CN100569671C - 油田污水处理方法 - Google Patents

Abstract

一种油田污水处理方法，包括以下工序：1、气浮除油工序，包括：在含油污水中通入空气或天然气，使水中产生气泡，水中的分散油珠粘在气泡上，随气体浮在水面上加以回收；2、离子调整工序：经工序1净化的水进入混合器，向混合器中加化学剂以除去有害物质；3、快速沉降工序：经工序2出来的污水通过泵送入混合罐，罐中加入混凝剂和铁粉，在沉降罐中沉降；4、沉降罐出来的清水送至过滤器工序得到清水；5、沉降后的污泥送至污泥离心脱水工序。本发明的优点：装置占地面积小，除油效率和质量高，污水的腐蚀速率由改性前的1.5mm/a降低到0.076mm/a；沉降速度快；反冲洗时间间隔长，反冲洗时间缩短；污泥中的含水降到70%以下。

Description

油田污水处理方法

技术领域

本发明涉及一种油田污水处理方法。

背景技术

我国已开发的油田90％以上属于注水开发，当前油田综合含水已达到89％，日产污水量400万m³，加上每天的洗井水，钻井、作业、机械冷却设备、场地清洁水等预计500万m³/d左右。

油田产生的污水不管是用于排放还是用于作为油田注入水进行利用都需要先进行污水处理。全国现有5000m³/d-30000m³/d处理能力的污水站300个左右，这些污水处理站基本上是24小时连续运行。

当前油田污水处理方法包括：重力式污水处理方法、压力式污水处理方法和浮选式污水处理方法，其中：

一、重力式污水处理方法(如图1所示)，其处理步骤依次是：向污水原水中加入缓蚀剂、阻垢剂和杀菌剂，利用自然除油罐进行自然(或斜板)除油——向从自然除油罐中出来的污水中加入混凝剂利用混凝沉降罐进行混凝沉降，除悬浮物——从混凝沉降罐中出来的水利用压力滤罐进行压力(或重力)过滤除去机杂以得到净化水。此方法主要是依靠重力(油水密度差)将油除去，悬浮物和机杂沉降排出，经过过滤得到净化水。此方法的优点是工艺简单，能除去水中的颗粒物和油。此方法的主要缺点，设备体积大，除油、除悬浮物、除机杂时间长，效率低，水质不稳定，污泥无法处理，造成污染环境。

二、压力式污水处理方法(如图2所示)，其处理步骤依次是：向污水原水中加入缓蚀剂、阻垢剂和杀菌剂，利用旋流(或立式)除油罐除去污水中的油——将从旋流(或立式)除油罐中出来的污水利用粗粒化聚结器进行聚结分离——将从粗粒化聚结器中出来的污水中加入混凝剂利用压力沉降罐进行压力沉降——将从压力沉降罐中出来的污水利用一、二级压力过滤器进行过滤以得到净化水。此方法处理净化效率高，污水在处理流程内较重力式流程时间短，但是此方法存在受处理量的波动而造成水质不稳定的缺点。尤其由于絮凝时间长，使压力沉降罐数量增多，占地面积大，投资高。另外过滤器的滤料是传统式的，污染严重，使用周期短。污泥得不到处理和回收。

三、浮选式污水处理方法(如图3所示)，其处理步骤依次是：向污水原水中加入缓蚀剂、阻垢剂和杀菌剂，利用缓冲罐进行预处理——向从缓冲罐出来的污水中加入浮选剂、混凝剂，利用射流或诱导浮选装置进行分离——将从射流或诱导浮选装置中出来的水利用压力滤罐进行过滤。此方法由于使用气浮，污水处理效率高，自动化程度高，预制化程度高，现场工作量小，适用海上油田使用。但缺点是由于简化了沉降工艺，其机杂的沉降都加在压力滤罐内，因此滤料污染严重，反冲洗量大，污泥得不到处理，水质稳定性差。

现有的污水处理方法都存在一定的缺陷，而且现有的污水处理方法还存在着共同的缺点：

1、处理后的污水中含有溶解氧O、CO₂、HS^-、HCO₃ ^-、Mg²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、硫酸盐还原菌(SRB)等有害物质，处理后的污水作为回注水利用时会出现结垢、细菌繁殖、及有害物质对地面管线、储罐、井内油套管等腐蚀，给油田带来很大的维护工作量和资金的投入。如胜利油田2000年-2004年的统计，污水干线穿孔3443次，环保赔偿6865万元，仅更换注水管线耗资1.05亿元，最高腐蚀速率高达2.5mm/a，超过国家标准0.076mm/a的31倍，21％的注水井因腐蚀而造成套管穿孔。

2、污水处理后沉降下来的污泥含水高，无法处理，严重污染环境。油田污水处理过程中，大体上每1000m³污水中，要产生1.0-1.5m³/1000m³污泥，当前用压板机处理后的污泥含水量为92％，给运输、处理造成困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种油田污水处理方法，本方法克服重力条件下，自然除油、斜板除油时间长，容器体积大的缺点，缩短污水的停留时间，提高了沉降效率和过滤速度，提高污水处理质量，减少滤后水的结垢、腐蚀问题，减少污泥中的含水量，便于污泥的装载和运输处理。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：这种油田污水处理方法包括以下工序：

(1)、气浮除油工序，它包括：在含油污水中通入空气或天然气，使水中产生气泡，分散在水中的油珠粘在气泡上，随气体浮在水面上加以回收；

(2)、离子调整工序：经气浮除油工序净化的水进入混合器，水中加有离子调整剂，以除去有害物质；

(3)、快速沉降工序：离子调整工序出来的污水通过泵送入搅拌罐，水中加有絮凝剂和铁粉，从搅拌罐出米的水进入沉降罐，并在沉降罐中沉降。；

(4)、沉降罐出来的水送至过滤器工序，得到清水；

(5)、沉降罐出来的污泥送至污泥离心脱水工序。

所述的沉降后的污泥经铁再生工序后送至污泥脱水工序。

所述的过滤器工序设有反冲洗设备。

所述的反冲洗水接入回收罐再返回气浮除油工序。

本发明的优点是：气浮除油，代替目前立式大缸加斜板自然重力除油方法，装置占地面积缩小，除油效率和质量提高；增加加调整剂工序对油田污水进行改性，污水的腐蚀速率由改性前的1.5mm/a降低到0.076mm/a，注入水质连续几年达标，处理后的污水与地层完全配伍；加入铁粉，加大了聚结物的质量，加快了沉降速度；过滤滤料中的石英砂改为人造陶粒，提高滤层的孔隙度和表面吸附能力，改进后的过滤器的滤速由原来的8～12m/h提高到20m/h以上，滤后的机杂含量小于1mg/L，比原过滤器提高了1倍；过滤器的反冲洗时间间隔由原来的8小时延长到12小时，反冲洗时间由3小时缩短为1.5小时，功效提高1倍；各工序沉降下来的沉降物泵入离心污泥脱水机，使污泥中的含水降到70％以下，大大方便了污泥的装载和拉运难题。

附图说明

图1重力式污水处理流程图

图2压力式污水处理流程图

图3浮选式污水处理流程图

图4本发明工艺流程框图

图5a为已有过滤器结构示意图

图5b本发明过滤器结构示意图

图1、图2、图3、图5a、图5b中，20为自然除油罐，21为混凝沉降罐，22为缓充罐，23、25、28、30、33、36、39为泵，24为压力滤罐，26为反冲洗水罐，27为回收水罐，29为污油罐。31为旋流(或立式)除油罐，32为粗粒化聚结器，34为压力沉降罐，35为一、二级压力滤罐，37为缓冲罐，38为射流或诱导浮选装置，40为压力滤罐，41为精细滤罐。

图5a中，42-1、12-1为无烟煤层，42-2为石英砂层，42-3、12-3为磁铁矿层，42--4、12-4为卵石层，12-2为人造陶粒层，42-5、12-5为配水干管，42-6、12-6为配水支管。

图4中，1为气浮除油设备，2为混合器，3为污水泵，4为搅拌罐，5为沉降罐，6为泵，7为污油罐，8为泵，9为回收罐，10为反冲洗水罐，11为泵，12为过滤器，13为铁粉再生器，14为运输工具，15为污泥分离机。

图4中分为五个工序，即：气浮除油工序(流程框图中以划线为界，以字母A表示)，同样，还有离子调整工序B，快速沉降工序C，压力过滤工序D以及污泥脱水工序E，上述各工序施工，可以先将配管与设备连接好(简称模块)，到现场安装，使工厂预制化程度达到70％以上。极大的缩短设备的制造和安装周期，提高制造质量，节约设备投资40％。

具体实施方式

气浮除油，就是在含油污水中通入空气(或天然气)，在水中产生微细气泡，可同时加入浮选剂和混凝剂，使污水中的0.25-25μm的分散油珠粘附在气泡上，随气体浮在水面加以回收，从而达到除油的目的。

表面能公式

W＝σ·S

式中W——表面能，J；

σ——表面能力，N/m；

S——液体表面积，m²

表面能是储存在液体表面的位能，油水接触产生的界面张力，油珠是球状分布在水中。当把空气通入含有分散油的污水中，形成大量的微小气泡，油粒就像和水一样具有粘附到气泡上的趋势。

气浮方法除了溶气气浮法外，还可以采用射流气浮法、诱导气浮法、多孔材料鼓风布气气浮法等。

在气浮除油工序中，向原污水中加入的化学药剂有常用的阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂，还可以加入浮选剂(石油磺酸盐)。

加入阻垢剂的目的是：在晶体中引入杂质，阻碍晶体的进一步生长，或使晶体的晶格发生变形，使晶体变得疏松肿胀而易于被水流带出***，阻垢剂有无机阻垢剂如磷酸钠等。

加入缓蚀剂的目的是：它可抑制或降低金属和合金的腐蚀速度。常用的缓蚀剂：无机缓蚀剂、有机缓蚀剂，复合缓蚀剂，表面活性剂，例如：聚磷酸盐、有机胺等。

常用的杀菌剂有：1227及戊二醛等。

本发明方法中，在除油工序之后，设置一个混合器，进入混合器的经气浮除油的净化水中加有与水中离子反应的化学物质(简称离子调整剂)，该离子调整剂为复合碱即：由NaOH与Ca(OH)₂的混合而成，利用碱中的“OH^-”离子与水中含有的离子反应，将水中的有害物质除去。其反应有：

1)OH^-与H⁺生成H₂O并除去水中的HCO₃ ^-，进而生成CaCO₃沉淀；

2)由于水中的溶解氧O将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，利用OH^-来生成Fe(OH)₃沉淀；

3)OH^-与HS^-反应生成S^2-、S^2-与多价金属离子生成硫化物沉淀；

4)利用生成沉淀过程的卷集作用和OH^-的杀菌作用，除去SRB；

5)OH^-加入污水中，可以调整污水的PH值成中性，增强了污水和油层的配伍性。

为了加速沉降，在连接混合器的泵出口连接一带有搅拌器的搅拌罐，进入搅拌罐中的水中加有絮凝剂(聚丙烯酰胺)和铁粉。

所述的絮凝剂为硫酸铝、硫酸铁、聚合铝，它们与水中的碱类生成水合氧化物起凝结作用。

具体实施方式

以下实施例中，是将本发明中各主要工序与改进前的相应工序进行实验比较，结果如下：

实施例1

采用气浮除油工序，代替目前立式大缸加斜板自然重力除油方法。

日处理能力20000m³/d的油田污水处理站。靠自然重力分离除油的大罐体积为5000m³两座，占地面积4545.5m²×2即909m²，使来水原油含量750mg/L，处理后含油降到30-50mg/L。在处理量相同的条件下，采用气浮方法除油，采用诱导气浮法，设备为扬州澄露环境工程有限公司生产的YTF型诱导气浮机，该设备采用空气搅拌方式带动水气浮，不需外加气浮剂，该装置的体积为100m³×2即200m³，占地面积20m²×2即40m²，经过气浮除油，可使来水含油量由750mg/L降至20～30mg/L。由此可知，气浮除油较自然重力除油工艺，装置占地面积缩小23倍，除油效率和质量提高。

实施例2

采用加离子调整剂的方法除去油田污水中的有害成份，既缓解注水***的金属腐蚀又保证了注入水质的达标率，提高了处理后的污水与油层水的配伍性。

污水对罐、管、泵、井的金属腐蚀速率在0.5～1mm/a，超出国家规定0.076mm/a标准的6.5～13倍。注入水质PH值偏酸性和地层不配伍，造成油层堵塞；处理后的污水机杂和颗粒直径超标。

采用加离子调整剂对油田污水进行改性：

工艺操作：在污水除油后进入混合器之前加入复合碱，使水中复合碱的浓度为300～500mg/L，复合碱由NaOH和Ca(OH)₂组成，其中NaOH与Ca(OH)₂的重量比为1.5～1.0∶1，再加入混凝剂(聚合铝)，其浓度为150mg/L，使PH值由6.5调整到7.5左右，平衡了O、Co₂、HS^-、HCO₃ ^-、Fe²⁺、和部分Ca²⁺、Mg²⁺等有害成分，同时杀死了硫酸盐还原菌和腐生菌。基本保持油田污水的总矿化度不变，因此和油层水有着较好的配伍性。水质达标率保证连续达标。

主要技术指标及其对比如下：应用离子平衡法前后

水质名称	离子调整前	离子调整后	颁布标准
				滤膜因数	21	33	＞15
PH值	5.5-6.5	7.5	7-7.5
				含油mg/L	10	0	＜5
总铁mg/L	4000	0.3	＜0.5
				悬浮物mg/L	260	0.3	＜2
硫酸盐还原菌个/L	10<sup>3</sup>	10<sup>1</sup>	＜10<sup>3</sup>
				腐蚀速率mm/a	1.5	＜0.076	＜0.076
透光率	85	98	95

实施例3

在进入沉降罐之前除加入絮凝剂外，还加入铁粉，铁粉的粒度在40-500nm，使水中铁粉的浓度为70-100mg/L，使聚结的悬浮物和机械杂质中混合入铁粉，加大了聚结物的质量，大大加快了沉降速度。经过油田实际应用，日处理20000m³/d能力的沉降罐的体积只有原来5000m³沉降缸的十分之一。悬浮物和机杂的沉降速度由原工艺流程的8～12h缩短到1h。沉降效率提高7-13倍。这就等于在处理同样污水量规模下，污水沉降罐的体积可缩小7～13倍。节约了装置的制造成本和占地面积。

在本方法中，从节省成本起见，通常需要对铁粉进行回收，回收的方法可以在沉降罐的泥浆出口装一磁铁，使铁粉吸在磁铁上，加以回收。

实施例4

通过改变过滤器的滤料成份和排列情况，来提高过滤速度和水质质量。改进前后的过滤器请见图5a、图5b所示。

目前油田污水使用的压力过滤器中的滤料自上而下的排列是：无烟煤层、石英砂层、磁铁矿层，其缺点：(1)滤速低；(2)机杂时而超标；(3)易污染造成反冲洗次数和冲洗量增高。对原过滤器的滤料排序和滤料的选择进行改进。将石英砂改为人造陶粒，由于陶粒的球度和圆度表面粗糙度都优于石英砂，因此提高了滤层的孔隙度和表面吸附能力。

改进后的过滤器的滤料层的设置，滤料颗粒大小、滤层厚度请见下面表1和表2。改进后的过滤器的滤速由原来的8～12m/h提高到20m/h以上；滤后的机杂含量小于1mg/L，比原过滤器提高了1倍；反冲洗时间间隔由原来的8小时延长到12小时，反冲洗时间由3小时缩短为1.5小时，功效提高1倍。

表1各滤料层材料、规格

表2位于滤料底层下面的承托层材料、规格

层次(自上而下)	材料	粒经mm	厚度mm
				1	磁铁矿	1-2	70-100
2	磁铁矿	2-4	60-100
				3	卵石	4-8	60-100
4	卵石	8-6	60-120

所述的承托层材料、规格可从表2的数据中选择，可以是设一层卵石、一层磁铁矿，它们的粒径分别是4-8之间和1-4之间。上述的各层的顺序不变，以有利于过滤和反冲洗的质量。

改进后的过滤器的滤料层的设置，滤料颗粒大小、滤层厚度请见下面表1和表2。改进后的过滤器的滤速由原来的8～12m/h提高到20m/h以上；滤后的机杂含量小于1mg/L，比原过滤器提高了1倍；反冲洗时间间隔由原来的8小时延长到12小时，反冲洗时间由3小时缩短为1.5小时，功效提高1倍。

实施例5

采用离心方法代替目前压滤方法解决污泥高含水问题。

目前现场使用板块压滤机，用螺旋泵将泥水打入板块压滤机，经过压滤使污泥的含水达到92％。由于湿度太大、无法装载和拉运，形成处于污水处理站的一大难题。最近上海离心机械研究所研制的离心污泥脱水机(离心脱水机的型号为LW400-1750NY)，可代替原来的板块压滤机，使污泥中的含水降到70％以下，大大方便了污泥的装载和拉运难题。

实施例6

整个污水处理***采用“ATC”涂料进行内外防腐。

目前油田污水处理***采用的环氧树脂和玻璃钢材料进行内外防腐，由于这两种材料易老化变脆，1年以后发生裂纹和脱层，在O、Co₂、H₂S^-、HCo₃等有害物质的作用下，很快造成腐蚀穿孔，因此，一个投资3000万元～5000万元的污水处理站的寿命只有5～8年。为了延长污水处理站的寿命，内外防腐使用安东石油技术(集团)有限公司生产的“ATC-3000S”涂层体系进行内外防腐，使污水处理站使用寿命达到15年以上。

ATC-3000S为耐高温耐高压改性酚醛液体涂料，其性能：(1)耐温200度；(2)耐压达到45号钢管材的屈服极限；(3)膜厚150-300微末；(4)表面粗糙度＜5微米；(5)抗CO₂：＞95mol％；(6)抗H₂S：＞10mol％；(7)抗CL^-：＞500000PPm；(8)PH值范围：3-13。

目前已使用于：油管、套管、钻杆、集输管道、阀门、泵、管件等。

Claims (9)

1、一种油田污水处理方法，其特征在于：它包括以下工序：

(1)、气浮除油工序，它包括：在含油污水中通入空气或天然气，使水中产生气泡，分散在水中的油珠粘在气泡上，随气体浮在水面上加以回收；

(2)、离子调整工序：经气浮除油工序净化的水进入混合器，水中加有离子调整剂，以除去有害物质，所述的离子调整剂为复合碱，复合碱由NaOH和Ca(OH)₂组成；

(3)、快速沉降工序：离子调整工序出来的污水通过泵送入搅拌罐，水中加有絮凝剂和铁粉，从搅拌罐出来的水进入沉降罐，并在沉降罐中沉降；

(4)、沉降罐出来的水送至过滤器工序，得到清水；

(5)、沉降罐出来的污泥送至污泥离心脱水工序。

2、根据权利要求1所述的油田污水处理方法，其特征在于：复合碱在水中的浓度为300～500mg/L。

3、根据权利要求2所述的油田污水处理方法，其特征在于：其中NaOH与Ca(OH)₂的重量比为1.5～1.0∶1。

4、根据权利要求1或2所述的油田污水处理方法，其特征在于：快速沉降工序中加入铁粉后，水中铁粉的浓度为70mg/L-100mg/L之间；铁粉的粒度为40～500nm。

5、根据权利要求1或2所述的油田污水处理方法，其特征在于：所述的过滤器中的滤料自上而下分别为无烟煤、人造陶粒、磁铁矿，无烟煤、人造陶粒、磁铁矿的粒径分别为0.8-2.0mm；0.45-0.9mm；0.25-0.5mm；料层的高度分别为300-420mm；230-300mm；90-150mm，在滤料底层的下面为磁铁矿层，再下面为卵石层，粒径分别是1-4mm和4-8mm。

6、根据权利要求5所述的油田污水处理方法，其特征在于：在滤料底层的下面为一层磁铁矿层，再下面为一层卵石层。

7、根据权利要求1所述的油田污水处理方法，其特征在于：所述的沉降后的污泥通过沉降罐泥浆出口，污泥中的铁经装在罐出口的磁铁吸附后，送至污泥脱水工序。

8、根据权利要求1所述的油田污水处理方法，其特征在于：所述的过滤器工序设有反冲洗设备。

9、根据权利要求8所述的油田污水处理方法，其特征在于：反冲洗水经过滤器工序的反冲洗水罐接入回收罐再返回气浮除油工序。

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