一、引言

孤島油田進(jìn)入特高含水期開(kāi)發(fā)階段以來(lái)，隨著注聚、稠油、熱采等三次采油工藝和各種增產(chǎn)措施的應(yīng)用，采出液原油物性發(fā)生了較大變化，表現(xiàn)為原油密度增加、粘度增大、采出液聚合物含量增加、乳化狀態(tài)復(fù)雜，原油脫水和污水處理難度越來(lái)越大，處理后的污水水質(zhì)普遍較差。

截止目前，孤島采油廠注聚區(qū)和稠油區(qū)的產(chǎn)液量和產(chǎn)油量占全廠的83％，其中注聚區(qū)污水為100×10³·d^-1，占總水量的75％，各聯(lián)合站外輸污水油含量猛增，質(zhì)量濃度最高達(dá)2 800 mg·L^-1。以上，加大了回注和外排污水的處理難度。磁絮凝法廣泛應(yīng)用于工業(yè)水處理、油田污水處理，通過(guò)配合氣浮工藝可有效處理油田高含量聚合物污水，污水指標(biāo)可達(dá)到回注標(biāo)準(zhǔn)。

二、問(wèn)題分析及方案

勝利油田孤島采油廠孤三聯(lián)合站日處理含聚合物采油污水18×10³m³，在采出液中發(fā)現(xiàn)含聚合物前，使用常規(guī)藥劑即可完成原油破乳和污水處理工作。隨著油田的不斷開(kāi)發(fā)，孤三聯(lián)合站采出液性質(zhì)更為復(fù)雜，乳化狀態(tài)更加穩(wěn)定，給原油破乳和污水處理帶來(lái)很大困難，2007年外輸污水中油的質(zhì)量濃度達(dá)到1 500 mg·L^-1 左右。對(duì)孤三聯(lián)合站污水中聚合物含量檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，采出液中聚合物質(zhì)量濃度平均為88mg·L^-1，原油密度為0.9624g·cm^-3，詳見(jiàn)表1。

表1 目前和要求的污水達(dá)標(biāo)水質(zhì)

針對(duì)孤三聯(lián)合站污水含油高、常規(guī)處理方式難以處理的問(wèn)題，提出了“高效溶氣氣浮+磁分離的方案”。

磁分離(COMag)技術(shù)是利用外加磁場(chǎng)增強(qiáng)絮凝，以達(dá)到高效沉降和過(guò)濾的目的，是一種高效的分離微粒和超微粒的技術(shù)。原理是通過(guò)外加磁場(chǎng)使本身具有磁性的物質(zhì)可以直接進(jìn)行磁分離，本身無(wú)磁性的物質(zhì)可以通過(guò)投加磁粉磁化后進(jìn)行分離。

單獨(dú)使用磁粉處理含油污水，雖然操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用較低，但出水含油量難以達(dá)標(biāo)。因此為了提高處理效果，試驗(yàn)在加入磁粉的同時(shí)加入絮凝劑與助凝劑，使絮凝作用得到強(qiáng)化，再通過(guò)磁分離器將磁絮凝體分離除去，可得到較好的處理效果。該工藝以前在工程實(shí)際中應(yīng)用極少，原因是磁粉的回收技術(shù)一直沒(méi)有很好的解決，造成在實(shí)際工程中運(yùn)行成本高，污泥處理困難，而現(xiàn)在這一點(diǎn)技術(shù)難題己經(jīng)被攻破，得到了很好的解決，磁粉的回收率達(dá)到99％以上。

三、小試

3.1 絮凝劑用量的確定

無(wú)機(jī)和有機(jī)絮凝劑復(fù)配使用比單一的無(wú)機(jī)絮凝劑如聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵或有機(jī)陽(yáng)離子聚合物等絮凝劑效果更為明顯，同時(shí)絮凝劑和磁粉具有協(xié)同作用，通過(guò)小試確定復(fù)合絮凝劑和磁粉的最佳用量。

PAC為絮凝劑A，其用量對(duì)除油、除懸浮物的影響見(jiàn)圖1。

由圖l可知，絮凝劑A的最佳用量為50mg·L^-1。

評(píng)價(jià)優(yōu)選陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(PAM)類(lèi)絮凝劑B，在A劑加藥量50 mg·L^-1的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)了B劑對(duì)除油、除懸浮物的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，絮凝劑B的最佳用量為2 mg·L^-1。

3.2 磁粉用量的確定

磁粉中Fe₃O₄ 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)>98％，粒徑主要集中在2~12μm。對(duì)磁粉進(jìn)行透射電鏡分析表明，磁粉并非理論計(jì)算中所采用的球形顆粒，而是多棱角的楔形，因此可認(rèn)為磁粉產(chǎn)生高梯度效應(yīng)的粒度比計(jì)算值要大。

試驗(yàn)考察了絮凝劑A與B的配合使用，A、B用量分別為50 mg·L^-1和2 mg·L^-1的條件下，磁粉不同加入量對(duì)去除金屬離子、油、COD及沉降速度的影響，結(jié)果如圖3和圖4所示。

從圖3和圖4中可以看出，當(dāng)3.0 mg·L^-1時(shí)，各種金屬離子的去除率都已較高，污水中油的質(zhì)量濃度可以降到30 mg·L^-1以下。結(jié)合實(shí)際考慮，現(xiàn)場(chǎng)磁性加載物用量為3.0 mg·L^-1。

從圖5中可以看出，隨磁粉用量增加達(dá)到相同污泥體積沉降所需的時(shí)間最短， 當(dāng)磁性加載物用量在3.5 mg·L^-1時(shí)已具有較好的效率。

3.3試驗(yàn)結(jié)果

用磁分離技術(shù)對(duì)孤三聯(lián)合站污水進(jìn)行綜合處理試驗(yàn)，具有較好的效果，處理后油、懸浮物含量和濁度已經(jīng)很低，見(jiàn)表2。

表2 小試綜合結(jié)果

四、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

4.1 流程

孤三聯(lián)合站脫水工藝采用三段沉降、電化學(xué)脫水工藝，污水處理為二級(jí)重力沉降除油工藝。試驗(yàn)前日使用XPI一5085B破乳劑500 kg，污水站來(lái)水油的質(zhì)量濃度在3 000 mg·L^-1以上，外輸污水油的質(zhì)量濃度1 500 mg·L^-1左右。

來(lái)水首先經(jīng)高效溶氣氣浮除油，去除率90％左右。氣浮出水流入反應(yīng)劑混合罐，在罐中添加絮凝劑和磁粉，水力停留時(shí)間(HRT)約為2 min，混合物流入錐形底的澄清罐中，通過(guò)外加磁場(chǎng)，在磁感應(yīng)強(qiáng)度0.05T條件下，磁性絮狀物夾帶著所有固體顆粒包括殘油迅速沉淀，進(jìn)入系統(tǒng)的污泥層，總HRT約為8 min。絮凝出的污泥進(jìn)入磁鼓對(duì)磁粉進(jìn)行分離過(guò)濾后回收，污泥排入污泥池處理，回收的磁粉回反應(yīng)混合罐循環(huán)使用，磁粉不需要連續(xù)投加，只需根據(jù)磁粉損失量定期投加。

4.2 結(jié)果

在完善小試結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行試驗(yàn)，處理能力160 m3·d^-1，連續(xù)運(yùn)行40 d，絮凝劑A(PAC)投加量50 mg·L^-1，絮凝劑B(PAM )投加量2 mg·L^-1，反應(yīng)罐中磁粉投加量(初期)3.5 mg·L^-1。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)處理后水質(zhì)

裝置運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了很好的效果，經(jīng)處理的污水能達(dá)到回注水的標(biāo)準(zhǔn)。若經(jīng)簡(jiǎn)單的曝氣處理，則可達(dá)到外排標(biāo)準(zhǔn)。

五、結(jié)論

采用“高效溶氣氣浮+磁分離”工藝進(jìn)行了孤三聯(lián)污水站的高含量聚合物油田污水處理的小試和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果表明，處理后的水質(zhì)能夠達(dá)到油田回注標(biāo)準(zhǔn)，油和懸浮物的質(zhì)量濃度均在5 mg·L以下；處理速度快，處理過(guò)程總HRT為8 min左右；污水處理成本較低，設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，除了正常的維護(hù)外，不用更換部件而造成的二次投資，正常情況下運(yùn)行成本在0.15~0.5元·t^-1左右，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。由于外排水對(duì)去除CoD和BOD要求低于120mg·L^-1，因此若要使處理后的水質(zhì)達(dá)到外排標(biāo)準(zhǔn)，還需在污水處理系統(tǒng)中增加生物處理系統(tǒng)。(來(lái)源：藍(lán)白蘭網(wǎng))