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油田污水处理水质影响因素与改善措施

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油田 污水处理 水质 影响 因素 改善 措施
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油 气 田 环 境 保 护 2012年10月 F 2 ·55· 油田污水处理水质影响因素与改善措施 李建海李中和 (中国石油长庆油田公司第二采油厂) 摘 要 随着油田开发阶段的延长,污水处理系统能力出现不足,排污系统和日常排污以及收油是影响油 田污水处理水质的重要因素。针对这些因素提出利用人工湿地对洗井、修井污水进行处理,减轻水处理站压 力,通过合理加药提高除油罐除油效率,从含油污水进口进行杀菌,防止对管线设备的腐蚀,防止细菌茵体堵塞 过滤器,过滤后根据细菌监测结果再次进行杀菌,保证出水合格等改善措施。 关键词 油田污水;滤料板结;细菌堵塞;人工湿地;絮体沉降;水质 中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1005—3158(2012)05 0055—05 0 引 言 陇东油田污水主要包括油井采出水、注水洗井污 水、注水井维修降压返吐水和井场集流雨水,水处理 流程主要分两种,一种是比较完善的水处理,通过污 水处理厂调节罐稳定、沉降除油罐除去油和大量悬浮 物、核桃壳过滤器再除油、纤维球过滤,最后回注入注 水井和回灌补充地下水;另一种是零星区块经过除油 罐简单处理。实际运行中处理后的污水仍然含有油 和固体悬浮物,硫酸盐还原菌合格率低,造成地层堵 塞、管线和设备腐蚀严重,影响了回注的效果,因此急 需对污水处理水质的影响因素进行分析,制定切实可 行的措施,提高污水处理水质合格率。 1 影响水质的因素 1.1污水处理系统能力设计不足 一是采出水增加,原来的水处理系统能力不足, 二是原有设计当中没有考虑洗井污水、井场回收杂 水。过去洗井污水主要依靠井场排污池蒸发,没有进 行回收,现在所有污水进行回收处理,同时注水井返 吐水量大,造成污水在罐内停留时间缩短,没有足够 的沉降时间,处理效果变差,当回收注水井返吐污水 时负荷冲击过重造成分离的油水乳化。 1.2排污系统是影响水质的重要因素 在水处理系统中水中的污染物大多数以污泥的 形式沉积到罐、容器中,或者被过滤设备所截留,可以 说污水处理过程就是污泥富集、脱离污水的过程。大 罐、设备中的污泥若不及时排出,污泥中富集的污染 物重新进入污水,使水质恶化。罐中沉积的污泥多采 用人工定期清除,由于管理不善,污泥不能及时彻底 地排出而在系统中恶性循环,导致过滤罐工作周期 短、出水水质差,悬浮物和各类细菌严重超标,进而造 成地层堵塞。 1.3核桃壳过滤器滤料容易流失、板结 处理污水中的油和悬浮物主要依靠过滤器进行 过滤,由于前级水质恶化,过滤器负荷加重,过滤水超 出过滤器的纳污能力,滤料很快被污染,导致过滤器 出水质量差,如果再生处理不当或者处理不及时,滤 料板结,压差增大,就会导致隔板、筛管断裂造成跑 料,因为维修费用高,维修和补充滤料成问题,过滤器 停用。 过滤器结构不合理:核桃壳作为过滤介质主要优 点是反冲洗时较低的压力即可使滤层膨化,成为沸腾 床,滤料之间摩擦剧烈,反冲洗效果好。随着过滤的 进行,大量轻质的油污和悬浮物附着在核桃壳表面, 使其密度降低,滤料膨化所需压力越小,导致滤料膨 化严重,超过筛管高度。大量滤料和油污在没有阻拦 情况下直接进入了布水筛管与罐顶之间的死角,堵塞 布水筛管导致反冲洗压力急剧上升,反洗排量下降, 使反冲洗不能有效地进行,滤料再生困难。在反冲洗 结束后,黏附于罐顶的大量油污落下,又进一步加剧 了布水筛管的堵塞,甚至憋断筛管导致跑料。 反冲洗强度不合理:反冲洗强度过小导致冲洗不 彻底,堵塞快,产生结块。反冲洗强度过大,出现跑 料、配水系统故障等,滤料磨损大,更换滤料周期短。 反冲洗过程中打碎的滤料以及经摩擦粒径变小的滤 李建海,1982毕业于长庆石油学校油气田开发与开采专业,采油工程师,现在中国石油长庆油田公司第二采油厂从事油田污水处理工作。通信地 址:甘肃省庆阳市华池县南街43号,745600 油气田环境保护·环境影响 2 料在无阻拦情况下穿过布水筛管之间的缝隙,同出水 一起由布水筛管排出,滤料流失严重。 污油中的蜡质、胶质和沥青质附着在核桃壳滤料 上,反冲洗时不易冲洗出去,滤料不能达到完全再生。 长时间运转致使滤料板结,板结后的滤料黏结形成较 大的颗粒状或块状而使滤层孔隙及缝隙变大,从而失 去过滤作用。因而油污是造成滤料失效的关键因素, 絮凝物和盐类结垢的增加又加快了滤料的板结速度, 改变了油和悬浮物与滤料结合的性质。导致现有的反 冲洗无法实现滤料的再生。 冲洗频度和时间不足,超负荷造成滤料堵塞结 块,结块的主要成份为硫化物、垢、原油和胶质,污染 结块的滤料颗粒间亲和力强,反冲洗的效果变差,单 一的清洗剂只能到达表面,清洗效果差。核桃壳过滤 器更换滤料垫层更换不彻底,油污经水泡后污染新滤 料,缩短滤料寿命。 滤速对过滤器出水质量和过滤器滤料寿命的影 响:合理控制滤速才能保证除油效果,滤速过高,过滤 周期缩短。当絮体强度较弱时,流速加大,水流剪切 力使核桃壳滤料表面吸附能力减小,造成沉积颗粒从 滤料壁脱离,引起水质恶化。 通常推荐滤速控制在5~8 m/h,核桃壳过滤器 进水含油小于120 时出水15 以下,运行 2年后沉降罐出水悬浮物在350 以下,出水含 油在120 以下,可以满足核桃壳过滤要求。 1.11纤维球过滤器存在跑料和滤料硬化现象 含油污水处理单元使用一段时间之后截污能力 会下降,只要合理使用药剂,及时反冲就会取得比较 好的效果。在进水含油、悬浮物过重时纤维球很快污 染,高含盐状况下很快结垢硬化,处理压差增加,不锈 钢激光割封板刚度小,容易压变形甚至破裂产生跑 料。反冲洗后压紧装置有部分滤料在上面,无法压 紧,影响过滤精度。 纤维球滤器设备在停止运行2 水水质明显的恶化,并带有明显的污泥腐败的气味。 由于原先被截留的悬浮物在滤层内发生了厌氧反应, 污泥腐败变质,产生可溶性有机物和营养物。因此, 设备停运后的重新启动应控制在被截留污泥发生厌 氧反应之前,长期不运行时,应该清洗纤维滤料,并用 药剂洗涤处理后满水保存。 单独水清洗:反冲洗用水直接取用过滤后的水冲 洗,反冲洗30 果发现虽然纤维滤球能在反冲 洗水的顶托下和搅拌下变得疏松,但通过对出水水质 的检测,发现清洗的效果很差。反冲洗水未能彻底冲 出纤维球截留的悬浮物,出水水质差。 气一水联合清洗:为了增加反冲洗体系对滤层的 扰动作用,采用气一水联合反冲洗的方式对滤层的清 洗效果进行观察。反冲洗出水水质随时间的变化,在 冲洗的前期(O~10 原先被滤层截留的污染物 随反冲洗液大量地排出,出水中的升高,出水也呈现明显黄色浑浊;而后期出水色度 明显的下降,颜色逐渐变浅并最终与反冲洗进水一 致,水中的污染物含量也随之下降,在30 水与进水水质相当,确认清洗结束。气一水联合反冲 洗与单独水反冲洗相比,具有良好的清洗滤层的效 果,并且反冲洗时间控制在30 纤维球过滤器在长期运行后,在纤维球上可能积 累大量有机物、油污、甚至是微生物,造成阻力增大, 过滤精度下降,这时可用2 的4 h,进行化学清洗。 1.5加药不合理,水质缺乏监测调控 在工艺流程上要保证加药后的反应时间,在除油 罐前通过加药、凝聚、絮凝,在除油罐里上浮、沉降,使 除油罐出水含油和悬浮物达到20 以下。如果 投入化学药品效果差,导致没有形成絮体,沉降或者 上浮效果变差,除油罐出水中含油和悬浮物含量高, 就会影响下级处理。 合理选择药品和投加比例、先后次序很重要。选 择合适的絮凝剂和助凝剂显著加速沉降过程,有利于 水质达标率提高,但如果投加过量不但提高不了水 质,反而对水净化不利。通过试验优选投加的最佳比 例,一般95 以上的絮体沉降时间在10 杀菌剂投加位置不合理,造成细菌堵塞除油罐、 腐蚀除油罐经常发生。采出水在原油脱水罐中就已 经开始繁殖硫酸盐还原菌,硫酸盐还原菌和硫化物含 量高逐级升高,将水中的的正六价硫还原成 负二价硫造成设备、容器、管道的腐蚀。里37区蛟一 综合站就是典型例子,由于收水桶中心管腐蚀穿孔 300×270 成除油罐不能出水大修。核桃壳过 滤器出水硫化物浓度127.76 ,硫酸盐还原菌 104~105个/纤维球过滤器出水硫化物浓度上 升到141.38 。 一般杀菌剂投加在水处理末级,由于前期大量细 菌的存在对水处理站内设施造成严重腐蚀,导致水处 理运行两年后普遍不能正常。 水质检测仪器价格高,区块标准油调配复杂,导 致仪器不能配备到位和长期正常检测,分段水质缺乏 监控,处理站管理人员无法了解水质,只是通过水色 2012年10月 李建海等:油田污水处理水质影响因素与改善措施 感觉,不能对各段处理效果调控。 1.6除油罐的收油工艺问题 收油不畅或者收油不及时,造成罐顶油污层过 厚,有时油随水排出,表现为出水严重污染,聚集产生 的老化油对再次脱水也造成困难。 收油槽结构不合理,导致收到的水多油少;浮油 层不能集中加热,稠油块无法进入收油槽,特别是冬 季,排油困难;调节堰故障导致收油无法连续进行;人 为的控制收油造成收油不及时等都会影响除油罐出 水水质,有时油和水一起排出进入过滤段,另外投加 混凝剂形成的絮体在水中悬浮和水一起进入过滤段 导致过滤负荷加重。 2 改善措施 2.1水生植物处理洗井、修井污水 洗井、修井降压吐水污水的主要成分为悬浮物, 含油量低,矿化度5 000 左右,大量回收一则水 处理能力不足,二则回收费用高,容易堵塞管线、设 备。陇东地区水资源短缺,干旱少雨,利用废弃井场 建造人工湿地,利用水生植物处理洗井、修井降压吐 水污水,然后进行养殖,蒸发水量可以改善区域性气 候。胜利、玉门、塔里木、吉林等油田利用人工湿地都 取得了经济效益和社会效益。吉林油田新大采油厂 采用气浮除油、生物氧化、沉淀后人工湿地处理达到 978—19964污水综合排放标准》中的二级标准, 湿地出水完全达到农田灌溉标准,对于干旱、半干旱 地区非常有引进价值。 胜利油田桩西采油厂将隔油池出水用300 明渠引到两个串联的芦苇池处理,第一个池深度 0.3~O.5 m,第2个池深度0.5~1 m,通过采样观察 通过芦苇氧化塘的生化处理达到排放标准。污水经 过氧化塘人工湿地的吸附、过滤、沉淀、生物降解污染 物得到了很高的处理率,石油类由10 降到3.2 ,硫化物由2.51 降到检不出,挥发酚由 1.19 到未检出 。 接触氧化一湿地一无动力充氧处理流程见图1。 ◆腐化沉淀槽 主要去除部分有机物和悬浮物,污 泥和比重较大的悬浮固体会沉淀到有一定的坡度底 部,比重较轻的悬浮固体上浮至水面,中间层液体较 原污水澄清。上层浮渣和底层污泥需定期清掏。 ◆厌氧生物接触氧化槽 为鹅卵石,中间为塑料制 成的多折片球型填料,材料密度要比水大,主要作用 是过滤,附着生物膜,降低流速。 1一腐化沉淀槽;2一下行流一上行流人工湿地;5图1 无动力系统人工湿地 ◆最终沉淀槽 作用是进一步沉淀分离污水和污 泥,以及去除间层清水通 过莲蓬弯流至人工湿地。该槽也需定期清掏。此外 上述三槽会产生甲烷、氨气、氮气等气体,需设通风管 连通,通过通风管直接放空。 ◆下行流一上行流人工湿地 通过前面腐化沉淀槽, 厌氧生物接触氧化槽和最终沉淀槽的处理,进人人工 湿地的污染物负荷将有效降低,此人工湿地由串联的 两个池组成,分别为下行流和上行流。底层铺直径5 层为土壤和直径0~4 行池填料高于上行池10 克服 人工湿地的水头损失。水生植物可选择芦苇和香蒲 等普遍的植物,定期收割。下行流一上行流人工湿地 相当于一般污水处理的深度处理,尤其对于去氮除磷 有很高的处理效率。 ◆无动力跌水充氧槽 相当于出水前的集水槽,有 集配水功能,并且与大气相通,可通过里面三层铺有 鹅卵石的表面粗糙的阶梯式跌水板进行复氧,可有效 抑制发臭和提高透明度。出水最终通过截污沟渠排 至附近水体或者下渗补给地下水,大大降低了对受纳 水体的污染。 2.2加化学药剂提高除油效率 室内试验自然沉降大部分机杂沉降下来要达到18 h,由于罐内为边进边出的动态沉降,往往需要20 。采用投加絮凝剂,形成絮体沉降速度加快,室内试 验5 汉油田广华站由 于罐容不足没有足够沉降时间,除油罐去除率为0,投 加 彩南油田工艺流程和除油罐结构和陇东油田相 似,通过合理加药,调节罐进水含油210 ,悬浮 物108 ,在调节罐到除油罐间流程加防垢剂、助 凝剂,通过除油罐反应、絮凝、上浮、下沉、斜板除泥和 及时收油、排泥管理,除油罐出水达到了含油未检出, .58. 油气田环境保护·环境影响 2 悬浮物4.2 ,不经过过滤都能达到水质合格,在 原油出口和过滤出口进行加药杀菌,含油污水经过杀 灭细菌后消除了对水处理站设施的腐蚀 。 江汉油田常用的重力式污水处理流程见图2。 『__ 凝I l 混凝 1 I 剂J, 升泵 输系统 油泵 污泥池 反洗泵 罐 菜—— l 剂 l 图2重力式污水处理流程 江汉油田采用重力除油流程加过滤,悬浮物达到 4 以下,含油达到10 以下 j。 2.3装置改造 2.3.1改造除油罐内部结构 在除油罐设计规范中推荐自然沉降分离有效停 留2.5~3.5 h,聚结沉降分离1~1.5 h,化学混凝沉 降1.3~2 h,在除油罐改造中对普通自然分离除油罐 增加斜板和聚结,通过加药、凝聚、絮凝、上浮、沉降, 及时排泥和收油使除油罐出水含油和悬浮物降低。 为防止聚结球堵塞,将除油罐聚结部分单独出 来,作为独立处理单元进行设计。 优化除油罐收油槽,将固定收油槽改为浮动收油 槽达到自动收油,防止收油不及时造成油老化和油层 过厚影响水质。 2.3.2过滤器改造 核桃壳过滤器上方开孔增加加药管线,定期加清 洁剂,保证滤料本身不被污染,避免板结。在冀东油 田通过增加加药口保证定期加药,各过滤器出水含油 明显呈下降趋势 ]。 过滤器筛管和搅拌桨之间增加防护筛板,筛板下 增设刮扫器。防护筛板能有效地阻止反冲洗过程中 滤料进入筛管和罐顶之间的死角。筛板下刮扫器一 方面可以避免滤料黏附筛管,另一方面将滤料集中至 过滤罐中下部,使搅拌桨叶能够充分分散滤料。罐顶 增设集油器,进入罐顶部的油经刮油机通过固定管道 直接排人集油器,及时清除油污,防止罐顶油落下堵 塞筛管。底部增加透水不锈钢砾石压板,能够防止反 冲洗承托层中砾石由于水流量过大而被冲起失去承 托作用。 ◆布水系统改造在原来单一横向筛管布水的基础 上,增加竖式布水筛管,形成立体布水器,使布水更加 合理,水量分布更加均匀。同时又能及时排除反洗水 中油类等物质,克服罐顶积油下落造成筛管堵塞的问 题。底部为小阻力底板筛管结构,顶部为了防止跑料 增设布水筛管结构。新增进水管1个、布水筛管底18 根、出水筛管20根、底板1个、底板加强筋1套、出水 管1个、出料管1个、进料装置1套、辅助排污装 置1套。 ◆搅拌系统改造改变桨叶结构,调整桨叶大小、形 状以及桨叶问的角度,进而改变桨叶旋转时流场的结 构,减缓滤料上升的速度,扩大搅拌的范围,减少搅拌 死角。同时缩小桨叶与布水筛管之间的距离,由0.7 m,加大其对上部滤料的搅拌。更换搅 拌桨电机,改变桨叶的线速度,减少其对滤料的破坏。 2.3.3加大水处理设施维护力度 对故障水处理设施进行改造修复,由专业队伍对 水处理站进行巡回,培训指导水处理操作员工进行滤 料的反洗,每半年检查补充一次填料,结合填料的更 换对损坏附件进行维修处理,加强对污水池、罐类容 器的清淤工作,尤其是加大污水系统老化油的清除 工作。 2.4加强管理保证水质平稳运行 完善水处理设施操作规程,对加药、排污、收油化 验进行程序化操作,制订详细操作要点,使员工操作 流程简单可靠。切实做到及时排污、收油。实行每天 原油脱水沉降罐排污1次,除油罐排污2次,调节罐 排污1次,每5 对于投加絮凝剂的站,由于悬浮物沉积快,为防 止沉积物过多影响水质,坚持排污4次/d,使沉积罐 内的污泥及时排出。 一 2012年10月 李建海等:油田污水处理水质影响因素与改善措施 .59. 对各容器排出的污泥每周进行1次清理,避免污 泥在系统中进行循环加大处理负荷。 核桃壳反洗周期12 据压差确定,一般 当压差大于0.15 于进水水质一 般在8~12 h,每次洗2O~30 滤料污染严重, 反洗仍然不能达到出水要求时进行滤料再生,清洗剂 采用滤料生产厂提供的专用清洗剂效果较好。 3 结束语 ◆改善油田污水处理出水质量是提高开发效果的保 障。污水回注水质超标,容易造成地层堵塞,套管损 坏以及注水泵压力上升增加能耗。水中的硫化物、细 菌超标造成钢材腐蚀加剧,快速繁殖的菌体加大水处 理难度,堵塞过滤器填料,使水处理能力下降,增加了 维护改造工作,因此必须加大水质改善工作。 ◆完善工艺,简化操作是保证水质的根本措施。排污 系统不完善,排污清淤困难是造成排污不能落实的主 要原因。过滤器附件损坏、滤料流失,滤料不能及时再 生、更换导致过滤效果变差,必须从工艺上加以改进。 ◆化学药品专款专用,保证药品的数量和质量,入场 药品检验,保证药品质量和数量,与供药单位签订协 议,实行风险通担。完善加药记录,便于检查分析,降 低加药对出水质量的影响。 ◆日常管理是保证水质的重要过程,通过制度化管理 把加药、排污、收油、反洗、清淤、化验等落实到位,配备 必要的水质检测仪器,对各段含油、悬浮物进行定时检 测、定时上报分析,做到发现问题及时处理,并将水质 达标纳人考核,作到责任落实,提高水质合格率。 参考文献 志强.胜利油田采油废水污染现状及达标处 理技术探讨[J].油气田环境保护,2002,12(2):26—31. 瑜林,侯卫红,戴莉.絮凝沉降技术在污水水质处理中 的研究实践田.江汉石油科技,2008,18(1):38—40. 爱军,连贵宾,周正坤,等.彩南油田采出水处理技术 口].中国给水排水,2008,24(16):70—72. 海瑛.江汉油田含油污水处理方法浅议华北石油设计,2003(1):15育德.油田污水深度处理与回用技术 气田环境保护,2008,18(2):12—15. (收稿日期 20129) (编辑 张爽) 环境保护部通报201 1年度全国主要污染物减排情况 环境保护部新闻发言人陶德田今日向媒体通报,环境保护部近日完成了2011年度各省、自治区、直辖市和八家 中央企业主要污染物总量减排核查核算工作。结果表明,全国化学需氧量、氨氮和二氧化硫排放量实现同比下降, 氮氧化物排放量同比上升。 陶德田说,《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出,“十二五”期间,国家对化学需氧量、氨氮、二氧化 硫、氮氧化物4种主要污染物实施排放总量控制。2011年是“十二五”开局之年,为全面掌握各地减排工作进展情 况,准确核实全国污染物减排量,环境保护部对各省、自治区、直辖市和新疆生产建设兵团以及八家中央企业2011年 主要污染物排放量情况认真进行了核查核算。结果显示:2011年,全国化学需氧量排放总量2 499.9万t,比2010年 下降2.氨氮排放总量260.4万t,比2010年下降1.52 ;二氧化硫排放总量2 217.9万t,比2010年下降 2.21 ;氮氧化物排放总量2 404.3万t,比2010年上升5.74%。 从主要减排措施来看,2011年,全国新增城镇污水日处理能力1 100万t,城镇污水再生水日利用能力130万t; 新投运脱硫机组装机容量6 800万国脱硫机组装机容量占火电装机容量的比重由2010年的82.6 提高到 87.6 ;新投运脱硝机组4 952万国脱硝机组装机容量占火电装机容量的比重由2010年的11.2%提高到 16.9 ;新增钢铁烧结机烟气脱硫设施93台、安装脱硫设施烧结机面积占钢铁行业总烧结面积的比重 由2010年的19.3 提高到32.8 ;“十一五”末建成的自动监控系统充分发挥作用,脱硫设施投运率达到95 以上; 56台、2 370万电综合脱硫效率由68.7 提高到73.2 。5 171个规模化畜禽 养殖场和养殖小区完善污水及固体废物处理设施。关停小火电机组346万铁烧结机规模7 别淘汰 造纸、印染、水泥落后产能713亿m、4 200万t,关闭取缔了一批涉重金属企业或生产线。 (摘编自 中华人民共和国环境保护部网站2012—10—12)
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