王 凯 林建明 吴延武 杜可正 田 源

（北京格兰特膜分离设备有限公司，北京 100029）

我国油田稠油多采用注水注气输油的方式，开采过程中需要注入蒸汽，随着稠油的采出，会产生大量的污水。随着开采时间的增加，耗水量也越来越高[1]。生产蒸汽需要消耗大量的淡水资源，将蕴含较高热量值的高含盐稠油污水处理为蒸馏水回用注气锅炉[2]。既解决了污水的去向问题，同时也能够节省宝贵的水资源。为维持原油产量，国内油田开始逐步采用蒸汽辅助重力泄油热采技术[3]，但制约热采工艺油田领域的推广难题在于，该工艺采油过程中会产水高盐、高温、高硅的含油废水有效处理和回用[4]。针对某油田稠油联合站采油废水COD难于降解、硅含量较高、现有脱盐水处理系统污堵严重等特点，决定采用如下中试工艺流程：混凝沉淀（包括镁剂除硅）+MCM（A/O）+ GRT-OEB+UF+一级RO+二级RO+EDI。通过实验，验证工艺可行性，考察和优化各工艺参数流程，为污水处理工程提供最适宜工艺流程及可信赖技术参数。

1 中试过程与结论

1.1 采油废水进出水水质

试验用采油废水来自稠油联合站出水，经检测，主要水质指标如下：

1.2 试验水处理工艺方案

水中的杂质包括了悬浮物、胶体、溶解性有机物和溶解性无机盐。其中，悬浮物可以采用沉淀、过滤技术（包括微滤和超滤膜技术）除去；对于胶体需要通过投加絮凝剂与胶体反应形成固体悬浮物，然后用除去悬浮物的方法加以去除；对于溶解性有机物可以用生化法（包括膜生物反应器）、活性炭吸附法或反渗透法去除；对于溶解性无机盐可以用离子交换、电渗析和反渗透法去除。

综合分析水质特点，本方案拟采取以下技术措施：

a. 混凝沉淀池：去除水中SS、胶体、大部分硅、油、硬度和碱度；

b. MCM 生物膜反应器：降解水中可生化部分COD；

c. GRT-OEB 二级组合：通过高级氧化和生物滤池，进一步降解水中难生化的COD；

d. 超滤系统：拦截SS、胶体等，保证出水SDI 小于3；

e. 二级反渗透：脱盐率98%，出水含盐量低于5ppm；

f. EDI：深度除盐，产水满足锅炉补给水要求，出水电导率低于0.2us/cm。

工艺流程见图1。

图1 稠油开采废水工艺流程图

1.3 主要试验装置

1.3.1 除硅、软化沉淀系统

稠油废水的预处理技术包括加药混凝澄清法、镁剂法等[5]。试验采用氢氧化钠-镁剂除硅软化，试验设备为高密度澄清池，配套NaoH 加药装置，MgCl2加药装置、PAC 加药装置、PAM 加药装置和盐酸加药装置。装置运行流量1.8m3/h。

1.3.2 MCM 生化系统

MCM 缺氧/厌氧反应器利用MCM 填料，以固定床的方式将不同种类的微生物固定在填料表面或填料内部。本试验的MCM 好氧-缺氧耦合反应器（本公司专200710195135.8）采用复合功能型填料（本公司专利号201020204406.9）。由于在水流方向、填料内外均存在不同的溶解氧梯度，因此，微生物种群比常规生化工艺丰富得多，使难降解废水中的有机污染物得以去除。

MCM 生物系统好氧出水硝化液回流至缺氧区，缺氧区不设曝气，溶解氧控制在0.1-0.3mg/L，好氧区设置曝气，溶解氧控制在2-3mg/L。MCM 系统处理量1.8m3/h。

1.3.3 OEB 系统

该工艺利用臭氧预氧化作用，使水中难以生物降解的有机物断链、开环，转化成简单的脂肪烃，改变其生化特性，在客观上可以增加小分子的有机物，使活性炭的吸附功能得到更好的发挥。活性炭能够迅速地吸附水中的溶解性有机物，同时也能富集微生物，使其表面能够生长出良好的生物膜，靠本身的充氧作用，炭床中的微生物就能以有机物为养料大量生长繁殖好氧菌，致使活性炭吸附的小分子有机物充分生物降解。

OEB 系统集合了臭氧和曝气生物滤池系统，臭氧为下向流。曝气生物滤池为上向流，曝气池底部设置薄膜曝气装置，提供溶解氧。出水溶解氧1～3mg/L。OEB 系统处理量1.8m3/h。

1.3.4 UF 超滤系统

原水经超滤处理后纯水可以保证SDI＜3，明显提高反渗透膜寿命。

UF 超滤系统为中空纤维外压式超滤，选用坎普尔1060A 膜组件。超滤为恒流运行，超滤系统处理量1.8m3/h。

1.3.5 RO 反渗透系统

反渗透为两级反渗透，每级反渗透系统通过浓水循环，模拟工程项目最后一只膜的运行状况。一级反渗透产水流量1.2 m3/h，回收率70%，二级反渗透产水量1.1 m3/h，回收率90%。

1.3.6 EDI 系统

EDI 系统模块选用坎普尔CP1000S，产水流量1.0 m3/h。

1.4 试验数据及分析

1.4.1 除硅、软化沉淀系统

对来水投加NaoH 调节PH，加MgCl2使硅变成沉淀，产生的絮体投加PAC 和PAM，降低来水中的悬浮物、胶体和溶解硅，并去除部分COD，减轻后续丹元负荷，也减缓膜系统堵塞[6]。除硅、软化沉淀系统在传统混凝除硬沉淀系统中，加上除硅环节。除硅、软化沉淀系统运行效果如图2 所示。

图2 沉淀去除数据图

来水硬度基本处于200-400mg/L，个别时间进水COD 超出500mg/L。来水总硅处于100-150 mg/L，总硅含量波动较小。从除硅、软化系统沉淀结果来看，出水硬度50mg/L 左右，硬度绝对去除值为450 mg/L 左右，去除率88.9%，去除效果良好。出水总硅45.4mg/L，总硅绝对去除值为78 mg/L，去除率63.2%。去除效果明显。此外沉淀系统含油从25.4mg/L 下降到1.1mg/L, 浊度从260.7NTU 下降到3.99NTU。试验表明，除硅、软化沉淀系统作为预处理，对整个系统稳定运行，发挥着不可替代的作用。

1.4.2 MCM 生化系统

MCM 生化系统主要是降解水中溶解性可生化部分的COD，减轻后续深化处理COD 压力。

MCM 生化系统平均进水124.57mg/L，平均出水COD67.4mg/L，去除率45.9%,COD 绝对去除值为57.1mg/L；平均进水含油1.09mg/,平均出水含油0.003mg/L，去除率99.7%；进水浊度3.99NTU，出水浊度0.78NTU，去除率80.5%。

MCM 生化系统降低COD 的同时，沉淀系统出水残留的含油在生化段进一步除去，减小油膜对滤池、膜系统的影响。

1.4.3 OEB 系统

OEB 系统为此工艺系统预处理最为关键的环节，臭氧投加量10mg/L，出水效果达到预定要求。具体数据如图3 所示。

图3 OEB 系统数据图

由图3 可以看出，OEB 系统最大进水COD74mg/L，最小进水COD52mg/L，平均进水COD62.4mg/L。OEB 系统最大出水COD49mg/L,最小出水COD10mg/L,平均出水COD31.6mg/L，系统平均去除率49.3%。

OEB 深度处理单元对全膜法系统的稳定运行发挥了重要作用。

1.4.4 超滤UF 系统超滤作为反渗透预处理系统，经过超滤处理后可以保证其出水SDI 小于2，以提高反渗透膜的寿命。

超滤压差基本稳定在68kpa 左右，压差出现波动原因为CEB 清洗前后压差的波动。经过正常反洗或CEB反洗均能下降至正常水平，这代表膜的运行是正常的，压差是可恢复的。

1.4.5 反渗透RO 系统

反渗透设计为两级反渗透。一级反渗透回收率70%，脱盐率98%，二级反渗透回收率90%，脱盐率99%。

反渗透为恒流运行，通过压力变化及电导脱盐率来判断膜运行状况。即固定产水流量，浓水流量及错流量，通过压力变化及电导脱盐率来判断膜运行状况。

中试运行中，一级反渗透进水电导6500-8000us/cm，出水电导维持在200us/cm -250us/cm。二级反渗透出水电导10us/cm -30us/cm，进水电导随着温度及前段预处理效果有小幅度变化。具体数据如图4、5。

图4 一级反渗透电导数据图

图4、图5 可知，一级反渗透运行稳定，出水水质符合设计要求。无论进水电导怎么变化，脱电导率都在96%以上。一级反渗透平均进水压力11.0bar，平均段间压力10.8bar,平均浓水压力10.4bar，压力变化平稳。

图5 一级反渗透压力数据图

一级反渗透运行稳定，与工艺前端的预处理有很大关系，特别是OEB 工艺段。良好的预处理降低了反渗透污堵的可能，保证了反渗透的平稳运行。一级反渗透的稳定出水，使得二级反渗透系统正常运行平稳进水压力和浓水压力波动较小，平均入水压力8bar，平均浓水压力7.6bar,表明膜系统运行良好，没有污染。

1.4.6 EDI 系统

EDI 系统出水水质可达15MΩ.cm 以上。EDI 系统自运行以来，调试完成后，出水效果稳定良好。出水总硅在17ug/l，低于出水总硅20ug/l 的标准。出水电导最低能达到0.062us/cm，平均出水电导0.070 us/cm，远低于出水标准0.2 us/cm，这为出水效果留有很大余量。

2 结论

2.1 实验证明，下述工艺流程完全可以将油田热采废水处理到满足锅炉给水要求：原水-沉淀池-MCMOEB-超滤-一级反渗透-二级反渗透-EDI。

2.2 除硅、软化工艺能够有效去除稠油热采废水中的硅和钙离子含量，处理后全硅含量小于50mg/L，能够满足后续降膜处理运行的需求。

2.3 GRT-OEB 深度处理单元对全膜法系统的稳定运行发挥了重要作用。

2.4 通过实验验证，本文提出的工艺系统运行稳定可靠，出水水质好，具有较强的抗负荷冲击能力。能实现水资源的循环利用，经济效益和环境效益良好。