径向流污水处理技术在大港南部油田的应用分析

Posted 2023-01-12 污水处理

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径向流污水处理装置根据混凝动力学原理和微涡旋原理设计，由粗细两级串联组成。径向流过滤技术在官一联污水处理站日处理污水量约6500m3，处理后污水含油量≤20mg/L，悬浮物含量≤15mg/L，粒径中值≤4.0μm，达到了该污水处理系统设计指标，实现了充装滤料机械化，省时省力，装满一具滤罐所用时间仅为常规过滤器人工装料的二十分之一，并且具备了不停产补充滤料的功能。该技术采用搓洗式滤料清洗，虽然清洗效果好，但是滤料磨损消耗比普通反洗的过滤器高，投产至今已经补充各粒径核桃壳滤料8t。
概况
大港南部油田是典型的高凝高黏油藏，原油物性较差造成含油污水处理难度大(平均凝固点为35.3℃，黏度为300.24mPa.s，含蜡率为17.49%)。目前，该油田建有污水处理站8座，设计能力为4.4×104m3/d，实际处理污水约3.5×104m3/d。
大港南部油田污水处理技术经过20年发展，形成了重力式、压力式、撬装集成式3种回注污水处理工艺。从发展的历程看，南部油田污水处理工艺技术的发展可分为4个阶段：自然沉降工艺、压力除油工艺、撬装集成工艺、大罐沉降+径向流过滤工艺阶段。21世纪初期，研究引进了径向流核桃壳过滤技术，通过现场调研分析，污水沉降罐来水基本满足径向流过滤器进口水质要求，通过优化研究去除污水处理流程中除油的设施，缩减了处理流程，减少了一级提升，经过实际生产运行，完全满足水质指标要求。
1.技术原理
径向流污水处理装置根据混凝动力学原理和微涡旋原理设计，由粗细两级串联组成。污水首先进入粗滤罐涡流器中混凝和油水分离，然后进入微悬浮球再次除油，并通过微涡旋促成大颗粒生成，在环形空间进行重力沉降除渣，把大密度颗粒沉降到罐底。水侧流进滤筒过滤，由核桃壳截留住细小油珠和颗粒，净化后的水通过集水盒排出，进入细滤罐中。在运行过程中分离出来的油污可从滤罐顶部的收油管排出，污泥可从滤罐底部的排污管排出。
2.技术特点
(1)改变了传统过滤器污水上进下出的内部结构，滤筒内设有环行空间，来水平进下出，液流在过滤罐内多次改变流动方向，依靠离心效应和流速骤减后产生的惯性力，实现油水分离和固液分离。
(2)含油污水边进边滤边排，通过上吐下泻实现连续排油排污，大大延长了运行周期，提高系统效率10%以上。
(3)滤料采用机泵充装，减轻了工人的劳动强度，并且实现了不停产补充滤料。
(4)反冲洗时独立的滤料循环系统再生方便，杜绝了滤料板结现象的发生，并且不会对过滤器造成损伤，有效地防止了滤料漏失。
3.现场试验应用分析
3.1试验污水站生产情况
官一联污水处理系统于1996年7月投产，采用重力式污水处理工艺，设计处理后污水水质要求达到含油量≤20mg/L，悬浮物含量≤15mg/L，粒径中值≤4μm，SRB菌≤110个/mL。污水处理工艺流程为：5000m3污水罐(1具)→污水提升泵→800m3隔油罐(1具)→200m3缓冲罐(2具)→污水提升泵→粗过滤器(2具)→细过滤器(2具)→1000m3滤后水罐(2具)→外输。
官一联污水处理站由于运行时间长(10年)，隔油罐腐蚀老化严重，罐内沉积泥砂严重，造成水质严重污染；另外，核桃壳过滤器中滤料被污染后板结，造成过滤器罐内憋压，上筛板破损达4～5处，滤料漏失严重。隔油罐进、出口含油量检测数据见表1。

3.2工艺流程优化论证
依托官一联污水处理站改造工程，试验应用径向流污水处理技术。由于5000m3污水沉降罐出口含油量、悬浮固体含量已经较低，污水含油量为20～70mg/L，悬浮物含量为20～50mg/L，基本可以达到径向流污水过滤器来水含油量≤60mg/L、悬浮物含量≤30mg/L的设计要求。因此，官一污处理流程打破原有的隔油+过滤的传统工艺方式，污水从5000m3污水沉降罐出来后直接进过滤器生产。
3.3现场试验
官一联污水处理站于2007年12月12日改造投产，设计处理规模为9000m3/d，主要工艺流程为：污水沉降罐→污水提升泵→径向流过滤器→滤后水罐→外输。污水处理系统中的核心技术为两级径向流核桃壳过滤器，粗滤核桃壳过滤器3具(滤料直径为0.8～1.2mm)，细滤核桃壳过滤器3具(滤料直径为0.5～0.8mm)。
投产后对径向流核桃壳过滤器运行效果进行跟踪，处理前悬浮固体平均含量为32.93mg/L，平均含油量为33mg/L；处理后平均含油量为2.37mg/L，悬浮物固体平均含量为5.93mg/L，处理效果良好，处理后水质达到含油量≤20mg/L，悬浮物固体含量≤15mg/L的水质指标要求。
3.4生产运行参数优化
3.4.1来水水质
官一联污水处理站简化了系统处理流程，去除了除油设施，减少了一级提升，系统运行和维护费用大大降低，但是为了保证径向流过滤器的处理效果，来水含油量需要控制在60mg/L以下。因此，为了减轻后续污水处理压力，控制好来水水质是非常必要的。
影响来水水质的主要因素为联合站来液在油站油水初分离阶段分离器压力、液位控制不好，造成油水两相分离效果欠佳，从而造成油站分离出的污水含油量过高。
采取优化措施，及时调节油站一段脱水设施运行参数，使三相分离器水室液位在2.1m以上，游离水脱除器油水界面为1.8～2.7m，热化脱油水界面为1.8m以下。另外，对三相分离器、游离水及热化脱水进行清砂排污，增大有效分离空间。污水站滤前水质由45mg/L逐步下降至目前34mg/L，减轻了后续污水处理压力。
3.4.2径向流过滤器反冲洗
径向流过滤器设计的主要技术指标为：过滤速度>20m/h，反冲洗强度<4.0L/s.m2，反冲洗周期为24h，处理量为150m3/h，工作压力<1.0MPa。经过现场实际运行监测，进一步优化并确定了反冲洗周期、反洗时间和强度等参数。粗滤反冲洗周期最终设定为12h，细滤为24h，若发现水质较差，可加密反冲洗次数，缩短反冲洗周期；反冲洗时间设定为25min，水质较差时，根据情况延长粗滤、细滤各个阶段反冲洗时间，增大反冲洗的强度，加强对滤料冲洗。
2008年8月，3具粗滤出现反冲洗压力高，滤后水质连续几天变差的情况。现场及时调整了过滤罐的反冲洗时间，由25min延长至35min，前5min启反洗水泵冲洗，中间20min又启动料泵，反洗水泵、料泵同时启动，充分对滤料进行搓洗，后10min停料泵，继续启水泵大排量冲洗，强度设定在4L/m2.s。通过调整达到了反冲洗的效果，粗滤后含油量由6.2mg/L下降至5.1mg/L，过滤器除油率由52%升至75%。
3.4.3优化滤料补充周期
由于核桃壳过滤器运行中滤料存在自然磨损和损耗情况，需要定期补充滤料，常规核桃壳过滤器平均一年补充一次，补充量为总量的5%～10%。径向流过滤器由于搓洗式反洗滤料，滤料损耗较常规过滤器不同，经过每月水质监测数据可知，为期半年不补充滤料，处理后水质将明显下降。
2009年6月，滤后水质含油量、悬浮物含量均呈现上升趋势，且料泵抽吸滤料困难，经过分析认为是滤料缺失。开罐检查，发现滤料缺失严重，滤料高度已低于料泵的出口管线。添加滤料后，水质有了明显转变：含油量下降61.1%，悬浮物含量下降33.3%。
3.5径向流污水处理技术的优化调整
径向流污水处理技术首次在高凝稠油污水处理中应用，经过实践检验，主体工艺完全满足生产需求，但是针对高凝稠油污水处理，该技术的反洗工艺在生产运行中仍显现一定的不适应性。
径向流过滤技术中滤料反洗系统流程为滤料从滤筒中上部抽出，在体外进行搓洗重生后，经过料泵从滤筒下部输送回来；由于南部高凝稠油的特殊物性，部分时间会造成滤筒中滤料胶结，致使过滤器反洗时滤料抽吸困难，增大力度后对滤筒内结构将造成影响。2008年4月，由于上述原因，造成粗过滤器上部筛板破裂。将滤料反洗出、入滤筒流程调整为下出上进，充分利用滤料自身的重力，减小了出罐的抽吸力度，反洗流程优化后，保证了径向流过滤器的正常生产。
4.应用效果
现场试验结果表明，径向流过滤技术完全能满足南部高凝稠油污水的处理需求，2007～2009年，该技术在官一联污水处理站进行现场试验，得出如下结论：
(1)径向流过滤技术在官一联污水处理站日处理污水量约6500m3，处理后污水含油量≤20mg/L，悬浮物含量≤15mg/L，粒径中值≤4.0μm，达到了该污水处理系统设计指标。
(2)在大罐来水可以满足过滤器进口水质要求的情况下，去除除油工艺，简化了处理流程，减小了地面系统规模，减少了一级污水提升，年节电约100kW.h，年节约费用约60万元。
(3)径向流过滤技术实现了充装滤料机械化，省时省力，装满一具滤罐所用时间仅为常规过滤器人工装料的二十分之一，并且具备了不停产补充滤料的功能。
(4)该技术采用搓洗式滤料清洗，虽然清洗效果好，但是滤料磨损消耗比普通反洗的过滤器高，投产至今已经补充各粒径核桃壳滤料8t。