污水處理新技術(shù)之油田礦井污水工藝一體化介紹

腰灘油田整體滾動開發(fā)后，油藏暴露出含水上升速度快，單井產(chǎn)能低，遞減率高等問題，聯(lián)合站污水來自周邊三個區(qū)塊，水性相差較大且來水時間不同，造成站內(nèi)污水水質(zhì)波動較大，污水處理效果較差，注水壓力進一步上升。由于水質(zhì)不達標(biāo)，井下管柱結(jié)垢嚴重，導(dǎo)致投撈測試成功率低，未能實現(xiàn)兩套層系的細分注水開發(fā)，地層能量衰減較快。為了優(yōu)化平面注采系統(tǒng)，設(shè)計新的污水處理用微生物+膜污水處理工藝技術(shù)，來改善注水水質(zhì)使其滿足低滲油藏注入水標(biāo)準(zhǔn)，以擴大水驅(qū)儲量動用規(guī)模，提高油田采收率〔1〕。

　　1 采油污水水質(zhì)現(xiàn)狀

　　腰灘油田采油(氣)污水水質(zhì)情況見表 1。

　　油田廢水中COD主要由油類和各種采油助劑構(gòu)成，根據(jù)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)中CODzui高達2 000 mg/L，油質(zhì)量濃度zui高達200 mg/L，即廢水中油類對COD的貢獻率約為40%，其中60%為各類采油助劑的貢獻。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(jié)構(gòu)組成復(fù)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，說明項目廢水可生化性確實很差，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)*指標(biāo)及分析方法》(SY/T 5329—1994)中A1級標(biāo)準(zhǔn)，以滿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(shè)計

　　由于油田分布零散，產(chǎn)量規(guī)模小，考慮低投入和適用性，采用車載移動式，選用集裝箱裝載一體化，進行采油污水一體化處理工藝設(shè)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部分為車載部分。工藝流程重點對工藝流程生化段1、生化段2、管式膜處理器詳細說明〔2, 3, 4〕，具體工藝流程見圖 2。

圖 2 車載部分工藝流程

　　油田回注水處理技術(shù)的關(guān)鍵是去除采油助劑，隨著三次聚合驅(qū)采油技術(shù)的推廣以及低滲透油層回注標(biāo)準(zhǔn)的提高，現(xiàn)有處理技術(shù)、設(shè)備很難達到要求，因此必須開發(fā)研究新的處理技術(shù)和更加有效的處理設(shè)備。

　　(1)生化段1。生化段1可以通過改變曝氣量調(diào)節(jié)生化反應(yīng)，當(dāng)關(guān)閉曝氣系統(tǒng)時，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)回流進行缺氧脫氮反應(yīng)。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(zhuǎn)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開啟曝氣系統(tǒng)時，為生化段2的預(yù)處理段。

　　(2)生化段2。生化段2采用活性污泥系統(tǒng)，為去除有機物的主體工藝，與MBR聯(lián)用的活性污泥系統(tǒng)具有以下特點：有機負荷高，單位體積去除有機物的能量是生化法中zui高的;不產(chǎn)生污泥膨脹，耐沖擊性能好，來自MBR系統(tǒng)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(fù);管理方便，能實行簡單的無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(tǒng)應(yīng)用于污水處理中具有以下特征：能地進行固液分離，其分離效果比傳統(tǒng)的沉淀池要好，且占地少，通過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(yīng)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(tǒng)外流失，使參與反應(yīng)的微生物*保持在生物反應(yīng)器內(nèi)，這對于截留世代期較長的微生物尤其有利，如硝化細菌在反應(yīng)器中的停留有利于系統(tǒng)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)，通過延長其停留時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;易于實現(xiàn)自動化，操作管理方便。

　　本工程采用德國BERGHOF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、固體懸浮物質(zhì)和細菌，保證出水達到SY/T 5329—1994中A1級標(biāo)準(zhǔn)，滿足處理水回注要求。

　　2.2 處理效果

　　在充分調(diào)研基礎(chǔ)上形成的水處理工藝設(shè)計方案，有效地解決了設(shè)備體積小、含油廢水處理難度高的技術(shù)難點，在保證出水指標(biāo)的基礎(chǔ)上，合理利用有效空間，形成了生化處理+膜處理的*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(shè)備設(shè)計 

3.1 水處理設(shè)備設(shè)計思路

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

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

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

　　(4)超濾膜采用德國BERGHOF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(wěn)定運行，具有處理效果好、處理效率高、占地面積小等優(yōu)點。

　　(5)電控系統(tǒng)關(guān)鍵部件采用進口設(shè)備，保證了設(shè)備運行的整體性能。

　　3.2 生化系統(tǒng)

　　生化池設(shè)計：生化池材質(zhì)選用PP板。PP板具有密度小、易焊接和加工，*的耐化性、耐熱性及耐沖擊性，無毒、無味，是目前zui符合環(huán)保要求的工程塑料之一。其廣泛應(yīng)用于耐酸堿設(shè)備、環(huán)保設(shè)備、廢水、廢氣排放設(shè)備的制作〔5, 6〕。生化系統(tǒng)工藝控制指標(biāo)見表 2。

　　3.3 超濾膜系統(tǒng)

　　超濾膜采用德國BERGHOF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水泵打入超濾膜系統(tǒng)，膜系統(tǒng)產(chǎn)水經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計計量后排入凈水罐，部分濃水回流至生化系統(tǒng)，部分濃水由循環(huán)泵與進水混合重新進入超濾膜〔7〕。超濾膜處理系統(tǒng)流程見圖 3。工藝控制指標(biāo)見表 3。

 圖 3 MBR工藝流程

 

　　4 現(xiàn)場調(diào)試與應(yīng)用

　　2012年9月底開始調(diào)試準(zhǔn)備工作，2012年11月5日進入現(xiàn)場調(diào)試階段，通過接種油田聯(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個多月污泥沉降比(SV30)維持在30%~40%，污泥性狀穩(wěn)定。膜系統(tǒng)出水穩(wěn)定并達到3 t/h的產(chǎn)水流量，超出設(shè)計流量20%，出水水質(zhì)達到SY/T 5329—1994中A1級標(biāo)準(zhǔn)，說明生化系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，達到運行要求。

　　現(xiàn)場調(diào)試時投加碳、氮、磷等營養(yǎng)劑。監(jiān)測指標(biāo)有沉降比、溶解氧、pH、COD、溫度。生化系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試分為三個階段：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(diào)試過程中，也通過了MBR系統(tǒng)調(diào)試，具體包括附屬設(shè)備調(diào)試、管路調(diào)試、電控系統(tǒng)調(diào)試、軟件系統(tǒng)調(diào)試，經(jīng)過試運行，出水穩(wěn)定并達到3 t/h的產(chǎn)水流量，超出設(shè)計流量20%，達到設(shè)計要求。

　　現(xiàn)場應(yīng)用效果：采油污水一體化處理設(shè)備應(yīng)用于腰灘油田聯(lián)合站采油污水的處理，設(shè)備安全運行超過150 d，出水水質(zhì)達標(biāo)穩(wěn)定，累計處理污水8 650 m3。

　　5 結(jié)論

　　(1)車載移動式油田污水一體化處理設(shè)備有效地解決了設(shè)備體積小、含油廢水處理難度高的技術(shù)難點，在保證出水指標(biāo)的基礎(chǔ)上，采用兩段式生化池設(shè)計，合理利用有效空間，形成了*的處理工藝，該設(shè)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(biāo)準(zhǔn)。

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

　　(3)該設(shè)備具有移動方便、性價比高、節(jié)省基建投資等優(yōu)點，成功運行之后將產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。