污水沉降罐排泥工艺试验及对比

大庆油田工程有限公司

污水沉降罐排泥工艺试验及对比

王 潇

大庆油田工程有限公司

沉降罐是污水处理系统中应用最广泛的工艺设备，在实际运行过程中，污水中的重质颗粒在重力作用下沉降至罐底，形成罐底泥层，如不能及时排出，将会随水流进入后续处理设备，影响设备运行。目前油田应用的排泥工艺种类繁多，但排泥设备运转周期完全依靠经验决定，排泥无规律性、效率低。本试验项目针对沉降罐的三种排泥方式，制作小型沉降试验装置，内部可分别安装三种可拆卸式排泥工艺，进行了现场应用试验。试验结果表明，影响排泥效率的主要因素是服务面积和污泥流动性。泵吸式排泥影响出水水质时间为3天，静压穿孔式排泥影响出水水质时间为1天，负压排泥影响水质时间为1～2天。

污水；沉降罐；排泥工艺；水质；参数优化

沉降工艺是目前油田污水处理系统应用最广泛的工艺，沉降效果好坏直接影响后续处理工艺稳定性，而沉降罐内积累的污泥能否及时有效地排出，将直接影响沉降罐出水水质。目前油田沉降罐应用的排泥工艺主要是静压穿孔式排泥、负压排泥和泵吸式（集泥坑）排泥，也定期采用人工清淤方式清除罐底淤泥，但在应用过程中都存在一定问题。且排泥设备运转周期完全依靠经验，没有对罐内污泥层厚度、特性等深入研究，导致排泥无规律性。因此，开展了污水沉降罐排泥工艺模拟试验，并对试验效果进行了分析。

1 排泥工艺原理

1.1 油田含油污水中污泥的来源

油田含油污水本身存在大量的泥砂、悬浮物和其他颗粒杂质。在沉降分离阶段，通过重力沉降分离泥砂沉于罐底部，形成底部淤泥，这部分污泥的颗粒直径较大，占污泥总量的30%左右。在过滤设备反冲洗过程中，滤层截留的大量杂质随着反冲洗排水进入污水处理工艺的污水回收水池，此类污泥的颗粒直径较细，总量较多[1]。

1.2 油田常用的排泥工艺及工作原理

（1）静压穿孔式排泥。静压穿孔原理是在污水罐底部敷设中高密度聚乙烯穿孔管或钢质穿孔管，利用罐内液体自身水压将罐底污泥通过穿孔管进入排泥管内，实现排泥[2]。静压穿孔排泥技术和其他技术相比，工艺及设备简单、投资小、操作简便、工程改造方便，无需附加动力。但易形成死角，造成淤积堵塞。

（2）负压排泥。负压排泥原理是在罐内底部铺设负压排泥器装置，以液体射流为理论基础，利用外部助排气产生的负压效应，将罐内底部污泥携出[2]。负压排泥技术工艺简单、吸力强、吸泥量大、排泥均匀，可利用出口压力实现由低液位向高液位排泥。但改造过程中投资大、工程量多、操作复杂，需外加助排液，导致排污量增加。

（3）泵吸式（集泥坑）排泥。在沉降罐底部设置若干集泥坑，当集泥坑污泥集满后，利用阀室内的排泥泵将污泥排至罐外。清除的污泥浓度高、含水率低，但因集泥坑面积的局限性，服务面积小。

2 现场试验情况

2.1 排泥试验流程

试验项目针对沉降罐的三种排泥方式，制作了小型沉降试验装置（4m×10m），内部可分别安装三种可拆卸式排泥工艺。试验水源取自杏十联污水站沉降罐的进水，可用作混凝沉降的排泥效果试验；沉降出水通过提升泵重新打回原系统（站内缓冲罐进水口），试验装置排出的油利用液位差排到回收池内，排出的污泥经储泥罐收集后用泵提升至回收池[3-5]。

2.2 排泥试验主要设备及运行参数

为评价三种排泥方式的效果，设计了一套可视化沉降模拟试验装置，并在沉降罐不同高度处制作了12块30cm×50cm视镜，以便观察在不同的排泥方式下，在相同的沉降时间内污泥层的厚度或在同一污泥层高度下各排泥工艺排泥后污泥层高度变化。试验装置见图1。

图1 试验主要单元装置

装置运行参数见表1。

表1 排泥试验参数

2.3 排泥试验装置工艺参数

（1）静压穿孔管。根据《油田采出水处理设计手册》规定选取DN159mm钢质穿孔管。穿孔管孔径采用25mm，排泥管开孔位置采用分段等距布孔，按孔数交错从末端向起端均布孔眼，间距为0.3m，孔眼向下与垂线成45°交叉排列。管与管中心距为2m，穿孔管布置在罐壁与中心筒外壁形成的环形空间内。

（2）负压排泥装置。助排液压力为0.6～1.5 MPa；助排液流量≥11.24m3/h；最大负压值为0.01MPa；排污器最大外径为159mm；排污器总长为1800mm。分别携带4个吸盘，吸盘均匀布置，每个吸盘吸泥面积为3～4m2，安装在罐体底部，吸盘距罐底20cm。

（3）泵吸式集泥坑。依据油田实际应用情况，DN20m的沉降罐底部设置d=2m×1.2m的集泥坑4个，本试验考虑到沉降罐高度对固体悬浮颗粒沉降效果的影响，为保证试验和实际生产的一致性，设计0.4m×1.2m集泥坑4个。

3 排泥工艺效果对比

3.1 三种排泥工艺现场排泥参数优化

试验规模根据模拟沉降罐的有效容积及实际的沉降时间计算，污水处理量约为20m3/h，每种排泥装置试验前，分别投加干泥100kg，同时投加絮凝剂300mg/L（144kg），运行2天后污泥层高度约0.35m。分别对三种排泥工艺进行效果考察，确定每种排泥工艺的最佳排泥参数。试验采用人工制泥方式，污泥总量计算方法为：

污泥总量=投加干泥量×（1-干泥含水率）+絮凝剂投加量+沉降处理水量×沉降进、出水悬浮物含量差值（假设沉降罐中去除悬浮物全部沉底）

每次排泥试验运行3～5天，待水质稳定后人工清淤，进行下一阶段排泥试验。

排泥开始阶段立刻取样，随后每隔15s取1次，直至样品外观由乌黑逐渐与沉降出水水质相仿时停止，排泥过程结束。通过视窗观察沉降罐底部污泥层高度及变化情况，确定排泥是否彻底。

3.1.1 静压穿孔管排泥参数优化

分别考察了两种形式下的排泥量：①单管逐次排泥；②双管同时排泥。具体排泥情况如图2所示。

图2 静压穿孔管排泥参数对比

静压穿孔管排泥时，单管逐次排泥排出液含固浓度要大于双管同时排泥。同时检测两种参数条件下排出液体积，单管逐次排泥的排出液体积（18m3）也要大于双管同时排泥的体积（11m3）。可见，静压穿孔管排泥工艺最佳排泥形式为单管逐次排泥，每根管排泥时间约为5.25min，因此总排泥时间为10.5min。

3.1.2 负压排泥器排泥参数优化

负压排泥器排泥效率的高低取决于助排液压力对负压值的影响，现场试验分别检验了不同助排液压力下的排泥情况，试验数据如图3所示。

图3 负压排泥器排泥参数对比

排出液含固浓度随助排液压力升高而加大。压力升至0.9MPa后，含固浓度与排出液体积不再变化。确定0.9MPa为最佳助排液压力，排泥时间约为10min。3.1.3泵吸式（集泥坑）排泥参数优化

分别考察了三种排泥形式下的排泥量：①单个集泥坑分别排泥；②2个集泥坑同时排泥；③4个集泥坑同时排泥。泵吸式排泥参数对比见图4。

图4 泵吸式排泥参数对比

泵吸式的几种排泥形式下，排出液含固浓度随排泥坑数的减小而降低，计算排出污泥量。确定单坑逐次排泥为最佳形式，排泥总时间18min。

3.2 排泥量对比

不同排泥设备单次排出的污泥量是判断其排泥效果的主要依据，排泥情况见图5。

图5 不同排泥工艺排出液含固量趋势对比

排出污泥量主要由排出液总量及排出液含固浓度两因素决定，即排出污泥总量是排出液浓度与排出液体积的乘机。排出液体积可由电磁流量计直接读出，对各阶段排出液固体浓度曲线趋势定积分，求出排出液平均浓度。

根据排泥时间与悬浮物含量的曲线图，通过对时间积分可计算出悬浮物总固体含量。泵吸式（集泥坑）排泥工艺单次排出干泥量为56.6kg；负压排泥单次排出干泥量为25.9kg；静压穿孔管排泥单次排出干泥量为38.2kg。

从不同排泥工艺排泥前后的沉降罐底部污泥层高度来看，三种排泥效率均较低，单次排泥后污泥层高度不会产生明显变化。结合污泥层厚度形成时间及每种排泥工艺的排泥效率可计算出每种排泥工艺的排泥周期，见表2。

表2 不同排泥工艺排泥效果对比

负压排泥器2 6 2 2 5 . 1 2 5 . 9 1 1 . 5 1 8

3.3 不同排泥工艺对沉降出水水质的影响

不同排泥设备排泥时，均会对沉降罐底部引起水流搅动，造成沉降出水水质波动。结合排泥前后沉降罐不同高度的污水中悬浮物含量，可以确定不同的排泥设备在排泥时，对污水沉降罐沉降效率的影响。

静压穿孔管排泥在底部小范围内产生影响，1天后沉降出水恢复正常；负压排泥器排泥时沉降罐底部污水流速较大，底部搅动剧烈，排泥2天后沉降出水恢复正常；泵吸式（集泥坑）排泥时底部水流速度加剧，搅拌非常剧烈，排泥后3天沉降出水恢复正常。

4 结论

（1）从排泥效率上对比，常用的三种排泥工艺效率均不高，泵吸式（集泥坑）排泥效率最高，也仅达到25.4%，静压穿孔式排泥为16.6%，负压式排泥为11.5%。影响排泥效率的主要因素有两点：一是服务面积；二是污泥流动性。

（2）泵吸式影响出水水质时间为3天，静压穿孔管影响出水水质时间为1天，负压排泥器影响水质时间为1～2天。

（3）三元驱污水仅依靠自然沉降，罐底污泥堆积至0.5m需耗时152天。按照上述排泥效率计算排泥周期，泵吸式（集泥坑）排泥周期约为39天，静压穿孔式排泥约为25天，负压式排泥约为18天。

[1]周兰英．污水站污泥排除及处理工艺的优化[J]．油气田地面工程，2012，31（2）：34-36．

[2]金彦雄．任彦中．大庆油田含油污水沉降罐排泥技术[J]．油气田地面工程，2005，24（8）：24-25．

[3]胡殿启．沉降罐排泥工艺现场试验[J]．油气田地面工程，2011，30（5）：99．

[4]毕强．沉降罐排泥工艺运行探讨[J]．中国石油和化工标准与质量，2012（15）：113．

[5]马春燕．污水站污泥处理工艺优化[J]．油气田地面工程，2010，29（5）：49-50．

（0459）5902944，wangx01_dqdod@petrochina.com.cn

（栏目主持张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.6.011

王潇：助理工程师，2009年毕业于大庆石油学院土木工程专业，现就职于大庆油田工程有限公司工业建筑室。