稠油通過(guò)熱采高壓注汽開(kāi)采方式，需要大量的合格水供給注汽鍋爐，以產(chǎn)生注汽所需的蒸汽，將稠油開(kāi)發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的污水經(jīng)處理后回用注汽鍋爐，可替代大量的清水資源；同時(shí)，可充分利用稠油污水溫度高的特點(diǎn)，節能減排，對于降低稠油開(kāi)采成本具有重要意義。稠油熱采污水回用鍋爐前需經(jīng)過(guò)強酸樹(shù)脂軟化除硬，樹(shù)脂再生時(shí)將會(huì )排放一定量的含鹽廢水，這部分廢水具有高礦化度、高硬度的特點(diǎn)，回注選不到合適的地層，直接排放不能滿(mǎn)足環(huán)保標準限值要求。
基于以上情況，需將軟化器再生排放的含鹽廢水除硬后回用軟化器，但目前國內沒(méi)有可借鑒的工程實(shí)例。為此，開(kāi)展了高硬度含鹽廢水循環(huán)利用試驗研究，含鹽廢水經(jīng)除硬后達到再生鹽水標準，實(shí)現再生鹽液循環(huán)利用，降低清水資源和工業(yè)鹽的消耗以及稠油開(kāi)發(fā)成本。
1、現狀
目前油田原油處理過(guò)程中脫出的采出水進(jìn)稠油聯(lián)合站處理系統，經(jīng)除油、除懸浮物、軟化、除氧處理后，作為熱采鍋爐的軟化水水源。軟化裝置運行一段時(shí)間后需要進(jìn)行再生處理，再生劑為NaCl溶液，凈化水軟化裝置是用凈化水清洗兩級鈉離子交換器。再生過(guò)程分為反洗、再生、置換、正洗（一洗、二洗），反洗、正洗排水稱(chēng)為低含鹽廢水，再生、置換排水稱(chēng)為高含鹽廢水，目前高低含鹽廢水工藝設計無(wú)法回用，又無(wú)存放點(diǎn)只能外排，外排廢水總量約5000m3/d。凈化水軟化器再生工藝流程見(jiàn)圖1。
2、水質(zhì)
2.1 軟化器再生排含鹽廢水水質(zhì)分析
對軟化器再生各步排水進(jìn)行檢測，反洗排出污水石油類(lèi)質(zhì)量濃度最高達120mg/L，其他階段排出污水石油類(lèi)質(zhì)量濃度在2mg/L左右。再生排含鹽廢水水質(zhì)結果見(jiàn)表1。
2.2 外排水水質(zhì)標準
陸上石油天然氣開(kāi)采工業(yè)生產(chǎn)設施廢水排放需滿(mǎn)足國家標準GB8978—1996《污水綜合排放標準》中二級標準的要求。外排水質(zhì)標準中污染物最高允許排放質(zhì)量濃度如表2所示。
外排含鹽廢水抽樣檢測石油類(lèi)（20mg/L左右）、COD（350～500mg/L）、揮發(fā)酚（0.6～4mg/L）等污染物質(zhì)量濃度均超標，沒(méi)有達到國家工業(yè)廢水二類(lèi)排放標準。污水長(cháng)期排放將會(huì )引起環(huán)境污染，破壞原自然生態(tài)環(huán)境，影響油田開(kāi)發(fā)區塊的水體、大氣、土壤等。
3、含鹽廢水循環(huán)利用試驗
為了驗證“軟化器再生廢水循環(huán)利用技術(shù)”的可行性，2016年3月，某公司在18號供熱站進(jìn)行小試試驗。試驗前將10#軟化水裝置（23m3/h）1組進(jìn)行改造，軟化器經(jīng)工藝改造后，于3月24日開(kāi)始試驗，4月15日試驗結束。期間軟化器共再生4次，其中循環(huán)回用鹽水3次�，F場(chǎng)使用設備如下：23m3/h軟化水裝置1臺，配電箱1套，泵4組，化學(xué)藥劑1組，1m3儲罐8個(gè)，分離器1臺，軟管若干（圖2）。
3.1 試驗過(guò)程
小試中，將軟化水裝置再生過(guò)程縮減為反洗、置換、正洗三個(gè)過(guò)程。同時(shí)，根據再生流程分階段回收不達標（反洗階段）的低含鹽水以及水質(zhì)較好（正洗階段）的低含鹽水；將置換排放高硬度含鹽廢水進(jìn)行除硬后，高含鹽水回收至鹽液箱，作為鹽液投入到下一次軟化器的再生過(guò)程，從而實(shí)現軟化水裝置再生零排放，以解決軟化水裝置外排水帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題。
1）反洗。
反洗水（凈化軟化水）由交換床底部進(jìn)入一級罐，自下而上的進(jìn)入樹(shù)脂層。反洗的目的一是松動(dòng)被壓實(shí)的床層，二是洗去淤積在床層中的石油類(lèi)、懸浮雜質(zhì)和破碎的樹(shù)脂，還可以排除床層中的空氣。排放廢水為低含鹽水，此部分廢水中主要含有石油類(lèi)、懸浮物、樹(shù)脂浸出物、揮發(fā)酚等污染物，不能達到外排標準的要求。廢水外排至低含鹽水池，由泵提升至采出水系統前段重新處理。
2）置換。
置換過(guò)程代替原裝置再生進(jìn)鹽和置換兩級過(guò)程，使失效的樹(shù)脂恢復軟化能力。置換包括進(jìn)鹽和小洗兩個(gè)過(guò)程。進(jìn)鹽為鹽液進(jìn)入軟化水裝置對樹(shù)脂進(jìn)行還原；小洗為軟化水罐內鹽液排空后，對軟化水罐清洗，以降低正洗水硬度和礦化度。由于樹(shù)脂中殘留的有機物、石油類(lèi)、揮發(fā)酚已經(jīng)在反洗階段從系統清除，該階段主要是將樹(shù)脂中殘留的鹽液清洗出來(lái)，使軟化劑再生，含鹽量、硬度大幅度升高，排放廢水為高硬度含鹽水。
對置換階段排放出的含鹽水進(jìn)行收集，經(jīng)過(guò)加藥反應，加藥反應式如下：
將置換排放水中的CaCO3和Mg（OH）2沉淀分離，溶液中僅有NaCl，供軟化水裝置再生循環(huán)使用。
3）正洗。
正洗過(guò)程主要為沖洗一、二級軟化罐，清除殘留的鹽液，此部分排水含鹽量較低，稱(chēng)為低含鹽水，水質(zhì)良好，直接回收至軟化水處理系統前段，處理后回用鍋爐（圖3）。
4）化驗檢測。
現場(chǎng)化驗室測定：包括軟化器反洗排放含鹽水水質(zhì)的懸浮物和含油量，回收裝置出口鹽液的Na+質(zhì)量濃度、Cl質(zhì)量濃度、CO32-質(zhì)量濃度、堿度、硬度、pH值，正洗排放含鹽水水質(zhì)的硬度、礦化度；實(shí)驗檢測院（外委）檢測：包括回用鹽水廢水、沉淀固體成分。
3.2 試驗效果分析
1）反洗廢水循環(huán)利用。
反洗主要是松動(dòng)一級罐樹(shù)脂和用凈化水沖洗掉附著(zhù)上層樹(shù)脂的懸浮物和少量含油，為樹(shù)脂再生做準備。因反洗廢水不含鹽，檢測指標確定為懸浮物及含油量。含反洗廢水水質(zhì)檢測數據見(jiàn)圖4。
由圖4可知，軟化器反洗階段歷時(shí)為40min，軟化器反洗含鹽廢水中部分時(shí)段懸浮物、石油類(lèi)含量超過(guò)排放標準，不能直接外排；同時(shí)，從現場(chǎng)和檢測數據可以得出，反洗廢水中30min前為大分子有機物，30min后為難脫的小分子有機物。
通過(guò)收集反洗廢水（懸浮物和含油超標）進(jìn)入采出水處理系統重新進(jìn)行處理，通過(guò)混凝、沉降及過(guò)濾去除超標的組分，實(shí)現反洗廢水循環(huán)利用。
2）置換廢水循環(huán)利用。
軟化器再生廢水循環(huán)利用技術(shù)是將原再生工藝（進(jìn)鹽、置換）兩過(guò)程進(jìn)行工藝改造，收集改造后排放出高硬度、高含鹽的廢水（一般稱(chēng)為再生廢鹽水），經(jīng)過(guò)加藥處理，達到再生鹽水標準，投用到下一次軟化器的再生過(guò)程。
此次試驗，軟化器共再生4次。使用原鹽水1次，使用回用鹽水再生3次，軟化器出口水質(zhì)均達到鍋爐運行要求，制水量分別為509m3、604m3和499m3，平均537m3（試驗前制水量為380～520m3，平均430m3），軟化器運行良好。由于回收鹽水作為鹽液循環(huán)使用，鹽水成分及含量對于循環(huán)使用的鹽水非常重要，對其取樣并進(jìn)行成分檢測，結果見(jiàn)表3。
Na+/Cl質(zhì)量分數維持在80%～90%，硬度小于或等于500mg/L，說(shuō)明加藥處理后Na+的質(zhì)量濃度比例穩定，能保證離子交換樹(shù)脂正常再生，隨著(zhù)含鹽廢水的循環(huán)利用輪次，Na+/Cl的質(zhì)量分數呈上升趨勢�；赜名}水中殘留CO32-質(zhì)量濃度偏高，說(shuō)明加藥量過(guò)剩，未能做到精確控制。
采用加藥去除硬度的方式，會(huì )產(chǎn)生一定量的沉淀物，需要對沉淀物進(jìn)行組分分析，確定是否屬于危險廢物，利于沉淀物后期的儲存、處置。分析檢測固體主要成分是NaCl、CaCO3、Na2CO3，少量有機質(zhì)0.8%，以上物質(zhì)均未列入《危險化學(xué)品目錄》（2015版），是重要的無(wú)機化工產(chǎn)品。按照固鹽比10%計算，產(chǎn)生沉淀固體產(chǎn)物約3t/d。
3）正洗廢水循環(huán)利用。
正洗過(guò)程與原軟化水裝置正洗過(guò)程相同，沖洗一、二級軟化罐，清除殘留的鹽液。小試中，取改造23m3/h軟化器A組作為試驗組，B組作為對照組，對軟化水裝置正洗水中礦化度和硬度進(jìn)行取樣分析，結果見(jiàn)表4。
由表4可知，試驗組正洗水初始硬度較低，對照組軟化器正洗水初始硬度較高，隨著(zhù)正洗進(jìn)行，逐漸降低；試驗組正洗水初始礦化度小于6000mg/L，對照組軟化器正洗水初始礦化度較高，隨著(zhù)正洗進(jìn)行，逐漸降低。
根據試驗數據分析，改造后軟化水裝置一次正洗、二次正洗水水質(zhì)硬度小于或等于10mg/L、礦化度小于6000mg/L，水質(zhì)較好，可直接進(jìn)入軟化器前端再次軟化處理，實(shí)現了正洗含鹽廢水循環(huán)利用。
4、結論
1）實(shí)施軟化器再生廢水分類(lèi)分治，實(shí)現了再生廢水的循環(huán)利用，將處理大量廢水的問(wèn)題轉為處理少量固體的問(wèn)題，解決了廢水外排帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。
2）再生循環(huán)利用技術(shù)將幾乎全部的軟化器再生含鹽廢水回收，經(jīng)過(guò)加藥沉淀處理后作為再生劑回用，實(shí)現再生鹽液循環(huán)利用。
3）高硬度含鹽廢水作為鹽液回收，可減少軟化器再生清水和工業(yè)鹽的消耗，噸水再生可減少費用0.35元/m3，具有一定的經(jīng)濟效益。（來(lái)源：大慶油田工程有限公司）
