大慶油田普遍采用注聚合物驅(qū)油的開發(fā)方式，致使相應(yīng)區(qū)塊的采出含油污水中普遍見聚，含油污水含有聚合物后性質(zhì)發(fā)生改變，黏度增加、油水乳化程度高、油珠顆粒細(xì)小難以聚并，含油污水中懸浮固體顆粒含量多且細(xì)小，在水中呈懸浮狀態(tài)，導(dǎo)致油、水、懸浮固體分離更加困難，造成已建重力式沉降罐的分離效果變差、處理效率降低、水質(zhì)達(dá)標(biāo)困難。針對該生產(chǎn)實(shí)際問題，研究在沉降罐中增加氣浮設(shè)施，通過對已建含油污水處理設(shè)備的改造和完善，有效提高沉降段的處理效率，以便改善最終回注水水質(zhì)。
1、材料與方法
1.1 試驗(yàn)儀器與用水
懸浮固體膜濾器;AR1500ex流變儀;AE50型電子天平;7200分光光度計。
試驗(yàn)用水取自于大慶油田采油二廠A含油污水處理站，該站設(shè)計規(guī)模為40000m3/d，處理工藝為：來水→自然沉降罐→混凝沉降罐→一次核桃殼濾罐，原水聚合物體積濃度為187mg/L。
1.2 試驗(yàn)裝置
該站有Ф21m×11.5m混凝沉降罐2座，改造其中1座，在混凝沉降罐內(nèi)增加布?xì)獯┛坠埽尥庠O(shè)置氣液多相泵，實(shí)現(xiàn)加壓回流溶氣氣浮處理含油污水。另1座不改造，開展對比試驗(yàn)。混凝沉降罐加氣浮結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
1.3 試驗(yàn)方法
氣液多相泵吸入沉降罐內(nèi)經(jīng)處理后的水及沉降罐外的空氣，經(jīng)泵混合后形成氣水混合液，通過相應(yīng)的管線及控制閥門分別進(jìn)入沉降區(qū)的上層穿孔管或下層穿孔管，因突然減壓至常壓，使水中過飽和空氣在釋放過程中形成許多微小氣泡，沉降區(qū)細(xì)小油滴吸附在氣泡表面一起上浮，同時微小氣泡在上浮過程中攜帶水中微細(xì)懸浮狀的物質(zhì)浮升到水面，形成浮渣被去除。
具體試驗(yàn)方法如下：
(1)上層布?xì)獯┛坠軉为?dú)氣浮處理含油污水現(xiàn)場試驗(yàn)。
(2)下層布?xì)獯┛坠軉为?dú)氣浮處理含油污水現(xiàn)場試驗(yàn)。
(3)上、下層布?xì)獯┛坠芙M合氣浮處理含油污水現(xiàn)場試驗(yàn)。
(4)加藥條件下的上層或下層穿孔管單獨(dú)氣浮處理含油污水現(xiàn)場試驗(yàn)。
1.4 分析方法
含油量、懸浮固體含量按照《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法(SY/T5329—2012)》檢測;聚合物濃度按照《聚合物采出液化驗(yàn)方法(Q/SYDQ0928—2011)》檢測。
2、試驗(yàn)結(jié)果分析
A污水站實(shí)際處理量為32000m3/d左右，在2座混凝沉降罐上開展加氣浮與不加氣浮對比試驗(yàn)，按照2罐水量均布的情況考慮，單座混凝沉降罐處理量16000m3/d左右。回流比是指氣液多相泵的回流水量與混凝沉降罐處理量之間的百分比。雖然回流比大，整個溶氣水量就多，加入更多微氣泡，提高了與污染物碰撞結(jié)合機(jī)率，但過高的回流水量會影響罐內(nèi)污水流態(tài)，也會干擾已結(jié)合微氣泡的浮升分離，同時也會造成能耗更大。根據(jù)小型試驗(yàn)結(jié)果，氣液多相泵的回流比宜小于30%，同時受到氣液多相泵流量和臺數(shù)限制，確定回流比為18%、26%。
2.1 上層穿孔管單獨(dú)氣浮沉降處理試驗(yàn)
(1)18%回流比氣浮沉降試驗(yàn)。
單獨(dú)運(yùn)行上層穿孔管布?xì)猓幚砹?6000m3/d，溶氣泵出口壓力0.5MPa，回流比18%，試驗(yàn)結(jié)果見圖2、圖3。
從圖2、圖3數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)來水含油濃度平均為3038.4mg/L，懸浮固體平均為50.2mg/L時，混凝沉降罐出水含油濃度平均為113.2mg/L，懸浮固體平均為26.2mg/L。實(shí)施上層穿孔管布?xì)饧託飧〉幕炷两倒蕹鏊蜐舛绕骄鶠?02.8mg/L，懸浮固體平均為24.3mg/L，與不加氣浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了9.2%，懸浮固體去除率提高了7.1%。
(2)26%回流比氣浮沉降試驗(yàn)。
單獨(dú)運(yùn)行上層穿孔管布?xì)猓幚砹?6000m3/d，溶氣泵出口壓力0.5MPa，回流比26%，試驗(yàn)結(jié)果見圖4、圖5。
從圖4、圖5數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)來水含油濃度平均為1215.8mg/L，懸浮固體平均為52.3mg/L時，混凝沉降罐出水含油濃度平均為91.7mg/L，懸浮固體平均為32.3mg/L。實(shí)施上層穿孔管布?xì)饧託飧〉幕炷两倒蕹鏊蜐舛绕骄鶠?2.0mg/L，懸浮固體平均為28.7mg/L，與不加氣浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了10.6%，懸浮固體去除率提高了11.1%。
2.2 下層穿孔管單獨(dú)氣浮沉降處理試驗(yàn)
2.2.1 18%回流比氣浮沉降試驗(yàn)
單獨(dú)運(yùn)行下層穿孔管布?xì)猓幚砹?6000m3/d，溶氣泵出口壓力0.5MPa，回流比18%，試驗(yàn)結(jié)果見圖6、圖7。
從圖6、圖7數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)來水含油濃度平均為2894.1mg/L，懸浮固體平均為54.3mg/L時，混凝沉降罐出水含油濃度平均為111.1mg/L，懸浮固體平均為33.3mg/L。實(shí)施下層穿孔管布?xì)饧託飧〉幕炷两倒藜託飧〕鏊蜐舛绕骄鶠?5.0mg/L，懸浮固體平均為29.8mg/L，與不加氣浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了14.5%，懸浮固體去除率提高了10.6%。
2.2.2 26%回流比氣浮沉降試驗(yàn)
單獨(dú)運(yùn)行下層穿孔管布?xì)猓幚砹?6000m3/d，溶氣泵出口壓力0.5MPa，回流比26%，試驗(yàn)結(jié)果見圖8、圖9。
從圖8、圖9數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)來水含油濃度平均為1008.2mg/L，懸浮固體平均為62.7mg/L時，混凝沉降罐出水含油濃度平均為79.4mg/L，懸浮固體平均為35.5mg/L。實(shí)施下層穿孔管布?xì)饧託飧〉幕炷两倒蕹鏊蜐舛绕骄鶠?6.8mg/L，懸浮固體平均為30.2mg/L，與不加氣浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了15.9%，懸浮固體去除率提高了15.0%。
2.3 上層和下層穿孔管組合氣浮沉降處理試驗(yàn)
同時運(yùn)行上、下兩層穿孔管布?xì)猓幚砹?6000m3/d，溶氣泵出口壓力0.5MPa，回流比34%，試驗(yàn)結(jié)果見圖10、圖11。
從圖10、圖11數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)來水含油濃度平均為1500.1mg/L，懸浮固體平均為47.2mg/L時，混凝沉降罐出水含油濃度平均為67.1mg/L，懸浮固體平均為31.1mg/L。實(shí)施上層和下層穿孔管同時布?xì)饧託飧〉幕炷两倒蕹鏊蜐舛绕骄鶠?0.9mg/L，懸浮固體平均為29.7mg/L，與不加氣浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了-5.7%，懸浮固體去除率提高了4.5%。
當(dāng)采用上層和下層穿孔管同時氣浮時，下層穿孔管布?xì)忉尫诺奈馀菖c油珠結(jié)合后，在浮升過程中，與上層穿孔管布?xì)忉尫诺奈馀菖鲎玻鲎埠蠼Y(jié)合體的浮升流態(tài)被打亂，使結(jié)合體破裂，擾亂了沉降的流態(tài)，并且由于沉降停留時間縮短，造成混凝沉降罐加氣浮出水含油濃度升高，除油率降低。
2.4加藥條件下的上層或下層穿孔管單獨(dú)氣浮沉降處理試驗(yàn)
取A污水站的原水，在室內(nèi)開展不同加藥濃度絮凝劑篩選試驗(yàn)。優(yōu)選出投加有機(jī)干粉絮凝劑，加藥濃度1.5mg/L時，處理效果最好。同時根據(jù)上層或下層穿孔管單獨(dú)氣浮沉降處理試驗(yàn)的結(jié)果，當(dāng)回流比為26%時的處理效果優(yōu)于回流比為18%時的處理效果，所以加藥試驗(yàn)的回流比定為26%。
2.4.1 26%回流比上層穿孔管單獨(dú)氣浮沉降加藥試驗(yàn)
在投加有機(jī)干粉絮凝劑1.5mg/L條件下，單獨(dú)運(yùn)行上層穿孔管布?xì)猓幚砹?6000m3/d，溶氣泵出口壓力0.5MPa，回流比26%，試驗(yàn)結(jié)果見圖12、圖13。
從見圖12、圖13數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)來水含油濃度平均為1367.8mg/L，懸浮固體平均為47.0mg/L時，混凝沉降罐出水含油濃度平均為70.7mg/L，懸浮固體平均為29.2mg/L。實(shí)施上層穿孔管布?xì)饧託飧〉幕炷两倒藜託飧〕鏊蜐舛绕骄鶠?7.6mg/L，懸浮固體平均為24.4mg/L，與不加氣浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了18.6%，懸浮固體去除率提高了16.3%。
2.4.2 26%回流比下層穿孔管單獨(dú)氣浮沉降加藥試驗(yàn)
在投加有機(jī)干粉絮凝劑1.5mg/L條件下，單獨(dú)運(yùn)行下層穿孔管布?xì)猓幚砹?6000m3/d，溶氣泵出口壓力0.5MPa，回流比26%，試驗(yàn)結(jié)果見圖14、圖15。
從圖14、圖15數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)來水含油濃度平均為1815.8mg/L，懸浮固體平均為52.9mg/L時，混凝沉降罐出水含油濃度平均為84.6mg/L，懸浮固體平均為30.4mg/L。實(shí)施下層穿孔管布?xì)饧託飧〉幕炷两倒蕹鏊蜐舛绕骄鶠?5.5mg/L，懸浮固體平均為23.9mg/L，與不加氣浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了22.6%，懸浮固體去除率提高了21.2%。
2.5 混凝沉降罐實(shí)施不同方式加氣浮沉降處理效果分析
根據(jù)上述現(xiàn)場試驗(yàn)法，加藥和不加藥條件下，不同氣浮方式及不同回流比的試驗(yàn)結(jié)果匯總見表1。
由表1數(shù)據(jù)可以看出，在加藥和不加藥條件下，混凝沉降罐采用下層穿孔管布?xì)饧託飧》绞剑c上層穿孔管布?xì)饧託飧》绞较啾龋秃蛻腋」腆w的去除率相對提高較多。
3、結(jié)論
(1)在氣浮方式及其他條件相同條件下，回流比26%的處理效果優(yōu)于回流比18%。
(2)在回流比及其他條件相同條件下，單獨(dú)下層穿孔管氣浮的處理效果優(yōu)于單獨(dú)上層穿孔管氣浮或上層和下層穿孔管組合氣浮。
(3)在氣浮方式、回流比及其他條件相同條件下，投加有機(jī)干粉絮凝劑的處理效果優(yōu)于不加藥的處理效果。
(4)混凝沉降罐采用單獨(dú)下層穿孔管氣浮方式，當(dāng)回流比為26%時處理效果最好。在都加藥條件下，與不加氣浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了22.6%，懸浮固體去除率提高了21.2%。(來源：大慶油田工程有限公司(大慶油田設(shè)計院)水化室)
