采油污水一體化處理工藝和設備設計及其應用

　　腰灘油田整體滾動(dòng)開(kāi)發(fā)后，油藏暴露出含水上升速度快，單井產(chǎn)能低，遞減率高等問(wèn)題，聯(lián)合站污水來(lái)自周邊三個(gè)區塊，水性相差較大且來(lái)水時(shí)間不同，造成站內污水水質(zhì)波動(dòng)較大，污水處理效果較差，注水壓力進(jìn)一步上升。由于水質(zhì)不達標，井下管柱結垢嚴重，導致投撈測試成功率低，未能實(shí)現兩套層系的細分注水開(kāi)發(fā)，地層能量衰減較快。為了優(yōu)化平面注采系統，設計新的污水處理用微生物+膜污水處理工藝技術(shù)，來(lái)改善注水水質(zhì)使其滿(mǎn)足低滲油藏注入水標準，以擴大水驅儲量動(dòng)用規模，提高油田采收率〔1〕。

　　1 采油污水水質(zhì)現狀

　　腰灘油田采油(氣)污水水質(zhì)情況見(jiàn)表 1。

　　油田廢水中COD主要由油類(lèi)和各種采油助劑構成，根據經(jīng)驗，1 mg/L的石油對COD的貢獻為4～5 mg/L。由表 1可知，腰灘油田采油(氣)污水中COD最高達2 000 mg/L，油質(zhì)量濃度最高達200 mg/L，即廢水中油類(lèi)對COD的貢獻率約為40%，其中60%為各類(lèi)采油助劑的貢獻。采油助劑主要包括降黏劑、破乳劑、絮凝劑等大分子有機物質(zhì)，結構組成復雜，生物降解性能很差，由可生化性試驗知，項目廢水BOD/COD為0.20～0.24，說(shuō)明項目廢水可生化性確實(shí)很差，因此需要提高其可生化性。

　　要求回注水水質(zhì)達到《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標及分析方法》(SY/T 5329—1994)中A1級標準，以滿(mǎn)足低滲透油田注入水水質(zhì)要求，即SS≤1.0 mg/L，懸浮物粒徑中值≤1.0 μm，油≤5.0 mg/L，SBR為0，平均腐蝕率≤0.007 6 mm/a。

　　2 采油污水一體化處理工藝設計

　　由于油田分布零散，產(chǎn)量規模小，考慮低投入和適用性，采用車(chē)載移動(dòng)式，選用集裝箱裝載一體化，進(jìn)行采油污水一體化處理工藝設計。

　　2.1 工藝流程

　　借鑒其他油田對采油污水的處理方法，決定采用生化法，生化法處理采油污水處理效果良好，可滿(mǎn)足回注要求。工藝處理流程如圖 1所示。

 圖 1 工藝處理流程

　　圖 1中回注水處理工藝流程中虛線(xiàn)部分為車(chē)載部分。工藝流程重點(diǎn)對工藝流程生化段1、生化段2、管式膜處理器詳細說(shuō)明〔2, 3, 4〕，具體工藝流程見(jiàn)圖 2。

圖 2 車(chē)載部分工藝流程

　　油田回注水處理技術(shù)的關(guān)鍵是去除采油助劑，隨著(zhù)三次聚合驅采油技術(shù)的推廣以及低滲透油層回注標準的提高，現有處理技術(shù)、設備很難達到要求，因此必須開(kāi)發(fā)研究新的處理技術(shù)和更加有效的處理設備。

　　(1)生化段1。生化段1可以通過(guò)改變曝氣量調節生化反應，當關(guān)閉曝氣系統時(shí)，生化段1為水解酸化池，主要作用是將污水中難降解的采油助劑等大分子有機物分解為溶解性和小分子有機物，可利用底部污泥床截留并吸附顆粒物質(zhì)、膠體物質(zhì)及有機物。

　　水解酸化池另一作用為出水循環(huán)回流進(jìn)行缺氧脫氮反應。污水在兼氧微生物的作用下，利用原水部分降解的揮發(fā)性有機酸(VFA)作為有機碳源，使亞硝酸氮、硝酸氮轉化為氮氣，并利用部分有機物和氨氮合成新的細胞物質(zhì)。生化段1開(kāi)啟曝氣系統時(shí)，為生化段2的預處理段。

　　(2)生化段2。生化段2采用活性污泥系統，為去除有機物的主體工藝，與MBR聯(lián)用的活性污泥系統具有以下特點(diǎn)：有機負荷高，單位體積去除有機物的能量是生化法中最高的;不產(chǎn)生污泥膨脹，耐沖擊性能好，來(lái)自MBR系統大流量的污泥回流使其受到高負荷沖擊后，生物細菌能很快得到恢復;管理方便，能實(shí)行簡(jiǎn)單的無(wú)人控制而不影響水質(zhì)，可以減少操作人員，降低運行成本。

　　(3)管式膜處理器。將管式膜處理系統應用于污水處理中具有以下特征：能高效地進(jìn)行固液分離，其分離效果比傳統的沉淀池要好，且占地少，通過(guò)膜分離裝置所獲得的水質(zhì)很好，可以直接再利用;使生物反應器能保持高濃度的微生物，膜分離裝置能阻止高分子質(zhì)量的有機物和懸浮物向系統外流失，使參與反應的微生物完全保持在生物反應器內，這對于截留世代期較長(cháng)的微生物尤其有利，如硝化細菌在反應器中的停留有利于系統的硝化;膜可以阻留許多分解速度較慢的大分子難降解物質(zhì)，通過(guò)延長(cháng)其停留時(shí)間而提高對它的降解率;剩余污泥產(chǎn)量小，污泥處理費用少;易于實(shí)現自動(dòng)化，操作管理方便。

　　本工程采用德國B(niǎo)ERGHOF產(chǎn)的管式超濾膜，親水性的PVDF膜材料可高質(zhì)量地截留廢水中的油類(lèi)、固體懸浮物質(zhì)和細菌，保證出水達到SY/T 5329—1994中A1級標準，滿(mǎn)足處理水回注要求。

　　2.2 處理效果

　　在充分調研基礎上形成的水處理工藝設計方案，有效地解決了設備體積小、含油廢水處理難度高的技術(shù)難點(diǎn)，在保證出水指標的基礎上，合理利用有效空間，形成了生化處理+膜處理的獨特處理工藝。經(jīng)處理后，管式膜出水油≤5 mg/L，懸浮物粒徑中值0.5 μm，SS 0.7 mg/L，SBR為0。

　　3 采油污水一體化處理設備設計

　　3.1 水處理設備設計思路

　　(1)鑒于含油廢水腐蝕性高的特點(diǎn)，生化池材質(zhì)采用最符合環(huán)保要求之工程塑料聚丙烯(PP)板，滿(mǎn)足了腐蝕性能指標。且PP板具有密度小，優(yōu)越的耐化性，耐熱性及耐沖擊性能，是保證生化池長(cháng)久運行的良好材料。

　　(2)采用兩段式生化池設計，不僅良好地利用了集裝箱的有效空間，而且使生化系統形成合理有序的流體混合動(dòng)力模式，又解決了回流污泥短路流入超濾膜系統的問(wèn)題。

　　(3)鼓風(fēng)曝氣系統采用防腐微孔曝氣器及UPVC連接管道，滿(mǎn)足水質(zhì)處理要求。

　　(4)超濾膜采用德國B(niǎo)ERGHOF膜組件，能截留0.01~0.1 μm的大分子物質(zhì)和雜質(zhì)，能有效地去除水中的微粒、膠體、細菌、熱源和有機物。超濾可在高負荷下穩定運行，具有處理效果好、處理效率高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。

　　(5)電控系統關(guān)鍵部件采用進(jìn)口設備，保證了設備運行的整體性能。

　　3.2 生化系統

　　生化池設計：生化池材質(zhì)選用PP板。PP板具有密度小、易焊接和加工，優(yōu)越的耐化性、耐熱性及耐沖擊性，無(wú)毒、無(wú)味，是目前最符合環(huán)保要求的工程塑料之一。其廣泛應用于耐酸堿設備、環(huán)保設備、廢水、廢氣排放設備的制作〔5, 6〕。生化系統工藝控制指標見(jiàn)表 2。

　　3.3 超濾膜系統

　　超濾膜采用德國B(niǎo)ERGHOF膜組件，膜道8 mm，膜孔30 nm。經(jīng)生化處理后的含油廢水由進(jìn)水泵打入超濾膜系統，膜系統產(chǎn)水經(jīng)轉子流量計計量后排入凈水罐，部分濃水回流至生化系統，部分濃水由循環(huán)泵與進(jìn)水混合重新進(jìn)入超濾膜〔7〕。超濾膜處理系統流程見(jiàn)圖 3。工藝控制指標見(jiàn)表 3。

 圖 3 MBR工藝流程

 

　　4 現場(chǎng)調試與應用

　　2012年9月底開(kāi)始調試準備工作，2012年11月5日進(jìn)入現場(chǎng)調試階段，通過(guò)接種油田聯(lián)合站污泥，至11月20日，完成污泥的接種;至11月26日，完成污泥的馴化階段，進(jìn)入污泥負荷的提高階段;至12月20日，污泥負荷的提高階段完成。到2013年2月為止，已經(jīng)4個(gè)多月污泥沉降比(SV30)維持在30%~40%，污泥性狀穩定。膜系統出水穩定并達到3 t/h的產(chǎn)水流量，超出設計流量20%，出水水質(zhì)達到SY/T 5329—1994中A1級標準，說(shuō)明生化系統穩定可靠，達到運行要求。

　　現場(chǎng)調試時(shí)投加碳、氮、磷等營(yíng)養劑。監測指標有沉降比、溶解氧、pH、COD、溫度。生化系統現場(chǎng)調試分為三個(gè)階段：污泥的接種階段、污泥的馴化階段、污泥負荷的提高階段。在生化調試過(guò)程中，也通過(guò)了MBR系統調試，具體包括附屬設備調試、管路調試、電控系統調試、軟件系統調試，經(jīng)過(guò)試運行，出水穩定并達到3 t/h的產(chǎn)水流量，超出設計流量20%，達到設計要求。

　　現場(chǎng)應用效果：采油污水一體化處理設備應用于腰灘油田聯(lián)合站采油污水的處理，設備安全運行超過(guò)150 d，出水水質(zhì)達標穩定，累計處理污水8 650 m3。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　5 結論

　　(1)車(chē)載移動(dòng)式油田污水一體化處理設備有效地解決了設備體積小、含油廢水處理難度高的技術(shù)難點(diǎn)，在保證出水指標的基礎上，采用兩段式生化池設計，合理利用有效空間，形成了獨特的處理工藝，該設備污泥COD負荷達到2 kg/(m3·d)，出水水質(zhì)達到SY/T 5329—1994中A1級標準。

　　(2)將生化處理+膜處理工藝集成于集裝箱內的新思路填補了國內石化行業(yè)油田采出水處理的一項空白。

　　(3)該設備具有移動(dòng)方便、性?xún)r(jià)比高、節省基建投資等優(yōu)點(diǎn)，成功運行之后將產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益和良好的社會(huì )效益。