摘 要：为了解决大庆油田现有石英砂过滤器反冲洗憋压、跑料、滤料再生困难等问题,在对原有过滤装置分析的基础上,根据反冲洗特性,对过滤器进行了改造,开发出搅拌式过滤器。经现场测试,搅拌式过滤器反冲洗压力由原来的0.27~0.46MPa降低到0.17~0.20MPa,且均能实现罐群水反冲洗。改造后搅拌式过滤器出水油平均含量5mg/L以下,平均去除率达到75%以上;出水悬浮物平均含量为9.8mg/L,去除率达到80%以上。
关键词：低压稳流过滤器;油田污水;搅拌式滤器
中图分类号：X74
文献标识码：A
文章编号：1006—7981(2010)11—0017—03
我国油田分布广阔,遍及全国大部分地区。其中大部分油田已进入石油开采的中后期,采出原油的含水率已达70~80%,有的油田甚至高达90%,油水分离后产生大量的含油污水[1]。含油污水未经处理而直接排放,不仅会造成土壤、水源的污染,有时甚至会引起污油着火事故,威胁人民的生命安全,造成国家的经济损失。因此,如何开发出适合我国油田实际情况、高效经济的油田含油污水处理及回用技术,达到节能、降耗、保护环境、重复利用水资源的目的,成为油田水处理站建立和改造所面临的重要问题[2~5]。
过滤技术在油田污水处理中的应用始于100多年以前的美国宾西法尼亚某油田[6,7]。从上世纪40年代开始,油田水驱采油开始大面积推广,过滤工艺也在油田得到了广泛应用。所用的过滤器主要有:清水型粗过滤器、精过滤器以及污水型过滤器。早期主要以石英砂过滤器为主,对悬浮物具有较好的去除效果,但除油能力不高[8]。核桃壳过滤器是80年代中后期在国内发展起来,该技术具有滤速高、截污能力强、水洗强度低等优点,反洗时辅助以机械搅拌,反冲洗效果好,对油的去除能力极强,因此该过滤器已经被广泛用于一级过滤。大庆油田污水处理站过滤段多采用核桃壳过滤器、石英砂过滤器,或二者的组合工艺。
2 石英砂过滤器运转中的主要问题及其成因
石英砂过滤器属浅床过滤器,依靠滤料和在滤料床层上部形成的滤饼层来截留污水中的悬浮物和胶体。在水驱污水的处理中,石英砂过滤器的效果是很明显的,但随着聚合物驱油技术的推广,石英砂在处理聚驱污水或含聚污水时,出现了同核桃壳过滤器比较相似的问题。包括滤料清洗不干净、反冲洗憋压、跑料、出水水质不合格等问题[11]。
但随着聚驱采油技术的发展,采油污水中聚合物浓度急剧增加,导致过滤器出现了一系列的问题,核桃壳过滤器布水筛管堵塞、反冲洗憋压、跑料以及水质不达标问题和石英砂过滤器的上层滤料板结、反冲洗不彻底等问题。
造成这些问题的根本原因在于污水水质的改变,聚合物含量的增加导致污水粘度增大,滤料板结现象严重,采取大水量反冲洗,由于滤料粘附油污膨胀高度增加,致使布水筛管堵赛,反冲洗压力超过0.4MPa,憋压严重;而采取筛筐布水滤料流失严重;同时由于滤料板结层存在,大水量反冲洗极易导致滤料板结层某一区域首先被冲破,从而使滤料表层出现丘陵状起伏,影响过滤效果。采取小水量反洗不能使滤料完全再生,表层石英砂滤料的板结层又不能彻底破碎清洗干净;如用气液反洗则易出现乱层现象。
反冲洗效果不佳直接导致滤后水水质下降,出水不达标,通过对过滤罐内部结构改造设计开发的新型过滤器有效控制了滤料的膨化高度,增强了反冲洗过程中滤料间的碰撞摩擦力,提高了反冲洗效果,高效的反冲洗效果保证了滤罐滤后水的水质,采用本技术改造后的滤罐出水均能够达到油田污水处理标准。
3 搅拌式过滤器的研制
经过长期调研和设计,针对石英砂过滤器存在问题,采用耐磨搅拌齿对石英砂过滤器内部结构进行了设计,研制了低压稳流石英砂过滤器,以彻底解决石英砂滤料再生的难题。其罐体结构如图1所示。
①在石英砂滤罐内增设齿状搅拌器。其作用是实现在较低膨化率下,利用搅拌桨增加滤料之间的摩擦,破坏滤料的板结层,使滤料上的油污及悬浮物与滤料剥离。同时它对低温下形成的板结层破坏力较强,从而克服了低温下石英砂过滤器反冲洗难的问题。
②在过滤器顶端安装集油器,以收集过滤器顶端的浮油,同时增设了布水系统,使布水更加均匀,并有利于反冲洗出水。对于反冲洗水量大,可用变频调节反冲洗水量来提高反冲洗速度。这时,不需很大的反冲洗强度,即可将滤料清洗干净;也可采用大强度反洗,从而缩短反冲洗时间。
③在有限空间内,降低了集水器高度,相对增加了滤料膨化空间。
搅拌式过滤器可在较低反冲洗强度下将滤料清洗干净,从根本上解决了原石英砂过滤器的滤料板结和跑料等问题,同时反冲洗憋压情况得到了有效改善,从而保证了反冲洗能够提供足够的水量,对于重质滤料,足够的水量是反洗的决定因素,低压稳流石英砂过滤器反冲洗压力和水量见图2。从图2中可见反冲洗压力由原来的0.27~0.46MPa降低到0.17~0.20MPa,同时600m3/h的水量保证了滤料的冲洗。较低的压力有利于设施防护,高强度的水流有利于滤料的反洗,而搅拌强化了滤料脱附所需的脱附力。粘附在滤料表层的油污和悬浮物得到了彻底的清洗,反洗后滤料较之普通过滤器反洗的滤料干净,且彼此分散,滤罐反冲洗效果好。
4· 搅拌式过滤器处理效果
为了进一步探讨搅拌式过滤器的过滤效果,选取大庆油田某污水处理站进行了现场试验,对低压稳流过滤器出水的悬浮物和油的浓度进行了监测,研究了搅拌式过滤器过滤效能。
该站过滤阶段为二级石英砂过滤器。在未改造前石英砂过滤器反冲洗出现憋压,跑料,反冲洗不彻底等一系列的问题,导致滤后水难以达标。通过应用低压稳流过滤技术对全站石英砂过滤器进行改造,除水油和悬浮物取出效果见图3,4。在一级滤前水在100mg/L以内时,总滤后水质含油达到2mg/L以下,几乎为0。平均油的去除率在98%。悬浮物含量在50mg/L左右,去除率平均在75%。油和悬浮物的去除率较之未改造前分别提高20%和40%。取得良好效果的原因在于采用了低压反冲洗过滤器,低压反冲洗石英砂过滤器其反冲洗效能提高,设置的搅拌装置提高了滤料间的摩擦碰撞,而摩擦碰撞又是滤料表层附着物质脱附的根本原因。同时由于搅拌作用破碎了滤料上方泥饼层,反冲洗压力降低,从图5可见,长期监测显示反冲洗压力一般维持在0.2MPa以下。较低的反冲洗压力保证了大强度水洗的可能,提高了反冲洗效果,滤料得到充分的反洗,干净滤料有利于过滤地进行。
5 结论
搅拌式过滤器有效解决了原有石英砂过滤器存在的反冲洗憋压、跑料的问题,提高了滤后水水质,结论如下:
5.1 搅拌式过滤器有效解决了原过滤器反冲洗憋压、跑料的问题,同时搅拌作用能有效破坏滤料的板结层,特别在冷输期,提高反冲洗效果,而高效的反冲洗是过滤得以保证的基础。
5.2 搅拌式过滤提高了过滤精度,总滤后水质含油达到2mg/L以下,几乎为0。平均油的去除率在99%。悬浮物含量在50mg/L左右,去除率平均在75%。
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