污水处理节点监测及工艺参数优化

2018-06-20李文娟金胜男大庆油田有限责任公司第六采油厂

石油石化节能 2018年4期

李文娟金胜男（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

油田污水处理系统除深度污水站、地面污水站外，74%的污水站采用两级沉降加一级过滤的处理工艺。注水系统应用整体环状、局部支状的注水管网，采用分压、分质的注水工艺。因此，以污水处理各个工艺节点和注水节点进行参数分析，调控系统水质，对整个污水系统和注水系统水质达标至关重要。

1 污水系统节点划分及参数分析

1.1 系统节点划分

脱水系统产生的污水，经过沉降、过滤阶段去除多余的油及杂质，满足注水指标后经注水站、配水间回注。通过室内试验及现场调查发现，污水处理及注水过程为“链条式”控制[1]，从脱水放水到沉降、过滤、注水及井口，每一个环节的水质变化都会直接影响后续的水质改变。因此，对污水处理及注水过程实施分段控制，通过控制主要节点水质指标，将有效提高污水处理效果，保证注水水质[2]。

对于节点的选择，主要是影响水质的主要环节，并且该节点的参数可调节，即通过调节节点参数能够改变水质指标。经过分析后确定了以下四个主要节点：来水节点、沉降节点、过滤节点、注水系统节点。

1.2 系统运行参数

通过对联合站污水处理系统进行调查，污水系统各节点水质主要影响参数有来水水质、沉降时间、滤料的纳污能力和管道的污染程度[3]。而污水系统水质很大程度上取决于脱水系统，当脱水出水含油量小于或等于1000 mg/L时，随着采出液中含聚浓度的不断提高，脱水出水油、悬浮物含量也不断增加；尤其当电脱水器垮电场时，大量油珠不能有效从污水中分离，随着进入污水系统，导致来水水质超标，此时可调节的运行参数主要为污水系统污油的回收量。

影响水质的主要原因有污水沉降时间、滤料纳污能力以及管道污染等因素。污水沉降时间与全天处理水量及沉降罐的有效容积有关。而当污水站运行时，每天处理水量变化幅度不大，沉降时间主要随油层、泥层厚度变化而变化；但当泥层厚度低于集水器高度（2.2 m）时，泥层厚度对沉降时间没有影响；因此，通过控制油层厚度或者油水界面高度可实现对沉降时间的控制。滤料的纳污能力与滤料性质、过滤速度及污染程度有关，在生产运行中，滤料类型、性质不会改变，当污水站平稳运行时，过滤速度基本不变。而滤料的再生效果与反冲洗强度、时间、周期等参数有关，因此，滤料的纳污能力可以通过反冲洗参数进行调控[4]。管道污染是管道内输送介质中杂质长期累积的结果，因此，管道的污染程度与管道的使用年限有关。清洗方式与清洗周期的不同，将直接决定管道的清洗程度，因此，选择合理的清洗方式及确定合理的清洗周期，可以控制管道的污染程度。

综上所述，影响节点水质并在生产中可调节的运行参数主要有脱水系统收油量、沉降罐的有效容积、反冲洗参数、注水系统的管道清洗等，需要各影响因素提出相应的参数优化调控方式[5]。

2 节点参数优化控制

2.1 污水来水水质

影响污水来水水质的主要因素为放水含油，在污水系统中放水含油的方式是控制污水系统收油泵的排量。对联合站电脱水器的运行情况进行调查，该站共有ϕ4 m×16 m电脱水器4台，单台处理液量1200 m3/d，电脱水器内体积200 m3，由此可计算出采出液在电脱水器内停留时间为4 h。在污水站进行收油时，当收油泵的瞬时流量120 m3时，连续运行3 h，电脱水器易出现垮电场现象。由此说明当污油回收量占电脱水器总处理液量的60%时，处理液中的带电粒子将电场连接形成短路，电脱水器失去脱水功能，处理液随着放水进入污水系统，导致污水来水水质变差；因此，污水站内污油回收量少于电脱水器处理总液量的60%，即收油泵的瞬时排量低于120 m3/h，可以有效控制污水来水水质。

2.2 沉降出水水质

沉降出水水质与沉降罐的有效容积有关，当沉降出水水质达不到过滤阶段要求时，可以通过调节沉降罐的有效容积控制。沉降罐的有效容积为液面至集水器间的有效空间。控制沉降罐有效空间的方式有两种，控制油层厚度，在液面高度不变的情况下，油层厚度越薄，污水的存储空间越大，反之亦然；控制沉降罐进出口阀门开度，当油层厚度不变的情况下，关小沉降罐出水阀门，使液面上升，污水的存储空间随之增加。

根据沉降罐的横截面积与有效沉降高度计算得出，污水站1次沉降罐最大有效容积为5090 m3，2次沉降罐最大有效容积为3460 m3。

通过对污水站各节点水质情况进行跟踪发现，2次沉降罐最佳出水含油量小于或等于54.9 mg/L、悬浮物含量小于或等于42.6 mg/L。当水质超出界限要求时，滤后水质易不达标，在此情况下，可以通过控制沉降罐收油量或控制沉降罐出口阀门的方式，增加污水沉降时间。

污水沉降时间与沉降罐的规格、有效沉降空间及处理量有关，即液体灌满一定容积储罐所需要的时间。以污水站1次沉降罐为例，当该罐油水界面显示为12.2 m，瞬时处理量为14 400 m3/h时，沉降罐内有效空间增加1 m，沉降时间由原有的6.67 h增加至7.34 h。

2.3 过滤出水水质

过滤出水水质与滤料纳污能力有关，滤料纳污能力受反冲洗效果影响，因此，对于过滤出水水质的控制即为对反冲洗参数的控制[6]。对于反冲洗参数经过几年的摸索，已经形成比较成熟的参数界限。针对不同污水站反冲洗参数的不同，开展现场试验的污水站需要对反冲洗参数进行优化，使滤罐高效率运行。

反冲洗分3个阶段完成，即小排量浸泡阶段、中排量搓洗阶段、大排量冲洗阶段。为了确定各阶段的最佳反冲洗强度和时间，在喇Ⅱ-1污水站开展了反冲洗参数的正交试验，通过组合3个阶段的反冲洗参数，跟踪每种参数下的反冲洗及过滤效果，确定该站的最佳反冲洗参数（表1）。

表1 反冲洗参数调整方案

按照最佳反冲洗参数对滤罐进行清洗后，滤罐油的去除率可达77.86%，悬浮物的去除率为67.21%。

反冲洗强度确定后，根据优化后的反冲洗参数对滤罐进行冲洗。每2 h取滤后水进行化验，检测含油量、悬浮物的变化情况。当含油量、悬浮物含量超过20 mg/L指标要求时，滤罐需要重新反冲洗，2个反冲洗相聚的时间差即为滤罐的最佳反冲洗周期（图1）。

图1 滤前、滤后含油量、悬浮物含量变化曲线

由图1可知，在过滤22 h后，滤后水含油量、悬浮物含量有增长趋势，到34 h滤后水含油量超标，因此最长反冲洗周期小于32 h。

当滤后水质达不到指标要求时，可以调整反冲洗参数，使滤料恢复再生能力增加，反冲洗强度及时间需要分段摸索，且不同污水站具有与其相适应的反冲洗参数。

2.4 注水水质

注水水质与注水管道的污染程度有关，控制注水水质的方式主要是选择合理的清洗方式对管道进行清洗，并确定出管道清洗的合理周期。

注水管道清洗方式主要分为化学清洗和物理清洗，物理清洗又包括气脉冲、气旋流及空穴射流3种清洗方式。每种清洗方式都有各自的优缺点及适用条件。通过对集中方式的优缺点进行对比及经济效益分析后，建议对结垢严重的注水干线、支干线采用气旋流清洗，结垢时间短、垢质较软的干线、支干线采用气脉冲清洗，管径较细的单井管道采用空穴射流方式清洗，对于结垢非常严重的管道采用化学清洗。

2.5 管道清洗周期

管道的清洗周期与管道输送水质及管道长度有关，输送水质较差、管道污染较快，清洗周期短；管道越长，流速越慢，利于污染物沉积、结垢。为了确定合理的清洗周期，对2口定点监测井的水质情况进行分析。2012年10月、2013年5月、2014年4月对检测井进行清洗，每月对井口水质情况进行跟踪。注水站至喇4-383注水井管道总长度2000 m，注水站至3-359管道总长度1200 m，数据曲线如图2所示。