孫青

摘 要：對(duì)于水質(zhì)特性日益復(fù)雜的油田采出水，開(kāi)發(fā)各類(lèi)新型高效的藥劑新型材料和新型處理工藝關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，提高采出水的處理效果是當(dāng)前重要的課題。油田老區(qū)由于已建設(shè)施適應(yīng)能力下降和采出液含聚濃度上升， 部分污水處理站的運(yùn)行工藝及設(shè)計(jì)參數(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)有水質(zhì)的要求， 處理后水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。影響沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)的主要因素為沉降罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)及沉降時(shí)間。因此， 本次選取的研究對(duì)象為污水處理工藝中的沉降節(jié)點(diǎn)， 針對(duì)其存在的問(wèn)題， 進(jìn)行影響因素分析， 提出合理的工藝優(yōu)化措施， 以達(dá)到改善沉降節(jié)點(diǎn)后續(xù)水質(zhì)和提高工藝適應(yīng)性的目的。

關(guān)鍵詞：油田老區(qū)；污水處理工藝；沉降節(jié)點(diǎn)；工藝適應(yīng)性；優(yōu)化措施

油田污水處理系統(tǒng)由多個(gè)處理單元組成， 按照工藝流程可分為來(lái)水、沉降、過(guò)濾及注水4個(gè)主要工藝節(jié)點(diǎn)。針對(duì)油田沉降節(jié)點(diǎn)存在的問(wèn)題， 確定影響沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)的關(guān)鍵因素， 給出水質(zhì)提升技術(shù)措施， 變最終控制為過(guò)程控制， 通過(guò)改善沉降節(jié)點(diǎn)出水水質(zhì)， 提高污水處理效果， 保證最終注水水質(zhì)。

1 污水處理工藝及沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)現(xiàn)狀

對(duì)部分污水處理站沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)情況進(jìn)行化驗(yàn)分析， 其中一沉含油去除率最高可達(dá)92.94%， 最低則為-10.62%；一沉懸浮物去除率最高可達(dá)72.54%， 最低則為7.46%；二沉含油去除率最高可達(dá)79.7%， 最低則為2.51%；二沉懸浮物去除率最高可達(dá)66.67%， 最低則為-13.56%。通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)， 沉降節(jié)點(diǎn)含油和懸浮物去除率波動(dòng)范圍較大， 且部分污水處理站沉降節(jié)點(diǎn)去除率偏低， 處理后水質(zhì)不達(dá)標(biāo)， 應(yīng)確定影響沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)的關(guān)鍵因素， 提出相應(yīng)改進(jìn)措施。

2 沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)影響因素分析

由于重力式沉降罐只靠油水密度差來(lái)實(shí)現(xiàn)油水分離， 因此沉降罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接影響沉降罐分離效率的好壞， 其中主要包括配液管、集水管、集油槽等， 各部件的的形狀、數(shù)量及相對(duì)位置均會(huì)對(duì)沉降罐的除油效果有影響。污水中含油和懸浮物含量隨沉降時(shí)間的延長(zhǎng)而減少。沉降罐內(nèi)油層和泥層會(huì)侵占罐內(nèi)有效空間， 減少有效沉降距離， 縮短沉降時(shí)間， 使得沉降罐沉降分離效果變差。

3 沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)提升技術(shù)措施

3.1 沉降罐配水裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.1.1 沉降罐配水裝置結(jié)構(gòu)的改進(jìn)形式

配水裝置是影響罐內(nèi)流態(tài)變化的主要因素， 其結(jié)構(gòu)將直接影響罐內(nèi)流場(chǎng)分布和油水分離效果。污水沉降罐配水裝置多采用梅花點(diǎn)式喇叭口配水形式， 開(kāi)口朝上布置。油水混合物由配水口進(jìn)入罐內(nèi)后， 由于存在向上的初速度， 會(huì)在配水口與罐頂油層之間形成復(fù)雜流動(dòng)場(chǎng)， 擾動(dòng)油層， 影響油水分離。針對(duì)該問(wèn)題， 確定了兩種解決辦法：1） 改變配水口布置方向， 配水口向下布置， 出口處設(shè)置擋板， 以確保水流方向向上；2） 改變配水形式， 降低配水口初速度；

3.1.2 沉降罐配水裝置仿真模擬分析

應(yīng)用Fluent軟件模擬計(jì)算配水裝置結(jié)構(gòu)改變前后配水口初速度大小。根據(jù)配水裝置實(shí)際尺寸建立幾何模型， 選擇Mixture混合物模型、標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型、三維穩(wěn)態(tài)、隱式耦合求解器、SIMPLE算法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。仿真模擬計(jì)算時(shí)， 為了更好的對(duì)比結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后配水裝置內(nèi)的速度分布情況， 配水干管入口處取相同速度值， 設(shè)置配液管上開(kāi)孔的總面積與原結(jié)構(gòu)相同部分開(kāi)孔的總面積相同。按照配水形式的不同， 共分為四種情況進(jìn)行仿真分析。軟件計(jì)算得到的配水裝置內(nèi)速度分布情況， 見(jiàn)表1。

從分析結(jié)構(gòu)可以看到， 油水混合物在進(jìn)入配水裝置后， 流速沿著流動(dòng)方向逐漸降低；優(yōu)化后弧形配水支管內(nèi)油水混合物流速要明顯小于優(yōu)化前配水支管內(nèi)流速；三種穿孔管配水裝置內(nèi)速度分布情況相差不大；對(duì)四種配水形式各配水口處速度分布取加權(quán)平均， 穿孔管 （a） 式及穿孔管 （c） 式配水在增加布水輻射面積的同時(shí)配水口平均流速均小于原喇叭口式配水， 且穿孔管 （c） 式內(nèi)外弧流速差值及外弧平均流速均更小， 各配水口流速分布又較為均勻， 因此最終選擇變孔徑布置的穿孔管 （c） 式配水作為配水裝置的改進(jìn)形式。

3.2 混凝沉降罐中心反應(yīng)筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

混凝沉降罐中心反應(yīng)筒的作用是為了達(dá)到流體的緩沖， 讓來(lái)水與所加藥劑能夠充分混合， 并不起沉降作用。因此， 選擇在中心反應(yīng)筒內(nèi)加裝斜板， 并增加一組配水口， 實(shí)現(xiàn)一次預(yù)分離。油水混合物由進(jìn)水口流入中心反應(yīng)筒， 流經(jīng)斜板后， 斜板既能對(duì)流體起到緩沖作用， 又可實(shí)現(xiàn)筒內(nèi)預(yù)分離， 加劇細(xì)小油滴間的聚結(jié)。預(yù)分離后輕質(zhì)相從上配水口排出， 此部分將在沉降區(qū)快速分離；筒底部的混合液含水率較高， 整體混合液粘度較之前降低， 此部分混合液由下配水口排至沉降區(qū)進(jìn)行油水分離， 由于混合液粘度降低， 分離速度也會(huì)較之前有所提高?？偟膩?lái)說(shuō)， 中心反應(yīng)筒加裝斜板后既能加快分離速率又能提高分離效率。

3.3 沉降罐排泥工藝改進(jìn)

大罐排泥方式主要有兩種， 一是靜壓穿孔管排泥， 二是泵抽排泥。結(jié)合上述兩種工藝自身特點(diǎn)， 對(duì)排泥工藝進(jìn)行優(yōu)化。一是采用靜壓排泥改良技術(shù)中的滑泥坡， 在罐底修建錐形坡體， 坡體表面采用非金屬小摩阻材質(zhì)， 確保滑泥坡區(qū)域沉積泥能順利滑落至坡底， 提高集泥效率；二是在滑泥坡上方增設(shè)液力旋轉(zhuǎn)沖泥裝置， 該裝置以罐中心為軸， 兩側(cè)沖泥管?chē)娮斓姆较蛳喾矗?沖泥管可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)， 實(shí)現(xiàn)全區(qū)域、無(wú)死角的沖泥效果；三是在滑泥坡間布置半圓形排泥管， 配合罐外排泥泵， 構(gòu)成吸泥系統(tǒng)。新型排泥工藝的沖泥系統(tǒng)、吸泥系統(tǒng)采用同一臺(tái)離心泵。整套排泥裝置具有沖洗與強(qiáng)排雙重流程， 系統(tǒng)排泥時(shí)可先運(yùn)行沖泥裝置進(jìn)行液力旋轉(zhuǎn)沖泥， 排泥方式采用靜壓排泥， 沖泥完成后， 排泥泵入口自動(dòng)切換至與排泥管連接， 實(shí)現(xiàn)泵吸排泥。應(yīng)用新型排泥技術(shù)進(jìn)行排泥時(shí)無(wú)需停罐， 污泥能及時(shí)排出沉降罐， 利于改善水質(zhì)；沉降罐利用率高， 不會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1） 優(yōu)化沉降罐配水裝置結(jié)構(gòu)， 將梅花點(diǎn)式喇叭口配水更改為變孔徑雙弧形穿孔管配水， 可降低配水口處流速， 減輕對(duì)罐頂油層的擾動(dòng)， 提高油水分離效果。（2） 根據(jù)斜板沉降理論， 在混凝沉降罐中心反應(yīng)筒加裝斜板， 實(shí)現(xiàn)一次預(yù)分離， 可提高罐內(nèi)空間利用率， 加快油水分離速率， 改善油水分離效果。（3） 新型排泥工藝由滑泥坡、液力旋轉(zhuǎn)沖泥裝置、吸泥系統(tǒng)、罐外動(dòng)力泵組成， 具有沖洗與強(qiáng)排雙重流程， 排泥時(shí)無(wú)需停罐， 污泥能及時(shí)排到罐外， 確保沉降罐有效沉降空間， 利于改善水質(zhì)。（4） 強(qiáng)化水質(zhì)過(guò)程控制， 實(shí)施沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)提升技術(shù)措施， 可改善沉降節(jié)點(diǎn)出水水質(zhì)， 促進(jìn)水質(zhì)全程達(dá)標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 油田含油污水處理工藝的設(shè)計(jì)研究[J]. 韓洋.化工管理. 2018（34）