海上油田污水深度處理技術(shù)

某海上綜合處理平臺(tái)位于Ⅰ級(jí)海域，負(fù)責(zé)處理上游10個(gè)井口平臺(tái)的油氣水，隨著開(kāi)采時(shí)間的延續(xù)，油井含水量逐步上升，生產(chǎn)水處理量也逐漸增大，目前總處理水量約1萬(wàn)m3/d。而該綜合處理平臺(tái)現(xiàn)有的生產(chǎn)水處理系統(tǒng)是10多年前油田剛投產(chǎn)時(shí)的處理技術(shù)，采用撇油罐和水力旋流器進(jìn)行處理，出水油的質(zhì)量濃度在30 mg/L左右，符合當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。然而隨著《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值》（GB 4914—2008）在2009年5月1日的正式實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)要求Ⅰ級(jí)海域作業(yè)的生產(chǎn)含油污水達(dá)標(biāo)排放質(zhì)量濃度≤20 mg/L，如何采取有效措施降低排海含油污水中石油烴的濃度，滿足國(guó)家環(huán)保要求，保持該油田群的正常生產(chǎn)，是該平臺(tái)當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題。為此筆者通過(guò)對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外主要污水深度處理工藝優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)該海上平臺(tái)污水處理工藝實(shí)際情況，提出采用改性纖維球過(guò)濾技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)污水的精細(xì)過(guò)濾，并將改性纖維球過(guò)濾器制作成多個(gè)過(guò)濾單體罐，將改性纖維球精細(xì)過(guò)濾器分組布置在該綜合處理平臺(tái)剩余的狹小空間，解決了海上平臺(tái)空間受限問(wèn)題，排海污水中的油從30 mg/L降至15 mg/L、固相顆粒從50 mg/L降至5 mg/L。

1 國(guó)內(nèi)外含油污水處理技術(shù)
 
石油污水中的污染物主要包括石油類和懸浮固體，其中石油類可分為浮油、分散油、乳化油和溶解油4類。對(duì)于油類，針對(duì)不同的存在形式需要采用不同的處理方式。目前含油污水常用處理技術(shù)主要有重力分離法、旋流分離法、粗�；�法、過(guò)濾法、吸附法、浮選法和膜分離法等，由于上述方法各有其局限性，在實(shí)際應(yīng)用中通常是兩三種方法聯(lián)合使用，使出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

近年來(lái)，污水 處理技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在高效油水分離技術(shù)、精細(xì)過(guò)濾技術(shù)和膜分離技術(shù)、生物處理技術(shù)、高效新型設(shè)備以及油田用處理藥劑的選擇等。這些技術(shù)與裝置的成功開(kāi)發(fā)，對(duì)提高含油污水的處理效率、改進(jìn)設(shè)備的處理性能以及實(shí)現(xiàn)處理設(shè)備功能的一體化都大有裨益。

2 平臺(tái)污水處理技術(shù)選擇
該綜合處理平臺(tái)原污水處理設(shè)施包括撇油罐和水力旋流器兩級(jí)處理，如圖 1所示。其中撇油罐屬于重力分離技術(shù)，水力旋流器屬于離心分離技術(shù)，經(jīng)過(guò)兩級(jí)處理后，污水中的絕大部分浮油及分散油已經(jīng)去除，剩余油主要是浮化油和溶解油，其質(zhì)量濃度為20~30 mg/L，已經(jīng)達(dá)到了整個(gè)污水處理系統(tǒng)的最佳狀態(tài)，但還不能達(dá)到《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值》規(guī)定的油質(zhì)量濃度≤20 mg/L的要求。

 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外污水深度處理技術(shù)比選，選擇了改性纖維球過(guò)濾技術(shù)、荷電膜過(guò)濾技術(shù)以及氣浮選技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，氣浮選技術(shù)針對(duì)該平臺(tái)污水處理效果不佳。改性纖維球和荷電膜過(guò)濾技術(shù)處理效果較好，處理后污水都能滿足海上碎屑巖油藏注水水質(zhì)A2級(jí)指標(biāo)。按照進(jìn)水油質(zhì)量濃度為30 mg/L，出水質(zhì)量濃度為15 mg/L，處理量為1萬(wàn)m3/d為設(shè)計(jì)要求，分別制定了改性纖維球快速過(guò)濾和荷電膜過(guò)濾基本方案，然后針對(duì)這兩種方案新增設(shè)備進(jìn)行安裝空間核實(shí)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核等。經(jīng)過(guò)校核可知，該平臺(tái)空間能夠滿足改性纖維球快速過(guò)濾和荷電膜過(guò)濾兩種方案安裝要求；改性纖維球快速過(guò)濾方案也滿足平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，而荷電膜過(guò)濾方案樁基承載力操作工況下不滿足API規(guī)范要求。

最終選定了深圳某有限公司制造的改性纖維球快速過(guò)濾裝置做為此次改造的系統(tǒng)，該平臺(tái)所選擇的改性纖維球快速過(guò)濾裝置由若干單獨(dú)的過(guò)濾罐體和一套PLC統(tǒng)一控制，單個(gè)過(guò)濾罐體尺寸較小僅為D 1 160 mm×3 500 mm，可以根據(jù)海上平臺(tái)剩余空間及結(jié)構(gòu)承重情況靈活選擇過(guò)濾罐體數(shù)量成撬，單罐采用不銹鋼罐體、內(nèi)部單體采用無(wú)縫鋼管連接。該系統(tǒng)使用改性纖維球?yàn)檫^(guò)濾材料，材料性質(zhì)親水疏油。在該平臺(tái)水力旋流器出口增加一套改性纖維球快速過(guò)濾裝置，其工藝流程如圖 2所示。

 3 改性纖維球快速過(guò)濾裝置運(yùn)行效果及討論
 
該平臺(tái)所選擇的改性纖維球快速過(guò)濾裝置由10個(gè)單獨(dú)的過(guò)濾罐體和1套PLC控制系統(tǒng)組成，10個(gè)單獨(dú)的過(guò)濾罐體根據(jù)平臺(tái)安裝空間組成兩個(gè)橇塊，其中一個(gè)橇塊布置4個(gè)過(guò)濾罐體，另一個(gè)橇塊布置6個(gè)過(guò)濾罐體，每個(gè)單個(gè)過(guò)濾罐體做為整體過(guò)濾器的一個(gè)組成部分，設(shè)計(jì)生產(chǎn)水處理量為9 000 m3/d。

該平臺(tái)所選擇的改性纖維球快速過(guò)濾裝置依據(jù)單個(gè)過(guò)濾單元的進(jìn)出口壓差或者設(shè)定時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)反洗，保障生產(chǎn)水的處理效果。當(dāng)進(jìn)出水壓差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，壓差開(kāi)關(guān)給PLC一個(gè)信號(hào)，或者當(dāng)程序計(jì)時(shí)器達(dá)到設(shè)定時(shí)間間隔40 min時(shí)，PLC執(zhí)行反洗程序，每個(gè)過(guò)濾單元按照順序進(jìn)行反洗，而剩余過(guò)濾單元繼續(xù)運(yùn)行，承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)污水處理任務(wù)，并為反沖洗過(guò)濾單元提供干凈的反沖洗水源。每個(gè)罐體為一個(gè)過(guò)濾單元，工作時(shí)罐體上部的汽缸將過(guò)濾材料壓緊，需要過(guò)濾的水流入壓緊的濾料，經(jīng)過(guò)濾料過(guò)濾后，由集水器流出，完成過(guò)濾過(guò)程。當(dāng)濾料截留物質(zhì)增多時(shí)，水頭損失加大，需要進(jìn)行反沖洗，反沖洗時(shí)，汽缸將濾料松開(kāi)，天然氣首先從罐體底部進(jìn)入將纖維球填料吹松散，然后水再?gòu)墓摅w底部的集水器流入反洗，經(jīng)過(guò)過(guò)濾單元后由反洗出水口進(jìn)入到平臺(tái)閉排系統(tǒng)。在反沖洗過(guò)程中，反沖洗水來(lái)自其他過(guò)濾單元的過(guò)濾出水，不需要反沖泵及反沖水池，不必停機(jī)，設(shè)備過(guò)濾程序照常進(jìn)行。

該改性纖維球快速過(guò)濾裝置于2009年4月初完成海上安裝調(diào)試，并成功投用，取得了良好的效果，圖 3、圖 4為污水中的油、固相顆粒含量的監(jiān)測(cè)結(jié)果。可以看出，經(jīng)過(guò)處理后的排海污水中油質(zhì)量濃度從30 mg/L降至了15 mg/L以下，固相顆粒質(zhì)量濃度從50 mg/L降至5 mg/L以下，由此可以計(jì)算出，該平臺(tái)每年將減少石油烴的排放達(dá)49.5 t。

該海上平臺(tái)改性纖維球快速過(guò)濾裝置投用近5 a來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，處理后的污水含油和固相顆粒都達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但是運(yùn)行過(guò)程也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，后期又進(jìn)行了一些優(yōu)化改造，問(wèn)題主要表現(xiàn)在：

（1）由于改性纖維球快速過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中，泥砂在運(yùn)行過(guò)程中需要定期手動(dòng)排放至開(kāi)式排放罐，當(dāng)進(jìn)口污水中含有大量泥砂（泥砂高達(dá)20%）時(shí)，比如鉆井液或完井液，很容易污染改性纖維球，并且此過(guò)程不可逆，只有更換改性纖維球填料，由此增加了操作成本。對(duì)于鉆完井或修井作業(yè)頻繁的海上平臺(tái)采用改性纖維球快速過(guò)濾裝置污水處理工藝，建議在該裝置前增加旋流出沙裝置，減小污染改性纖維球幾率。

（2）該快速過(guò)濾裝置所采用的改性纖維球雖然采用了新型的結(jié)扎方式，在反洗時(shí)不易被水沖散流失，但是運(yùn)行過(guò)程或反洗過(guò)程中還是會(huì)有一定量的纖維球毛會(huì)脫落至污水中，進(jìn)入下游流程或設(shè)備，影響下游設(shè)備的正常運(yùn)行。為此，2012年5月停產(chǎn)檢修期間，在快速過(guò)濾裝置污水出口及反洗水出口增加了籃式過(guò)濾器，每半個(gè)月清洗一次籃式過(guò)濾器的濾網(wǎng)，基本上可解決纖維球脫毛對(duì)下游設(shè)備的影響。

4 結(jié)語(yǔ)
 
（1）通過(guò)對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外污水處理技術(shù)特點(diǎn)，闡述了海上油田采用改性纖維球快速過(guò)濾技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：快速過(guò)濾器采用多單體設(shè)計(jì)，根據(jù)海上平臺(tái)實(shí)際空間靈活成撬，方便于海上平臺(tái)吊裝和安裝，解決了海上平臺(tái)空間小、承重能力有限的問(wèn)題。具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

（2）采用特殊設(shè)計(jì)的改性纖維球作為過(guò)濾材料，材料表面親水疏油，油污不會(huì)黏附在濾料上，反洗時(shí)油污易于脫除；采用了氣缸機(jī)構(gòu)來(lái)控制濾料的壓縮和疏松，以達(dá)到高精度的過(guò)濾和良好的反沖效果，出水水質(zhì)穩(wěn)定；過(guò)濾罐體使用了特殊的布水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，污水可以從過(guò)濾填料頂部及四周同時(shí)進(jìn)入過(guò)濾，最后經(jīng)過(guò)中心集水器出水，使同一體積的過(guò)濾單元有更大的過(guò)濾面積。

（3）改性纖維球快速過(guò)濾裝置采用PLC自動(dòng)控制，在線自動(dòng)控制反沖洗，降低操作人員工作量。

（4）結(jié)合海上平臺(tái)生產(chǎn)污水實(shí)際處理工藝和實(shí)際生產(chǎn)情況，利用天然氣在反沖洗前吹松填料提高了改性纖維球快速過(guò)濾裝置處理效果，排海污水中油質(zhì)量濃度從30 mg/L降至15 mg/L、固相顆粒質(zhì)量濃度從50 mg/L降至5 mg/L，有力地保障了海上油田的持續(xù)滾動(dòng)開(kāi)發(fā)，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。