倪海濤（中國石化中原油田分公司石油工程技術研究院）

近年來，隨著氣田產(chǎn)出水量不斷增加，處理及回注負荷不斷加重，部分回注井泵壓接近上限，回注能力大幅降低。預計2020 年剩余注水空間將全部充滿，現(xiàn)有回注井將無法滿足未來普光污水回注需求。根據(jù)環(huán)保要求采出水無法外排，因此，采出水的回用成為普光氣田回注的必然選擇。從采出水回用去向看，普光天然氣凈化廠循環(huán)冷卻水場補充水量較大，補充水來自河水，如能將富余采出水深度處理后作為循環(huán)冷卻水補充水回用，不僅可實現(xiàn)采出水零排放，而且可降低水資源使用費，具有節(jié)水減排和保護環(huán)境的多重效益[1]。

水處理站現(xiàn)有的回注處理工藝處理后的水質可滿足回注水要求，但是否滿足深度回用處理工藝的預處理要求尚不明確；且普光氣田采出水含有離子濃度為600 mg/L 以上的二價硫[2]，呈現(xiàn)高鹽、高COD、高氨氮、硬度高的特性。尤其具有較強的發(fā)泡性、存在揮發(fā)性物質特點，屬高濃度難降解含硫含鹽廢水[3]。因此，需要對目前處理流程開展相應的評價工作?，F(xiàn)有工藝是：先在池內加入藥劑，通過污水池的接收氣浮、混合沉降、污水回收功能處理污水后進入壓力沉降罐，經(jīng)絮凝沉降后降低污水中油和懸浮物含量，再進入雙濾料過濾器，降低懸浮物粒徑中值，水質達標后進入濾后水緩沖罐，通過外輸泵回注地層[4]。還在集氣總站緩沖罐前增設鹽酸加注裝置調節(jié)來液pH值，增設pH值檢測儀和懸浮物檢測儀，加強水處理過程控制[5]。對裝置實際處理能力能否達到設計能力、主要影響因素及可持續(xù)性均需要做相應的評估。在考慮利用現(xiàn)有水處理工藝流程的情況下，開展水處理站工藝與深度處理站預處理工藝的銜接與結合。

1 水處理效果評價

為評價水處理站工藝流程的處理效果，將各個水質指標按照總站來水—濾前—濾后進行縱向對比，判斷不同處理階段水質變化及最終達到的處理效果；同時與深度凈化對來水指標的要求進行對比，判斷是否滿足深度凈化預處理的要求。

1.1 水處理站水質指標對比

總站來水、濾前水、濾后水的懸浮物、含硫、含鐵、COD、氨氮等指標的變化趨勢見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5。

圖1 水處理站懸浮物處理效果對比

圖2 水處理站含硫處理效果對比

圖3 水處理站含鐵處理效果對比

圖4 水處理站COD處理效果對比

圖5 水處理站氨氮處理效果對比

從上述各指標變化趨勢看，不同來水情況下的濾前水水質指標有較大波動，但濾后水水質指標較穩(wěn)定。濾后水懸浮物在2.7 mg/L 以下，含硫為0，含鐵在0.20 mg/L 以下，COD 在720 mg/L 以下，氨氮在21.2 mg/L 以下，說明在目前來水水質及凈化處理處理條件下，工藝流程穩(wěn)定，處理效果良好。

1.2 處理后水質對深度凈化來水的適應性

污水深度凈化處理的膜過濾進水主要指標要求如表1所示。

表1 膜過濾進水主要指標要求

濾后水水質相關指標如表2所示。

表2 濾后水主要指標

從濾后水所達到的指標看，在目前運行條件下濾后水COD和氨氮指標可以滿足后續(xù)深度凈化進水要求。

2 水處理站現(xiàn)有處理能力及需要優(yōu)化的工藝

2.1 現(xiàn)有處理能力

水處理站設計能力為800 m3/d，但在流程進入滿負荷運行時，系統(tǒng)無法正常進行反沖洗、沉降池收泥等操作。同時，由于連續(xù)滿負荷運行，無法進行必要的設備維護。根據(jù)前期不同日處理量的運行狀況，最佳處理水量為400 m3/d 左右，此時既可保證流程連續(xù)運行，保證水質的穩(wěn)定，又有適當?shù)膹椥钥臻g，進行必要的維護操作。

2.2 軟化除硬工藝

通過水質跟蹤監(jiān)測，目前濾后水質COD和氨氮基本滿足深度凈化來水指標，但硬度指標偏高。針對硬度偏高問題，設計化學除硬。根據(jù)方案安排，使用NaOH、Na2CO3兩種不同pH值調節(jié)劑，調節(jié)水樣的pH 值在10.0、10.5、11.0、11.5 四種情況下，測定污水中的鈣、鎂離子的變化情況，評價化學除硬的效果。同時，確定化學除硬的藥劑種類、加量、沉淀時間、加注方式等。

圖6 NaOH調節(jié)pH值時鈣離子含量隨時間變化趨勢

圖7 NaOH調節(jié)pH值時鎂離子含量隨時間變化趨勢

由圖6、圖7 可知，NaOH 除硬時pH 值為11.5的除鈣硬效果最好，pH 值為10.5 和10.0 的效果次之；除鎂硬時pH 值為11.0 的效果最好，pH 值為10.0 和10.5 的效果次之。鈣離子質量濃度可降至5.98 mg/L，鎂離子質量濃度可降至3.63 mg/L。

沉淀時間方面，除鈣硬時在30～60 min 之間基本沉降完全，再沉降鈣離子含量下降趨勢不明顯；除鎂硬時在15～30 min 之間基本沉降完全，繼續(xù)沉降鎂離子含量下降趨勢不明顯。

由圖8、圖9 可知，Na2CO3除硬時pH 值為10.0的除鈣硬效果最好，pH 值為11.0 和10.5 的效果次之；除鎂硬時pH 值為10.0 的效果最好，pH 值為11.5 和10.5 的效果次之。鈣離子質量濃度可降至3.99 mg/L，鎂離子質量濃度可降至6.05 mg/L。

圖8 Na2CO3調節(jié)pH值時鈣離子含量隨時間變化趨勢

沉淀時間方面，除鈣硬時在60 min下基本完全沉降，再沉降鈣離子含量下降趨勢不明顯；除鎂硬時在15～30 min 之間基本完全沉降，繼續(xù)沉降鎂離子含量下降趨勢不明顯。

綜合對比NaOH 和Na2CO3除硬效果，推薦碳酸鈉調節(jié)pH 值至10.0 除硬，該條件下沉降時間較短，除硬后完全滿足后續(xù)水質對硬度要求。同時，該pH 值條件下回調pH 值至9 以下的回用水指標是所消耗的酸量比較少，經(jīng)濟型較好。

圖9 Na2CO3調節(jié)pH值時鎂離子含量隨時間變化趨勢

2.3 降COD實驗及評價

普光凈化廠采用預曝氣+缺氧/二級生物接觸氧化法（A/BCO）處理普光氣田生活污水的工藝，對COD、BOD5、和SS 的去除效果明顯。監(jiān)測結果表明，COD、BOD5 和SS 的去除率分別達到95.2%、94.8%和87.3%，去除氨氮的效果良好，去除率可達84.1%[6]。

2.3.1 氣浮除沫降COD實驗

利用曝氣頭，在室內模擬氣浮除沫裝置，對不同水樣進行氣浮除沫，對比氣浮前后水樣的COD變化情況，評價氣浮工藝對污水中有機物的去除效果。實驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同水樣的發(fā)泡性實驗記錄

由表3可知，目前水處理站各階段水質發(fā)泡性差，無法通過氣浮除沫降COD。

2.3.2 不同除硫藥劑降COD實驗

通過對比雙氧水、次氯酸鈉等不同除硫劑的除硫效果、對絮凝藥劑影響、投加量、COD 等指標，評價除硫劑。實驗用總站來水進行，其水質指標如表4所示。

表4 總站來水主要指標

1）雙氧水除硫實驗效果評價。水中含硫量隨著雙氧水的加量而逐漸降低，如表5所示。水中含硫量為0后其水質指標如表6所示。

表5 不同雙氧水加量下的除硫效果

表6 雙氧水充分除硫后水質指標

2）次氯酸鈉除硫實驗效果評價。水中含硫量隨著次氯酸鈉的加量而逐漸降低，如表7所示。水中含硫量為0后其水質指標如表8所示。

表7 不同次氯酸鈉加量下的除硫效果

表8 次氯酸鈉充分除硫后水質指標

分別將2 個水樣調節(jié)pH 值至7 左右，各取100 mL，用5%混凝劑和0.05%絮凝劑對除硫后水樣進行絮凝沉降實驗，所消耗藥劑及絮凝沉降后濾前水主要指標如表9、表10所示。

表9 不同藥劑除硫除硫絮凝沉降藥劑量

表10 不同藥劑除硫除硫絮凝沉降后水質指標

2種藥劑處理后所得水質的COD和氨氮區(qū)別不大，但雙氧水所消耗的除硫劑用量次氯酸鈉為雙氧水的7倍多。用次氯酸鈉除硫的水樣所需要的混凝劑和絮凝劑消耗量略大于雙氧水除硫的水樣，所產(chǎn)生的沉淀污泥量用次氯酸鈉除硫的水樣略大于雙氧水除硫的水樣。

2.3.3 氯酸鈉降COD效果實驗

目前流程情況下濾后水的COD和氨氮基本滿足后續(xù)深度凈化要求，但根據(jù)現(xiàn)場情況分析，開井條件變化時，可能出現(xiàn)濾后水COD 過高的問題；因此，試驗篩選可以降低COD的化學藥劑。根據(jù)前期實驗，高錳酸鉀和雙氧水、次氯酸鈉藥劑均無法達到良好的降COD效果。本實驗選用前期實驗效果較好的氯酸鈉作為氧化劑進行降COD實驗，結果如表11所示。

表11 不同濃度氯酸鈉降COD、氨氮效果

從實驗結果看，1%以上濃度的氯酸鈉除COD效果良好，1‰以下時去除效果較差。同時數(shù)據(jù)表明，氯酸鈉對COD有明顯去除作用，但對氨氮的去除效果不明顯。

3 結論與認識

1）水處理站設計日處理能力為700 m3，目前水處理站工藝運行平穩(wěn)。根據(jù)前期運行經(jīng)驗，水處理站最佳日處理水量在400 m3左右。

2）在目前來水條件下處理后水質的COD 和氨氮能夠達到后續(xù)膜過濾要求，通過化學除硬后水質硬度指標可以滿足后續(xù)膜過濾要求。

3）氯酸鈉對COD 有明顯去除作用，但對氨氮的去除效果不明顯。