涡凹气浮+流砂过滤在大港油田污水处理中的应用

中国石油大港油田分公司采油工艺研究院

涡凹气浮+流砂过滤在大港油田污水处理中的应用

麻建军

中国石油大港油田分公司采油工艺研究院

油田污水处理过程中去除微粒杂质是水质能否达标的关键，高效流砂过滤装置能够替代传统固定床过滤系统，在给水处理、废水处理、废水的深度处理和回用处理中具有明显的优势，在大港油田3座污水处理站的精细污水处理中进行了应用。现场应用情况表明：涡凹气浮+流砂过滤技术在中北部的唐家河污水站和南三污水站应用效果比较理想，气浮机在各污水站的除油率均在60%以上；而在南部采油三厂对于腐蚀性强、矿化度高的段一污水适应性较差，原因在于曝气除硫时悬浮物增加，同时系统结垢加重，致使涡凹气浮+硫砂过滤无法正常运行。

污水精细处理；涡凹气浮；高效流砂过滤；大港油田

油田污水处理过程中用于去除微粒杂质的设备是水质能否达标的关键设备，高效流砂过滤装置能够替代传统固定床过滤系统，可应用于给水处理、废水处理、废水的深度处理和回用处理，与以往的核桃壳、纤维球过滤器相比，有明显的优势，在大港油田3座污水处理站的精细污水处理中进行了应用。

1 工作原理

高效流砂过滤装置由2个工作单元组成：涡凹气浮单元和高效流砂过滤单元[1]。

1.1 涡凹气浮单元

涡凹气浮（CAF，Cavitation Air Floatation）装置主要由曝气池和气浮池两部分构成。装置最前端的曝气池向来水投加混凝剂，曝气机高速旋转所产生的负压将空气吸入，空气与污水充分混合后，在混凝剂的作用下，悬浮颗粒形成絮状物的油上浮，形成的泥渣由刮泥装置排除。处理后的水由另一端进入下一级装置——流砂过滤器。为了更好地去除污水中的油，在气浮阶段需要添加混凝剂和絮凝剂。气浮原理示意图见图1。

图1 涡凹气浮原理示意图

相对其他传统的气浮技术，涡凹气浮在含油废水处理中的设备占地、能耗、投资等方面，都具有较强的优势，见图2。

图2 不同气浮技术对比

1.2 流砂过滤单元

高效流砂过滤装置模型见图3，流砂过滤器结构见图4。

图3 高效流砂过滤装置模型

1.2.1 原水过滤过程

原水从进水管进入到锥型的引水道，再进到滤床；经过滤床时悬浮物被砂子截留变成干净的过滤水；过滤水经过溢流堰，由出水管流出过滤器外。

1.2.2 滤料清洗再生过程

被悬浮物污染的砂子，在重力作用下通过锥形的砂分配器、从倾斜通道下落到集砂箱，由提砂泵输送到上部洗净槽的洗砂装置中。被污染的砂子在提升过程中先与水和空气剧烈摩擦，在空气分离器中空气与砂、水分离，砂子因重力通过洗砂装置的通道下降，清洗水（部分过滤水）则通过清洗水管从洗砂装置的下部流到通道内。两者相对接触，砂子被洗净。干净的砂子重新均匀分布到滤床中央，洗砂污水通过排水装置排出。洗砂污水的用量可通过排水装置的调节堰进行调节。

图4 流砂过滤器结构

2 现场应用

涡凹气浮+流砂过滤技术在大港油田唐家河污水站、段一污水站和南二污水站进行了现场应用。由于唐家河、段六拨、周青庄油田地层渗透率低，回注要求指标严格，因此3座污水站先后采用了涡凹气浮+流砂过滤的处理技术，但处理效果存在差异，见表1。

表1 各污水站现场应用效果

2.1 除油效果

3座污水站来水及气浮段除油效果见表2。

表2 各污水站来水及气浮段除油效果

从表2可以看出，气浮机在各污水站的除油效果好，除油率均在60%以上。

2.2 除悬浮物效果

3座污水站流砂过滤段处理效果见表3。

表3 各污水站流砂过滤段处理效果

从表3可以看出，流砂过滤器在唐家河污水站和南三污水站处理效果良好，而段一污水站的流砂过滤器效果较差。段一污水站进口悬浮物远远高于进口的设计指标要求，没有满足过滤器进口指标要求，因此处理效果不理想。

段一污水站始建于2006年，当时采用核桃壳+纤维球过滤的处理工艺，2009年为了解决段一污水站所应用的纤维球过滤工艺在南部油田的工艺适应性较差，纤维球滤料频繁污染、破损，污水处理效果差的问题，同时为了进一步提高腐蚀结垢治理的效果，深化腐蚀结垢治理研究，开展曝气除硫新技术研究试验，试验应用涡凹气浮+流砂过滤器进行技术升级改造。段一污水处理系统工艺流程示意图见图5，段一污水站各处理单元水质情况见图6。

图5 段一污水处理系统工艺流程示意图

图6 段一污水站各处理单元水质情况

段一污水站采用曝气装置+涡凹气浮+流砂过滤器处理后，悬浮物严重超标，设备结垢严重，系统无法正常运行。

分析原因认为，曝气罐通过曝空气去除污水中的S2-，S2-被氧化为S沉淀，悬浮物含量增加。污水在接触氧的情况下，Fe2+离子会逐渐被氧化生成Fe3+离子，进而水解生成絮状胶体，使污水中的悬浮物含量增加。曝气罐出水悬浮物过高，气浮出口悬浮物远远超出流砂过滤器进口设计的指标要求，导致最终出水悬浮物不达标。同时，污水曝气引起了结垢趋势增加，管道半个月时间结垢达到5 mm，同时出现过滤器石英砂板结现象。

2.3 加药量使用情况

唐家河污水站、段一污水站、南三污水站加药情况见表4。

表4 各污水站加药情况

从表4可以看出，虽然南三污水站实际处理水量较其他2座污水站处理水量小，但加药量却很高，分析原因认为：南三污水站系统来水含油不稳定（39～65 mg/L），前端只有一具100 m3缓冲罐，除油效果不好，只有通过增加加药量才能保证气浮出口水质，不然会影响气浮处理效果，造成后端流砂过滤器砂子被污染，导致悬浮物固体含量时有超标。只有前端水质控制好，才能保证出口水质满足指标要求。

3 结论及建议

（1）通过3座污水站的现场应用情况表明，涡凹气浮+流砂过滤技术在中北部的唐家河污水站和南三污水站应用效果比较理想，而在南部采油三厂对于腐蚀性强、矿化度高的段一污水适应性较差。

（2）段一污水站处理效果不理想的原因在于曝气除硫时悬浮物增加，同时系统结垢加重，致使涡凹气浮+流砂过滤无法正常运行。

（3）为确保流砂过滤器处理水质合格，应保证前端水质，及时检修设备、投加药剂，或者在气浮前端增加沉降罐，保证气浮出水，否则会增加流砂过滤器的处理难度，造成滤料污染、板结，反洗困难。因此必须加强现场管理，保证各处理单元的处理效果，才能保证最终水质达标。

[1]霍夙彦，李智慧，赵昕铭，等．高效流砂过滤器[J]．油气田地面工程，2010，29（7）：105.

（栏目主持 张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.11.016

麻建军：工程师，2005年毕业于长江大学石油工程专业，获学士学位，现从事地面系统配套规划方案、老系统调整改造规划方案的编制以及新工艺、新技术的引进和推广等工作。

2015-04-09

022-63956827、majianjun-1982@163.com