随着国内石油开采程度的不断提高，油田相继进入了高含水开采期，江汉油田早已进入开采的高含水期，采出液平均含水84.5%，而含水高达99%的井也占相当比例，污水处理及达标回注任务艰巨。江汉油田污水处理设施[1-2]比较分散，集中处置的大型站点并不多。污水处理工艺基本上都是压力除油外加重力沉降，属于典型的三段式处理流程[3]或者简化的污水处理流程。其中广华站的工艺流程为：除油器除油→自然沉降→混凝沉降→核桃壳和纤维束二级过滤，再辅以物理、化学及生物处理等方法。污水经处理后悬浮物、含油等指标仍有一定程度的不达标。本文在对江汉油区广华站采出水水质进行分析的基础上提出了相应的水质改善措施。
针对广华站污水水质情况，采集站内沿程水样，参照SY/T 5523-2000《油气田水分析方法》进行检测分析，结果见表 1。
由表 1可看出：①广华站采出水水体呈中性，为Na2SO4水型；②水体矿化度在20×104 mg/L以上，是特高矿化度水体，对于依靠密度差产生絮凝沉降从而净化污水的污水净化系统明显不利；③成垢离子含量较高，水体中SO42-及其他成垢离子浓度较高，有成垢倾向，后期水体中垢物析出易堵塞管道与油层；④水质不稳定，整个流程没有起到净化水体的作用。
除了上述化学分析指标，悬浮物、含油、含铁等水质指标也是体现水体特征的重要指标。表 2为2011年一季度江汉油田广华站注水水质监测表。从表 2可以看出，悬浮物的含量、粒径中值严重超标，含铁量也有一定程度的超标。
由前文可知，江汉油区广华站注水水质不达标的根本问题在悬浮物和铁上，其主要原因在于：①水体矿化度高，依靠密度差产生絮凝沉降效果差；②水体中富含铁离子，现有工艺中仅是常规性的絮凝沉降而并没有专门的除铁措施。
结合江汉油区水质特点与现有工艺设备进行研究，改善措施主要在工艺和药剂两方面：①由于江汉油区水体矿化度高，要使油水自然分离所需时间较长，故可以在工艺前端添加一个容量较大的调储罐，增加油水分离的停留时间；②在系统中添加除铁工艺，即将絮凝沉降段改为“反相破乳剂+Fenton反应体系”的絮凝沉降分离净化技术，以便加强铁离子的去除率，同时反相破乳剂还有一定程度的除油和去悬浮物的作用；③调整加药顺序，使各药剂发挥最大功效。
江汉油田广华站所采用的仍然是传统的三段式工艺流程，即“除油—絮凝沉降—过滤”，工艺相对完整，也基本合理，如图 1所示。
根据现有工艺进行适当调整优化，可提高注水水质，具体措施有以下几点。
在工艺前端，即除油罐之前增加调储罐具有较好的均质作用，水量波动小，工艺管理相对稳定；另外，调储罐体积大，停留时间长，增加了罐内沉降与残余油上浮时间，不仅油除得干净，而且悬浮物前端沉降彻底，减轻了后续工段负荷。凭借一个空罐和简单的排油、泥设施，以及长达24 h以上的停留时间，往往能达到50%以上的净化效率。广华站可新建1000 m3的玻璃钢调储罐，上端布水、中下端出水、底部负压排泥，集水口内部高度建议安装在2 m~2.5 m位置，进出口管道要求严格保温(最好控制在35 ℃左右，有利于油水分离)；集水喇叭口建议加大，一般比布水口至少大一倍，则出水水质良好。现场监测数据见表 3。
从表 3可以看出，加调储罐后，除油罐进口的悬浮物和油去除率基本达到了70%，使得水质稳定，为后续处理提供了良好的运行条件，且悬浮物含量和含油量基本达到注水水质标准。
将原先单纯的絮凝沉降[4-5]改为基于“反相破乳+ Fenton”反应的絮凝沉降分离净化技术，利用反相破乳剂的破乳、剥离功能进一步除去残存于悬浮物颗粒表面的原油，悬浮物颗粒密度再次得到提高；而Fenton反应中水体自生的Fe (OH)3絮凝剂在沉降过程中将悬浮物颗粒包裹得特别密实，更利于沉降分离。Fenton反应如下:
Fenton反应体系不仅可以减少原先净水剂的添加量，同时H2O2氧化去除污水中部分Fe2+，污水水质稳定性大大增强，水质暴氧后二次恶化现象明显减轻。只要污水中有铁离子(一般都为Fe2+)，加H2O2就有效。
针对引入的反相破乳剂[6]，在室内用氯代聚醚和二甲胺合成了反相破乳剂，试验了其在25 ℃超低温下的除油性能。通过复配筛选出3种效果较好的反相破乳剂，用除油器出口污水进行验证，药剂加量均为70 mg/L，结果见表 4。
由表 4看出，AK-2型效果最佳，恒温3 h后ρ(悬浮物)≤5mg/L，ρ(油)≤7mg/L，ρ(铁)≤3mg/L，实验前后对比如图 2。但一般来说温度太低不利于破乳和残余油聚集，系统温度控制在30 ℃以上去油效果较好。
由于AK-2有较强的除油、除悬浮物的作用，而广华站进水的悬浮物质量浓度达100 mg/L以上，含油质量浓度约为50 mg/L，在经过调储罐的沉降后，二者已得到一定程度的去除，此时再添加反相破乳剂，可将污水中乳化油进一步分离而沉降除去，增强了净化效果。故反相破乳剂在调储罐之后加入，效果最佳。
除了应用反相破乳剂，对常规性药剂的添加顺序也做了一定程度的调整。第一，杀菌剂与净水剂混合加药，杀菌剂加药位置前移至缓冲罐前, 此时细菌量少，效率高, 而且杀菌剂有很强的反相破乳作用, 对广华站高含油水体的反相破乳除油具有增效作用，减少了水中残余油含量。同时，在杀菌剂罐中增加净水剂可起到增效作用。第二，缓蚀阻垢剂加药位置移后, 移至注水罐前加药。因为，阻垢剂均为典型的分散剂, 在前端加入，将与净水剂的凝聚沉降作用互相抵触、矛盾。加药位置移到过滤器后, 与水体中的Fe2+螯合，可防止Fe2+继续氧化沉淀，提高了除铁效果, 保证水质稳定。
(1) 江汉油区采出水矿化度高，絮凝沉降困难，广华站现有的污水处理工艺净化效果差，水质严重超标。
(2) 在除油罐之前添加1000 m3的调储罐，大大延长自然沉降的时间，除油罐进口的悬浮物和油去除率基本达到了70%，油水分离效果好。
(3) 使用反相破乳剂AK-2来强化除油，在25 ℃下添加70 mg/L的AK-2，恒温3 h后水体中ρ(悬浮物)≤5 mg/L，ρ(油)≤7 mg/L，ρ(铁)≤3 mg/L。
(4) 改进后广华站污水水质有了很大的改善，ρ(出水悬浮物)≤4 mg/L, ρ(油)≤2 mg/L，注水水质基本可达标。
2012, Vol. 41 Issue (5): 530-532
2012, Vol. 41 Issue (5): 530-532