【油田废水处理设备】采油污水一体化处理工设备工艺设计及其应用

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腰滩油田整体滚动开发后，油藏暴露出含水上升速度快，单井产能低，递减率高等问题，联合站污水来自周边三个区块，水性相差较大且来水时间不同，造成站内污水水质波动较大，污水处理效果较差，注水压力进一步上升。由于水质不达标，井下管柱结垢严重，导致投捞测试成功率低，未能实现两套层系的细分注水开发，地层能量衰减较快。为了优化平面注采系统，设计新的污水处理用微生物+膜污水处理工艺技术，来改善注水水质使其满足低渗油藏注入水标准，以扩大水驱储量动用规模，提高油田采收率〔1〕。

　　1 采油污水水质现状

　　腰滩油田采油(气)污水水质情况见表 1。

　　油田废水中COD主要由油类和各种采油助剂构成，根据经验，1 mg/L的石油对COD的贡献为4～5 mg/L。由表 1可知，腰滩油田采油(气)污水中COD最高达2 000 mg/L，油质量浓度最高达200 mg/L，即废水中油类对COD的贡献率约为40%，其中60%为各类采油助剂的贡献。采油助剂主要包括降黏剂、破乳剂、絮凝剂等大分子有机物质，结构组成复杂，生物降解性能很差，由可生化性试验知，项目废水BOD/COD为0.20～0.24，说明项目废水可生化性确实很差，因此需要提高其可生化性。

　　要求回注水水质达到《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》(SY/T 5329—1994)中A1级标准，以满足低渗透油田注入水水质要求，即SS≤1.0 mg/L，悬浮物粒径中值≤1.0 μm，油≤5.0 mg/L，SBR为0，平均腐蚀率≤0.007 6 mm/a。

　　2 采油污水一体化处理工艺设计

　　由于油田分布零散，产量规模小，考虑低投入和适用性，采用车载移动式，选用集装箱装载一体化，进行采油污水一体化处理工艺设计。

　　2.1 工艺流程

　　借鉴其他油田对采油污水的处理方法，决定采用生化法，生化法处理采油污水处理效果良好，可满足回注要求。工艺处理流程如图 1所示。

图 1 工艺处理流程

　　图 1中回注水处理工艺流程中虚线部分为车载部分。工艺流程重点对工艺流程生化段1、生化段2、管式膜处理器详细说明〔2, 3, 4〕，具体工艺流程见图 2。

图 2 车载部分工艺流程

　　油田回注水处理技术的关键是去除采油助剂，随着三次聚合驱采油技术的推广以及低渗透油层回注标准的提高，现有处理技术、设备很难达到要求，因此必须开发研究新的处理技术和更加有效的处理设备。

　　(1)生化段1。生化段1可以通过改变曝气量调节生化反应，当关闭曝气系统时，生化段1为水解酸化池，主要作用是将污水中难降解的采油助剂等大分子有机物分解为溶解性和小分子有机物，可利用底部污泥床截留并吸附颗粒物质、胶体物质及有机物。

　　水解酸化池另一作用为出水循环回流进行缺氧脱氮反应。污水在兼氧微生物的作用下，利用原水部分降解的挥发性有机酸(VFA)作为有机碳源，使亚硝酸氮、硝酸氮转化为氮气，并利用部分有机物和氨氮合成新的细胞物质。生化段1开启曝气系统时，为生化段2的预处理段。

　　(2)生化段2。生化段2采用活性污泥系统，为去除有机物的主体工艺，与MBR联用的活性污泥系统具有以下特点：有机负荷高，单位体积去除有机物的能量是生化法中最高的;不产生污泥膨胀，耐冲击性能好，来自MBR系统大流量的污泥回流使其受到高负荷冲击后，生物细菌能很快得到恢复;管理方便，能实行简单的无人控制而不影响水质，可以减少操作人员，降低运行成本。

　　(3)管式膜处理器。将管式膜处理系统应用于污水处理中具有以下特征：能高效地进行固液分离，其分离效果比传统的沉淀池要好，且占地少，通过膜分离装置所获得的水质很好，可以直接再利用;使生物反应器能保持高浓度的微生物，膜分离装置能阻止高分子质量的有机物和悬浮物向系统外流失，使参与反应的微生物完全保持在生物反应器内，这对于截留世代期较长的微生物尤其有利，如硝化细菌在反应器中的停留有利于系统的硝化;膜可以阻留许多分解速度较慢的大分子难降解物质，通过延长其停留时间而提高对它的降解率;剩余污泥产量小，污泥处理费用少;易于实现自动化，操作管理方便。

　　本工程采用德国BERGHOF产的管式超滤膜，亲水性的PVDF膜材料可高质量地截留废水中的油类、固体悬浮物质和细菌，保证出水达到SY/T 5329—1994中A1级标准，满足处理水回注要求。

　　2.2 处理效果

　　在充分调研基础上形成的水处理工艺设计方案，有效地解决了设备体积小、含油废水处理难度高的技术难点，在保证出水指标的基础上，合理利用有效空间，形成了生化处理+膜处理的独特处理工艺。经处理后，管式膜出水油≤5 mg/L，悬浮物粒径中值0.5 μm，SS 0.7 mg/L，SBR为0。

　　3 采油污水一体化处理设备设计 

　　3.1 水处理设备设计思路

　　(1)鉴于含油废水腐蚀性高的特点，生化池材质采用最符合环保要求之工程塑料聚丙烯(PP)板，满足了腐蚀性能指标。且PP板具有密度小，优越的耐化性，耐热性及耐冲击性能，是保证生化池长久运行的良好材料。

　　(2)采用两段式生化池设计，不仅良好地利用了集装箱的有效空间，而且使生化系统形成合理有序的流体混合动力模式，又解决了回流污泥短路流入超滤膜系统的问题。

　　(3)鼓风曝气系统采用防腐微孔曝气器及UPVC连接管道，满足水质处理要求。

　　(4)超滤膜采用德国BERGHOF膜组件，能截留0.01~0.1 μm的大分子物质和杂质，能有效地去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和有机物。超滤可在高负荷下稳定运行，具有处理效果好、处理效率高、占地面积小等优点。

　　(5)电控系统关键部件采用进口设备，保证了设备运行的整体性能。

　　3.2 生化系统

　　生化池设计：生化池材质选用PP板。PP板具有密度小、易焊接和加工，优越的耐化性、耐热性及耐冲击性，无毒、无味，是目前最符合环保要求的工程塑料之一。其广泛应用于耐酸碱设备、环保设备、废水、废气排放设备的制作〔5, 6〕。生化系统工艺控制指标见表 2。

　　3.3 超滤膜系统

　　超滤膜采用德国BERGHOF膜组件，膜道8 mm，膜孔30 nm。经生化处理后的含油废水由进水泵打入超滤膜系统，膜系统产水经转子流量计计量后排入净水罐，部分浓水回流至生化系统，部分浓水由循环泵与进水混合重新进入超滤膜〔7〕。超滤膜处理系统流程见图 3。工艺控制指标见表 3。

图 3 MBR工艺流程

 

　　4 现场调试与应用

　　2012年9月底开始调试准备工作，2012年11月5日进入现场调试阶段，通过接种油田联合站污泥，至11月20日，完成污泥的接种;至11月26日，完成污泥的驯化阶段，进入污泥负荷的提高阶段;至12月20日，污泥负荷的提高阶段完成。到2013年2月为止，已经4个多月污泥沉降比(SV30)维持在30%~40%，污泥性状稳定。膜系统出水稳定并达到3 t/h的产水流量，超出设计流量20%，出水水质达到SY/T 5329—1994中A1级标准，说明生化系统稳定可靠，达到运行要求。

　　现场调试时投加碳、氮、磷等营养剂。监测指标有沉降比、溶解氧、pH、COD、温度。生化系统现场调试分为三个阶段：污泥的接种阶段、污泥的驯化阶段、污泥负荷的提高阶段。在生化调试过程中，也通过了MBR系统调试，具体包括附属设备调试、管路调试、电控系统调试、软件系统调试，经过试运行，出水稳定并达到3 t/h的产水流量，超出设计流量20%，达到设计要求。

　　现场应用效果：采油污水一体化处理设备应用于腰滩油田联合站采油污水的处理，设备安全运行超过150 d，出水水质达标稳定，累计处理污水8 650 m3。

　　5 结论

　　(1)车载移动式油田污水一体化处理设备有效地解决了设备体积小、含油废水处理难度高的技术难点，在保证出水指标的基础上，采用两段式生化池设计，合理利用有效空间，形成了独特的处理工艺，该设备污泥COD负荷达到2 kg/(m3·d)，出水水质达到SY/T 5329—1994中A1级标准。

　　(2)将生化处理+膜处理工艺集成于集装箱内的新思路填补了国内石化行业油田采出水处理的一项空白。

　　(3)该设备具有移动方便、性价比高、节省基建投资等优点，成功运行之后将产生一定的经济效益和良好的社会效益。