污水处理及再利用技术研究与应用

李鹏飞(辽河油田欢喜岭采油厂资产管理中心 辽宁 盘锦 110206)

一、欢四联污水处理站概况：

欢四联合站，日处理量15000方，外输稠油2000吨，日外理稀油650吨。主要生产岗位有稠油岗、稀油岗、化验岗、污水岗、计量岗、维修班等6个生产岗位。主要负责采油作业三区来油沉降脱水以及稀油外掺和稠油外输工作。由于生产环境不断变化为适应新的生产要求，欢四联先后对站内生产工艺进行了三次大型改造和扩建。现在欢四联合站有储罐20具，其中10000m3储罐4具；5000m3储罐4具；3000m3储罐8具；1000m3储罐2具；700m3储罐2具。日处理量18500方，外输稠油2300吨日，外理稀油600吨。生产流程如下：

稠油系统：采油作业三区来油64℃分开计量后，其中10000 m3并联进入01#02#一次沉降罐(5000m3)，另外7000 m3进入06#一次沉降罐(10000m3)，经化学沉降脱水后，自压进入4#缓冲罐(3000m3)，后经脱水泵加压计量后(2350m3/d 温度56℃含水2%)经二次换热器加热后并联进入03#、05#二次沉降罐(10000m3)沉降脱水，后自压进入1#、2#(5000m3)、04#(10000m3)好油罐，通过外输泵提压计量后外输(2350m3/d 温度54℃含水0.5%)。好油罐抽底水进入3#缓冲罐(3000m3)，后经脱水泵加压进入二次沉降系统，含水5%以内。

污水系统：一、二次沉降罐污水自压进入污水处调节罐处理后其中14000 m3左右经污水站深度处理后调往热注锅炉用水。另外1500m3左右经外调水泵调往四区注水井，剩余部分调往华油污水处理站。

二、高含硅污水回用锅炉技术研究与应用：

齐40块实施工业化转驱以来，日产液量大幅上升，达1.2-1.8万m3/d，由于达标外排环保要求高，处理成本高，研究了水质深度处理技术及回用注汽锅炉技术，实现了蒸汽驱稠油污水循环利用。但蒸汽驱产出原水为高硅稠油污水，硅含量达170-350mg/l，为保证出水达到锅炉用水指标，设计应用了除硅工艺，实现硅含量达100mg/l以下，但除硅工艺存在除硅加药种类多，加药量大，硅泥量大、水质性质发生变化、除硅导致系统结垢严重、除硅运行成本高、影响系统运行效率等问题。

针对这种情况，在对大量垢样分析及理论推理的基础上，在国内首次提出将水中Ca2+、Mg2+等致垢高价金属阳离子浓度控制在20PPb以内，实现高含硅污水安全回用锅炉的理论，并通过室内实验证明了该理论。实验表明：降低Ca2+、Mg2+浓度能降低锅炉结垢速率，将Ca2+、Mg2+浓度限值控制在20ppb以内，结垢速率将降低到除硅工艺的1/2。为了实现该技术在现场的有效应用，在欢四联进行技术示范，进行小试和扩大示范。小试过程中，为了进一步实现高价金属离子的深度去除，针对前期室内研究树脂抗油能力低，现场适应性差的问题，新研发了新型大孔弱酸树脂与新型螯合树脂，实现现场出水高价致垢离子浓度控制在20ppb以内，达到了室内实验要求，随后在欢四联进行了扩大示范推广应用，实现了锅炉平稳运行。该示范在实施后，实现吨水处理成本由7.4元/t下降至3.8元/t，大幅降低水处理成本，目前已经在全局稠油污水处理上进行规模应用，年节约成本1.2亿元。

三、关键技术及应用：

关键技术及应用1：在国内首次提出并证明将水中钙镁等致垢高价金属阳离子浓度控制在20PPb以内，实现高含硅污水安全回用锅炉的理论。锅炉结垢三要素为温度/压力、SiO2含量、高价致垢离子浓度，而温度/压力通常可以认定为不变量，传统解决工艺技术为采用加药降低稠油污水中的SiO2浓度，控制结垢。而本项目转换技术思路，通过进一步降低稠油污水中的致垢离子浓度达到控制结垢的目的。室内实验考察了低含硅水中Ca2+、Mg2+浓度对锅炉结垢速率的影响，结果表明：Ca2+、Mg2+浓度越高锅炉结垢速率越大，即降低Ca2+、Mg2+浓度能降低锅炉结垢速率；室内试验进一步考察了高含硅水Ca2+、Mg2+浓度对结垢速率的影响,及Ca2+、Mg2+浓度限值，结果表明：高含硅水，深度去除Ca2+、Mg2+浓度可进一步降低结垢速率；将Ca2+、Mg2+浓度限值控制在20ppb以内，结垢速率将降低到除硅工艺的1/2。

关键技术及应用2：研制开发出了适用于稠油污水水质的新型大孔弱酸树脂与新型螯合树脂。为了深度去除高价金属离子，前期室内研发了 IRC747树脂和IRC748树脂，在室内实验中可达到理论要求。但在现场小试过程中发现，两种树脂处理出水水质中金属离子浓度、硬度高于室内实验水平，未能达到20ppb以下，分析为现场连续运行时水中油及有机物对树脂影响较大，原树脂抗油抗污染能力弱，为此重新新型大孔弱酸树脂与新型螯合树脂，新型树脂均具有更大的静态工作交换容量和反应速率，具有更大的吸附周期和有机物洗脱率，具有更好的抗油污染性能，可容纳进水中含油量与有机物(COD)含量明显提高，再生过程酸碱用量减少，降低运行成本，抗油型螯合树脂能够满足在油田污水水质条件下的高精度软化要求。通过现场运行可实现处理出水高价致垢离子浓度控制在20ppb以内，达到了室内实验要求。

关键技术及应用3：提出并确定了高含硅稠油污水回用锅炉工艺流程。在老流程基础上取消除硅池，软化流程由两级大孔弱酸树脂改为大孔弱酸树脂+螯合树脂，通过深度软化，实现高价致垢金属离子浓度达到20ppb以下，从而达到放开硅含量、不除硅，通过控制高价致垢金属离子浓度实现高含硅污水回用锅炉的目的。并在室内实验和现场小试的基础上，进一步确定优化了工艺参数和再生条件。

关键技术及应用4：通过开展高含硅稠油污水回用锅炉技术小试，实现了水中微量二价/三价结垢离子浓度从ppm级降至ppb级，保证了高硅污水回用锅炉正常运行。利用新树脂小试过程中，连续跟踪出水水质，高价致垢金属离子浓度可达到20ppb以下。现场小试回用热注锅炉对比试验，高硅水和除硅水进锅炉结垢基本相当，但高硅水垢样结构疏松，更易清洗除垢，且不影响锅炉性能。

四、高含硅稠油污水回用锅炉技术总体评价

高含硅稠油污水回用锅炉技术在欢四联进行扩大示范后，可实现注汽锅炉安全平稳运行，实现吨水处理成本由7.4元/t下降至3.8元/t，大幅降低水处理成本，目前已经在全局稠油污水处理上进行规模应用，年节约成本1.2亿元。