yōu)化后的分布如圖3所示，SSF配套加藥系統(tǒng)中絮凝劑A劑、C劑加注點由污水提升泵入口調(diào)整為懸浮污泥過濾裝置入口前30 m處的彎頭前端，利用彎頭改變流向作用來增加藥劑與水的混合程度。為避免水質(zhì)超標（含油量＞100 mg/L）時沉降罐出口以及管道、裝置的腐蝕結(jié)垢，利用站內(nèi)原水處理系統(tǒng)的加藥裝置在沉降罐進口匯管增注殺菌劑、破乳劑，在SSF裝置出口匯管增注緩蝕劑、阻垢劑。當沉降罐出口含油量超高時，及時加注破乳劑改善沉降罐內(nèi)油水分離效果，提高沉降罐出水水質(zhì)，通過加注化學(xué)藥劑降低水的腐蝕性，緩解結(jié)垢情況。

圖3 藥劑加注點設(shè)計優(yōu)化后的分布

4.2 防腐措施優(yōu)化

站內(nèi)低壓輸水及加藥管道通過更換為非金屬材質(zhì)管道進行防腐。SSF低壓供水管道由Q345螺旋焊接鋼管更換為鋼骨架復(fù)合管或玻璃鋼管并埋地；地面架空部分管道更換為耐腐蝕性好的2205雙相不銹鋼管，加藥管道由內(nèi)襯管道更換為PPR管道。

SSF裝置及注水緩沖罐等靜設(shè)備的罐體內(nèi)壁及內(nèi)構(gòu)件采用內(nèi)襯加強級環(huán)氧玻璃鋼，通過隔斷金屬與水介質(zhì)接觸的方式進行防腐。注水泵泵軸、葉輪以及高壓注水閥門、閥芯等過流部件通過更換耐腐蝕材質(zhì)進行防腐，材質(zhì)變更如表3所示。

表3 過流件材質(zhì)更換

4.3 系統(tǒng)回收水流程優(yōu)化

水處理系統(tǒng)排污、排泥、排澄清水等廢液以及處理不合格的水最初全都先排放到泥水池，再用泵轉(zhuǎn)輸?shù)秸就?萬m3暫存池，最后通過提升泵回收到站內(nèi)沉降罐重新處理。優(yōu)化后將系統(tǒng)產(chǎn)生的水分成兩部分，一部分相對干凈的水（如SSF裝置的澄清水、重新投運系統(tǒng)時產(chǎn)生的不合格水）直接利用舊的閑置緩沖罐通過泵回收到沉降罐，由兩級提升回收優(yōu)化為一級提升回收；另一部分相對臟且不易處理的水先統(tǒng)一排放至隔油池，充分利用隔油池進行油水分離和顆粒沉降后自流到暫存池。暫存池與隔油池都是兩列，既可以一用一備，也可以并聯(lián)運行。暫存池的水利用現(xiàn)有洗井管網(wǎng)反輸?shù)交刈⒕谶M行增壓回注，暫存池的進水點與供水點分別設(shè)計在池子兩端，防止距離過近而影響水在暫存池的沉降分離。

4.4 SSF斜板固定方式優(yōu)化

SSF裝置的斜板最初由尼龍繩捆扎固定，現(xiàn)優(yōu)化為在斜板上下兩側(cè)利用角鋼從中心支柱到罐壁輻射狀方式進行固定，每段角鋼采用螺栓連接，并進行防腐蝕處理，防止腐蝕且便于后期斜板更換。

4.5 系統(tǒng)密閉工藝優(yōu)化

在注水罐先后試驗了柴油密閉、隔氧浮床密閉兩種密閉方式，但由于處理水量變化較大，水罐液位不穩(wěn)定，容易造成柴油外溢或浮床垮塌而導(dǎo)致密閉失效。此外，SSF裝置出水口在設(shè)備頂端，上述兩種密閉方式并不適用。綜合考慮塔一聯(lián)站內(nèi)現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備及安全性，采用站內(nèi)制氮系統(tǒng)的氮氣作為密閉介質(zhì)。通過氮氣管道入口閥門的調(diào)節(jié)，使SSF裝置與注水緩沖罐容器內(nèi)保持100 Pa微正壓。

4.6 運行管理方式優(yōu)化

（1）水處理系統(tǒng)運行系統(tǒng)劃分為沉降罐進口、SSF裝置入口、注水罐入口、注水泵入口等節(jié)點，嚴格控制每個節(jié)點水質(zhì)指標。

（2）定期開展藥劑評價及篩選，確定最佳的藥劑及加藥濃度，目前系統(tǒng)藥劑加注情況見表4。

表4 藥劑加注優(yōu)化調(diào)整情況

（3）定期進行沉降罐、SSF裝置及注水罐清洗。

（4）SSF裝置處理水量變化時，緩慢調(diào)整并及時調(diào)整藥劑加注量，水量調(diào)節(jié)階梯式變化，每次調(diào)節(jié)量不大于10 m3/h。

（5）取樣方式變更為現(xiàn)場過濾水樣化驗懸浮物含量，以避免暴氧對水質(zhì)化驗結(jié)果的影響。

4.7 工藝運行優(yōu)化實施效果

通過一系列的工藝流程、系統(tǒng)運行管理優(yōu)化后，水處理系統(tǒng)運行逐漸平穩(wěn)，水質(zhì)處理長期穩(wěn)定達標。污水提升泵機封近一年未出現(xiàn)卡死損壞現(xiàn)象，近半年無刺漏穿孔，實施氮氣密閉改造后水質(zhì)合格率增加到98.8%，效果良好。

5 結(jié)束語

（1）利用大容積的儲罐作為污水沉降罐進行油水分離，其除油效果較好，且設(shè)備檢修、維修操作簡單方便。

（2）SSF裝置利用自身形成的懸浮污泥層進行精細過濾，與常規(guī)濾料機械過濾相比，不用反洗、不怕堵塞，但產(chǎn)生的污泥量比較大。

（3）建議在強腐蝕性介質(zhì)環(huán)境中，SSF裝置（內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜）采用內(nèi)襯非金屬材料進行防腐或整體（含內(nèi)構(gòu)件）使用玻璃鋼等非金屬材質(zhì)制造，管道盡量選用非金屬材質(zhì)或更高耐腐蝕性能等級的金屬材質(zhì)。

（4）SSF裝置絮凝劑加注點設(shè)計在泵入口時容易造成機泵卡死故障，建議將絮凝劑加藥點設(shè)計在SSF裝置入口前的彎頭處，充分促進藥劑與水的混合，提高絮凝效果，同時避免管道結(jié)垢。

（5）氮氣密閉系統(tǒng)密閉方法簡單，可操作性、安全性及有效性好，對設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)無要求。

（6）隔油池、大容積暫存池對污水有除油作用，對降低懸浮物含量有一定效果，對注水水質(zhì)要求不高時可廣泛應(yīng)用。

（7）采集現(xiàn)場過濾水樣進行化驗，可有效避免暴氧對水質(zhì)檢測結(jié)果的影響，現(xiàn)場過濾水樣要求有一定的壓力，常壓時無法現(xiàn)場過濾。

（8）水處理工藝的運行是一項系統(tǒng)工作，流程中每個節(jié)點、工藝設(shè)備的調(diào)整變化均會影響整個工藝系統(tǒng)的運行狀態(tài)。細分系統(tǒng)節(jié)點、統(tǒng)籌考慮，嚴格控制系統(tǒng)中每個節(jié)點水質(zhì)，才能保證最終水質(zhì)達標。

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