孫繩昆 孫曉明 鄭麗華

1中油遼河工程有限公司

2大慶榆樹林油田開發(fā)有限責(zé)任公司工程技術(shù)研究所

遼河油田是我國(guó)最大稠油生產(chǎn)基地，2019 年日產(chǎn)各類稠油采出水約10×104t，其中深度處理回用熱采注汽鍋爐約每日8×104t，由于注采不平衡尚有約每日2×104t外排水量[1]。

隨著遼寧省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)2008 年版的頒布實(shí)施，遼河油田原有3座稠油采出水外排廠均需要提標(biāo)改造。錦采外排廠2014 年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)規(guī)模1.5×104t/d，處理工藝為“預(yù)處理+生化+臭氧催化氧化”，投產(chǎn)后由于臭氧布?xì)夤芸谔幗Y(jié)垢堵塞嚴(yán)重，臭氧發(fā)生及布?xì)庀到y(tǒng)無法正常運(yùn)行，2016年將臭氧催化氧化工藝改造為臭氧氧化工藝，改造段規(guī)模0.8×104t/d，同時(shí)對(duì)臭氧發(fā)生氣源及臭氧投加方式進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了液氧直接發(fā)生臭氧簡(jiǎn)化工藝及臭氧水射器密閉投加，避免臭氧布?xì)夤芸谔幗Y(jié)垢。曙光外排廠分兩期建設(shè)，一期為預(yù)處理工藝段，設(shè)計(jì)規(guī)模2×104t/d，2013 年建成投產(chǎn)；二期在一期預(yù)處理工藝的基礎(chǔ)上，增加兩級(jí)AS+PACT（活性污泥+粉沫活性炭）生化工藝段，設(shè)計(jì)規(guī)模1×104t/d，2017 年建成投產(chǎn)。金海外排廠設(shè)計(jì)規(guī)模0.8×104t/d，處理工藝為“預(yù)處理+生化+顆粒活性炭吸附及再生”，預(yù)計(jì)2020年10月投產(chǎn)。

1 稠油采出水

1.1 水質(zhì)特點(diǎn)

我國(guó)稠油按其50 ℃時(shí)的動(dòng)力黏度和20 ℃時(shí)密度進(jìn)行分類，分為普通稠油、特稠油和超稠油。按照稠油的分類，稠油采出水分為普通稠油采出水、特稠油采出水和超稠油采出水。不同種類稠油，其性質(zhì)和開采階段不同，對(duì)應(yīng)不同開發(fā)方式。普通稠油一般采用蒸汽吞吐開采，特稠油和超稠油一般采用SAGD（Steam Assisted Gravity Drainage）或蒸汽驅(qū)開采。由于稠油種類和開采方式的不同，導(dǎo)致稠油采出水的性質(zhì)也有較大變化，尤其是水溫、COD組成和含量、石油類及懸浮物含量等指標(biāo)差異較大。另外，稠油采出水中普遍含有大量原油生產(chǎn)過程中人為添加的各類措施用化學(xué)藥劑[2]，這些化學(xué)藥劑造成的原水水質(zhì)波動(dòng)、難生化，對(duì)處理工藝產(chǎn)生較大影響。

遼河油田稠油采出水的水質(zhì)特點(diǎn)：

（1）油水密度差小。污水中原油密度大，相對(duì)密度992～995 g/cm3。

（2）黏滯性大。污水具有較大的黏滯性，原油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量高達(dá)42%～48%，流動(dòng)性差，污染程度高，特別在水溫低時(shí)更顯著。

（3）溫度高。超稠油在地下開采、地面集輸和脫水過程中，為降低原油黏度要保持高溫，污水進(jìn)處理站前水溫度在50～80 ℃。

（4）乳化嚴(yán)重。由于超稠油所含膠質(zhì)和瀝青質(zhì)是天然乳化劑，且原油在生產(chǎn)過程中經(jīng)過泵多次離心剪切，污水乳化較嚴(yán)重。

（5）成分復(fù)雜和多變。通過原水成分檢測(cè)分析，污水中除烷烴類、醇類、酮類物質(zhì)外，還含有40 多種化學(xué)藥劑成分。受上游生產(chǎn)影響，導(dǎo)致污水中所含污染成分具有隨機(jī)性。

（6）可生化性差。通過原水除油后BOD、COD化驗(yàn)分析以及COD構(gòu)成分析，生化進(jìn)水B/C一般在0.1～0.2 左右[2]，可生化性差，營(yíng)養(yǎng)成分缺乏[3]，不可生化成分部分來自于化學(xué)藥劑。

（7）原水屬于重碳酸氫鈉型水，腐蝕性低，但宜結(jié)垢（鈣鎂垢和硅垢），對(duì)生化曝氣系統(tǒng)具有不利影響。

表1 錦采外排廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab.1 Design inflow and outflow water quality of Jincai Discharge Plant

表2 曙光外排廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab.2 Design inflow and outflow water quality of Shuguang Discharge Plant

表3 金海外排廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab.3 Design inflow and outflow water quality of Jinhai Discharge Plant

1.2 設(shè)計(jì)水質(zhì)

錦采和金海外排廠原水屬于普通稠油采出水，曙光外排廠原水屬于超稠油采出水，3座外排廠設(shè)計(jì)出水指標(biāo)均執(zhí)行遼寧省《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB21/1627—2008）標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)水質(zhì)見表1、表2和表3，其中進(jìn)水石油類含量檢測(cè)為油田注水用可見光分光光度法，出水石油類含量檢測(cè)為紅外分光光度法。

2 工藝流程

錦采外排廠2016年改造后流程見圖1。上游氣浮處理污水進(jìn)入污水緩沖罐進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，經(jīng)提升泵恒流量進(jìn)入?yún)捬?好氧接觸氧化池，出水進(jìn)入二沉池，再經(jīng)提升泵進(jìn)入射流器，射流器負(fù)壓區(qū)引入臭氧混合氣，溶氣水進(jìn)入兩級(jí)串聯(lián)臭氧氧化反應(yīng)罐最終出水。

金海外排廠處理工藝流程見圖2。上游氣浮處理污水進(jìn)入接觸氧化水解酸化罐，出水進(jìn)入好氧生物接觸氧化池，然后進(jìn)入二沉池后經(jīng)提升泵依此進(jìn)入砂濾器、一級(jí)活性炭吸附塔、二級(jí)活性炭吸附塔、三級(jí)活性炭吸附塔和保安過濾器，最終出水。飽和活性炭通過水力輸送從吸附塔轉(zhuǎn)移至再生裝置，再生后活性炭水力輸送回吸附塔。

曙光外排廠處理工藝流程分物化處理和生化處理兩段，如圖3所示。物化處理段：上游曙五聯(lián)來含油污水和其他廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)水罐，均質(zhì)均量后經(jīng)提升泵進(jìn)入除油罐，除油罐出水重力進(jìn)入兩級(jí)DAF（溶器）浮選機(jī)，浮選出水經(jīng)提升泵依此進(jìn)入核桃殼過濾器、空冷器和冷卻塔，冷卻塔出水經(jīng)提升泵進(jìn)入生化處理段。生化處理段：冷卻塔來水進(jìn)入攪拌配水池，均分成三股水進(jìn)入三組一級(jí)好氧生化池和攪拌池，出水進(jìn)入一級(jí)沉淀池，一級(jí)沉淀池上清液經(jīng)提升泵進(jìn)入一組二級(jí)好氧生化池和攪拌池，出水進(jìn)入二級(jí)沉淀池，二級(jí)沉淀池上清液經(jīng)提升泵進(jìn)入砂濾器后最終出水。

3 主要構(gòu)筑物和設(shè)備

3.1 錦采污水廠

圖1 錦采外排廠處理工藝流程Fig.1 Process flow of Jincai Discharge Plant

圖2 金海外排廠處理工藝流程Fig.2 Process flow of Jinhai Discharge Plant

圖3 曙光外排廠處理工藝流程Fig.3 Process flow of Shuguang Discharge Plant

污水緩沖罐2座，利舊已建的2座1×104m3罐改造成污水緩沖罐。罐內(nèi)頂部設(shè)中心布水管，底部設(shè)集水管，罐底設(shè)穿孔排泥管。生物接觸氧化池1座，為水解酸化池和好氧池合建，池內(nèi)水流為上下翻騰式。水解酸化池設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間15 h，共設(shè)8 條廊道，每條廊道2 格，單格尺寸分別為20.8 m×7.0 m×6.0 m（H）和12.0 m×7.0 m×6.0 m（H），池內(nèi)設(shè)懸掛式組合填料和潛水?dāng)嚢柩b置。好氧池設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間19 h，共設(shè)8條廊道，每條廊道3 格，單格尺寸14.0 m×7.0 m×6.0 m（H），池內(nèi)設(shè)懸掛式組合填料，池底設(shè)旋混曝氣器。二沉池2 座，設(shè)周邊傳動(dòng)刮吸泥機(jī)。臭氧氧化罐4 座串聯(lián)，設(shè)計(jì)總接觸氧化時(shí)間1.3 h。臭氧發(fā)生器裝置1 套，其中管式臭氧發(fā)生器1 臺(tái)，臭氧發(fā)生量30 kg/h，發(fā)生氣源為液態(tài)氧；50 m3液氧儲(chǔ)罐1 座，空溫式氣化器2臺(tái)。

3.2 曙光污水廠（二期）

冷卻塔3 座，單座處理量240 m3/h。生化池（AS+PACT）1座，一級(jí)為利舊改造，推流式，3條并聯(lián)廊道，每條廊道體積為2 700 m3；二級(jí)為利舊改造，推流式，1 條廊道體積為2 700 m3；池內(nèi)設(shè)粗孔曝氣器和脫氣攪拌器。沉淀池3座，一級(jí)輻流式，規(guī)格為Φ18 m×3.5 m，2 座利舊；二級(jí)輻流式，規(guī)格為Φ22 m×5 m，1 座。砂濾器8 座，單級(jí)壓力式直徑為3.4 m，利舊改造。炭泥脫水機(jī)3臺(tái)，單臺(tái)處理絕干泥量130 kg/h，機(jī)型為自動(dòng)廂式隔膜壓濾機(jī)。粉末活性炭?jī)?chǔ)存及投加設(shè)備1套，炭倉規(guī)格為Φ4 m×8.8 m，1 座；粉末活性炭投加裝置1套，最大出料量420 kg/h。

3.3 金海污水廠

生物接觸氧化水解酸化罐1 座，規(guī)格為Ф23.7 m×12.5 m，利舊改造，上向流，內(nèi)裝懸掛式生物填料。生物接觸氧化好氧池1 座，尺寸為55 m×10.75 m×6.7 m（H），2 組并聯(lián)，池內(nèi)裝填組合填料，池底安裝粗孔曝氣器。二沉池2座，輻流式，中心進(jìn)水周邊出水，單座規(guī)格為Ф13 m×4.6 m。生化砂濾器6 座，直徑為3.2 m，氣水反洗。多級(jí)循環(huán)活性炭吸附塔12 座，4 列并聯(lián)，每列3 座串聯(lián)，單座直徑為3.2 m，空塔流速12.4 m/s，吸附劑裝填高度9 m?；钚蕴吭偕b置1套，再生規(guī)模5 t/d，爐型為多膛爐。

4 運(yùn)行效果及分析

4.1 錦采外排廠

錦采外排廠自2016 年臭氧催化氧化系統(tǒng)改造后，整體處理工藝運(yùn)行平穩(wěn)正常，基本達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求。以液氧為氣源的管式臭氧發(fā)生器及臭氧水射器投加系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)單、可靠適用。

目前，污水廠運(yùn)行水量約8 000 t/d，污水站進(jìn)水含油10 mg/L、懸浮物20～30 mg/L、COD 110～120 mg/L。生化處理后COD 80～85 mg/L，石油類小于3 mg/L。臭氧投加濃度53 mg/L，臭氧氧化出水COD 45～48 mg/L，達(dá)到遼寧省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)50 mg/L要求。噸水主要操作成本2.03元/t，其中電費(fèi)1.0元/t，液氧費(fèi)0.63元/t，生物營(yíng)養(yǎng)劑費(fèi)0.4元/t。

臭氧催化氧化系統(tǒng)無法正常運(yùn)行的主要原因是臭氧催化氧化池底部臭氧布?xì)庋b置上小孔堵塞，導(dǎo)致臭氧發(fā)生器背壓升高，設(shè)備無法正常工作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣分析，小孔處堵塞物主要是硅垢，極難去除。結(jié)垢主要原因是原水屬于碳酸氫鈉型，易結(jié)垢，且水中含硅量較高，以二氧化硅計(jì)達(dá)100～120 mg/L，臭氧在布?xì)膺^程中，在直徑1.0 mm 布?xì)饪滋幜魉俸蛪毫Πl(fā)生變化，導(dǎo)致水中硅含量過飽和析出。投產(chǎn)初期運(yùn)行6個(gè)月左右，生化池內(nèi)散流曝氣器與空氣管道連頭處也發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，導(dǎo)致曝氣量減少。垢樣形狀為直徑5 mm 左右球型顆粒，垢樣分析成分主要為碳酸鈣，經(jīng)對(duì)曝氣器連頭處進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)垢現(xiàn)象得到緩解，目前需要1～2 年清洗一次曝氣器連頭處。

4.2 曙光外排廠

曙光外排廠自2017 年二期投產(chǎn)運(yùn)行以來，整體處理工藝基本達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。污水廠運(yùn)行水量6 000～9 000 t/d，污水站進(jìn)水含油1 000～2 000 mg/L、懸浮物5 000～8 000 mg/L、COD 5 000～8 000 mg/L。預(yù)處理出水含油10～15 mg/L、懸浮物20～30 mg/L，COD 650～700 mg/L。一級(jí)AS+PACT 生化出水COD 100～120 mg/L，二級(jí)AS+PACT 生化出水COD 20～40 mg/L，石油類小于2 mg/L，氨氮和總磷等其他指標(biāo)均小于排放值。

主要運(yùn)行成本：預(yù)處理段處理單位水量藥劑和電費(fèi)合計(jì)約3.4 元/m3，其中藥劑費(fèi)3.0 元/m3，電費(fèi)0.36 元/m3。生化段活性炭、藥劑和電費(fèi)合計(jì)約7～8元/t，其中粉末活性炭投加量（出水CODcr控制在40～45 mg/L 條件下）500～600 mg/L，單位水量成本5.0～6.0 元/t（粉末活性炭?jī)r(jià)格按1 萬元/t計(jì)）；藥劑費(fèi)（聚丙烯酰胺、液堿、生物營(yíng)養(yǎng)劑等）1.5元/m3；電耗約0.7 kWh/t，電費(fèi)約0.42元/kWh。

一級(jí)空冷器在運(yùn)行過程中存在散熱管內(nèi)污堵現(xiàn)象，檢修頻繁。通過取樣分析，堵塞物主要為黏稠化學(xué)藥劑，主要成因?yàn)槲鬯腥芙饬烁黝惢瘜W(xué)藥劑，水溫降低后飽和析出。由于空冷器清堵操作較復(fù)雜，將冷卻工藝全部改為冷卻塔降溫。

5 展望

AS+PACT 工藝具有可靠適用、抗沖擊能力強(qiáng)等特點(diǎn)，特別適用于高濃度難降解污水的生物強(qiáng)化處理[4]，該工藝在污水生化系統(tǒng)提標(biāo)改造以及難生化污水外排處理方面具有廣闊應(yīng)用前景[5]。目前，顆?；钚蕴课教幚砀黝愇鬯疤吭偕に嚭驮O(shè)備國(guó)內(nèi)比較成熟，應(yīng)用較多。AS+PACT 工藝產(chǎn)生的活性污泥粉末活性炭再生技術(shù)仍由少數(shù)國(guó)外公司掌握[6]，國(guó)內(nèi)尚處于研究和試驗(yàn)階段。當(dāng)粉末活性炭投加量和成本較高時(shí)，配套實(shí)施粉末活性炭再生工藝十分必要，實(shí)施后約90%的粉末活性炭可再生回用[7-8]，可降低70%～80%活性炭成本。

6 結(jié)論

（1）當(dāng)普通稠油采出水預(yù)處理到含油小于10 mg/L時(shí)，COD含量100～200 mg/L，采用A-O生物接觸氧化處理工藝，出水COD含量為80～100 mg/L。如果外排COD指標(biāo)為50 mg/L以下時(shí)，需要進(jìn)一步深度處理，臭氧氧化和顆粒活性炭吸附工藝可以滿足COD 深度處理達(dá)標(biāo)需要。臭氧投加量、吸附參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的出水COD 含量應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定。活性炭吸附出水COD 含量比臭氧氧化出水更低，可以達(dá)到20～30 mg/L，該工藝對(duì)日后外排處理COD提標(biāo)更具優(yōu)勢(shì)。

（2）當(dāng)超稠油采出水預(yù)處理到含油小于10mg/L時(shí)，COD 含量600～700 mg/L，一般普通生化出水COD 含量150～250 mg/L。若要達(dá)標(biāo)排放，COD 需要進(jìn)一步深度處理。AS+PACT 工藝可以滿足超稠油采出水深度處理COD達(dá)標(biāo)需要。