高效油水分離器和過濾器處理油田污水的現(xiàn)場實驗研究

我國主力油田當(dāng)前采出液含水率均很高,有的油田采出液含水率高達(dá)80%以上,而含油污水又需深度處理脫除油及懸浮物以用于回注,所以,研究開發(fā)高效含油污水處理工藝和設(shè)備,是我國油田地面工程所面臨的重要技術(shù)課題之一。

　　為了適應(yīng)石油生產(chǎn)對含油污水處理工藝和設(shè)備技術(shù)水平不斷提高的要求,在油田現(xiàn)場進(jìn)行了高效油水分離器和高效過濾器處理含油污水工藝技術(shù)性能的實驗研究,目的是提供能適應(yīng)當(dāng)前油田生產(chǎn)需要的高效、低耗含油污水處理工藝流程技術(shù)的設(shè)備。

　　實驗設(shè)備　　實驗考察的設(shè)備是由石油大學(xué)(北京)研制開發(fā)的高效油水分離器和高效過濾器。
　　高效油水分離器系將強(qiáng)化重力法油水分離過程的兩個主要途徑,即“淺池原理”和“聚結(jié)技術(shù)”結(jié)合起來而研制開發(fā)的。由于采用了斜通道波紋板為基本分離構(gòu)件,并作特殊配置,保證了在一定設(shè)備容積內(nèi),可提供最大的油滴浮升面積,及盡可能多的油滴聚結(jié)機(jī)會,使得水中油滴在浮升過程中聚結(jié),在聚結(jié)過程中浮升,且內(nèi)部液流流動分布均勻,防止了液流的短路和溝流。所以,該設(shè)備能在較短的停留時間內(nèi)獲得較高的脫油效率。對煉油、石化工業(yè)含油污水的處理應(yīng)用表明,該設(shè)備的除油效率在90%以上。
　　高效過濾器采用一定粒度的爐渣作為過濾介質(zhì),不但為爐渣的綜合利用開辟了一個新途徑,且因爐渣濾料形狀為不規(guī)則多角棱形,粗糙的表面上分布有形狀、大小及數(shù)量均多種多樣的凹坑,孔隙度及表面積大,極有利于欄截、沉積和吸附水中的懸浮物,因而可在較高濾速下取得較高的過濾效率(在90%以上)及較長的過濾周期。
　　現(xiàn)場實驗所用的高效油水分離器設(shè)備尺寸為Φ500×4 850 mm,高效過濾器的尺寸為Φ280×2 050 mm。

　　實驗流程　　實驗在吉林油田新立采油廠聯(lián)合站進(jìn)行,流程見圖1。含油污水經(jīng)流量計進(jìn)入油水分離器,脫出的油經(jīng)上部排走,油水分離器處理后的污水再由過濾器上部進(jìn)入過濾器,處理后排走。過濾所用的反洗水為自來水,由過濾器底部進(jìn)入,由上部排走。油水分離器污水出口還有一外排旁路,以便于考察油水分離器和過濾器在相同流量或不同流量下的處理效果。除過濾器入口和反洗水入口裝有流量計外,在各設(shè)備進(jìn)、出口均裝壓力表及流量計,整個系統(tǒng)在壓力下操作。

　　新立采油廠聯(lián)合站所處理的采出液含水在40%~50%左右,為考察油水分離器和過濾器對不同含油污水,特別是對高含油濃度污水的適應(yīng)性,分別進(jìn)行了高含油濃度和低含油濃度污水的處理實驗。高含油濃度污水來自聯(lián)合站1#沉降罐,污水中含油濃度為10%~30%;低含油濃度污水來自聯(lián)合站一次沉降罐,污水中含油濃度為60~100 mg/L。
　　實驗中的水質(zhì)分析按部標(biāo)SY 5329《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》進(jìn)行。表1為低含油濃度污水處理實驗階段一個典型的水質(zhì)分析。實驗從1996年12月延續(xù)到1997年6月,最長連續(xù)運轉(zhuǎn)時間長達(dá)1個月。

　　實驗結(jié)果

　　1、高效油水分離器性能考察
　　圖2為高效油水分離器對高含油濃度污水處理效果隨污水在油水分離器內(nèi)停留時間的變化關(guān)系。可以看出,盡管進(jìn)口水中含油量高達(dá)10%~30%,但出口水中油含量卻在102mg/L數(shù)量級以下。隨著停留時間的增加,出口水中油含量急驟下降,在停留時間大于20 min的條件下,出口水中油含量都在100 mg/L以下,表現(xiàn)出該高效油水分離器對高含油濃度污水處理的優(yōu)異特性。

　　圖3為高效油水分離器對低含油濃度污水處理效果與污水在油水分離器內(nèi)停留時間的關(guān)系,表現(xiàn)出與圖2相同的趨勢,即隨著停留時間的增加,出口水中油含量也降低:當(dāng)停留時間超過30 min,出口水中油濃度基本上低于20 mg/L。就脫油效率而言,處理高含油濃度污水的脫油效率要比處理低含油濃度污水高。這是由于該高效油水分離器系將淺池原理和聚結(jié)效應(yīng)結(jié)合起來而研制開發(fā)的,含油濃度高,聚結(jié)效應(yīng)得以充發(fā)發(fā)揮,因而有著較高的脫油效率。
　　通過不同條件的長期運轉(zhuǎn)考察,可得到如下初步結(jié)論:
　?、僭摳咝в退蛛x器可在較短的停留時間(一般30 min以內(nèi),而現(xiàn)有沉降罐大多在數(shù)小時以上)條件下,保持較低的出口油含量。
　?、谠撚退咝Х蛛x器適應(yīng)性強(qiáng),對于不同含油濃度的污水均能處理,特別是對高含油濃度污水處理的出色性能,在現(xiàn)場實驗中得到驗證。
　?、墼摳咝в退蛛x器操作彈性較好,在停留時間變化一倍(即處理量變化一倍)的范圍內(nèi),除油效果無明顯差異。

　　2、高效過濾器性能考察
　　高效過濾器在現(xiàn)場實驗中的進(jìn)水來自高效油水分離器出口,連續(xù)過濾8~12 h后用自來水反沖洗,反洗后繼續(xù)進(jìn)行運轉(zhuǎn)。圖4為高效過濾器在不同濾速條件下,對懸浮物及油的脫除效果。從圖4可以看出,當(dāng)過濾器進(jìn)口水中懸浮物含量為20~30 mg/L,油含量為20~50 mg/L情況下,過濾器濾速高達(dá)40 m/h時,過濾器出口水中懸浮物及油的含量均不高于5 mg/L;而當(dāng)濾速在30 m/h以下時,過濾器出口水中懸浮物及油均在2~3 mg/L左右。這個結(jié)果表現(xiàn)出了該高效過濾器優(yōu)異的過濾性能。在整個運轉(zhuǎn)考察過程中,未發(fā)現(xiàn)濾料反沖洗對過濾效果的明顯影響。

　　該高效過濾器的濾料系將工業(yè)爐渣經(jīng)破碎篩分處理后而制成的,此次現(xiàn)場實驗中的濾料,其原料來自新立采油廠鍋爐房爐渣,說明該高效過濾器可以就地利用工業(yè)廢渣,為工業(yè)廢渣資源化利用開創(chuàng)了一個新途徑。

　　3、油水分離器和過濾器綜合性能
　　在整個現(xiàn)場考察過程中,除了過濾器反洗時間外,不論處理的污水含油濃度高低(包括高濃度污水含油10% ~ 30%及低濃度污水含油60 ~100 mg/L),污水處理量的大小(處理量的變動范圍1~3 m³/h),以及油水分離器和過濾器的處理量是否相同(過濾器的處理量等于或小于油水分離器的處理量),油水分離器和過濾器均串聯(lián)連續(xù)運行。因之,從過濾器出口水中懸浮物及油含量的大小,可以看出高效過濾器和高效油水分離器的總體綜合處理效果。
　　圖5為上述不同操作條件下,64組測試數(shù)據(jù)(每班測試一次)中,過濾器出口水中油及懸浮物含量的統(tǒng)計直方分布圖。由圖5可以看出,經(jīng)高效油水分離器和高效過濾器兩級處理,不論高含油濃度污水或低含油濃度污水,過濾器出口水中含油不高于5 mg/L的比例占78%、含油為6~10 mg/L者占12%,二者合計,出口水中含油不高于10 mg/L者達(dá)94%,同樣對水中懸浮物而言(油水分離器進(jìn)口水中懸浮物在100~200 mg/L范圍),過濾器出口水中懸浮物不高于5 mg/L者占72%,6~10 mg/L者占14%,二者合計,出口水中含懸浮物不高于10 mg/L者占86%。這說明,高效油水分離器和高效過濾器串聯(lián)處理油田采出水,具有很好的處理效果、適應(yīng)能力和操作彈性。

　　應(yīng)用與討論

　?、購默F(xiàn)場實驗的結(jié)果看,對于處理油田采出污水并用于回注,采用高效油水分離器和高效過濾器處理工藝,與現(xiàn)有處理工藝相比較,具有處理效果好,處理水質(zhì)能滿足注水水質(zhì)要求,處理工藝簡單,投資省,能耗低等優(yōu)點,值得在油田推廣應(yīng)用。
　　由于高效油水分離器和高效過濾器技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)異的核心是油水分離器的內(nèi)構(gòu)件和過濾器的濾料,所以利用該高效內(nèi)構(gòu)件和濾料,對現(xiàn)有油田污水處理工藝設(shè)備進(jìn)行改造,也是在較少投資條件下,對現(xiàn)有工藝設(shè)備技術(shù)改進(jìn)的一個途徑。例如對游離水脫除器、斜板沉降罐用高效油水分離器內(nèi)構(gòu)件予以改造,對石英砂過濾器和核殼過濾器改用爐渣濾料,相信會取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
　　②在現(xiàn)場實驗的基礎(chǔ)上,考慮到新立油田的實際需要,設(shè)計制造了一臺可移動油水分離器,用以處理洗井水,并已投入試用。該油水分離器設(shè)計能力為50 m³/h,在試用期實際處理量為30 m³/h,所處理的洗井水含油量波動很大,低時不足100 mg/L,高時達(dá)5%~10%,經(jīng)處理后排水中油含量均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),試用期內(nèi)每天可收油2 t。