低压稳流核桃壳过滤器的开发及在油田废水处理中的应用.doc

低压稳流核桃壳过滤器的开发及在油田废水处理中的应用张逢玉1,2,姜安玺1,张　雷1,闫　波1,李　芬1(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090;2.大庆石油学院四环科技开发有限公司,黑龙江大庆163316)油田采油废水经油水分离后,进入混凝沉降池,去除其中的大部分油和悬浮物,再经过过滤进一步降低其中油和悬浮物的浓度,以达到出水排放标准。一部分出水进入深度处理站经处理后作为回注水用于“水驱”采油,另一部分直接排放。过滤是油田废水处理的最后一道工序,过滤效果直接影响到出水水质。含油废水过滤处理装置所用填料主要有石英砂、核桃壳以及纤维等。核桃壳过滤器是20世纪80年代后期在我国发展起来的,是以核桃壳作为过滤介质,带有桨搅拌装置的罐装压力式容器[1]。与普通滤料相比,核桃壳滤料表面粗糙,具有较强的吸油纳污能力,密度略大于水;反冲洗时采用桨搅拌,加大了滤料之间的摩擦,反冲洗压力低,清洗效果好。基于这些优点,核桃壳过滤器广泛用于油田废水普通站和深度站过滤处理工艺中油和悬浮物的去除[2]。原核桃壳过滤器运转过程中出现的问题大庆油田在20世纪90年代初开始使用核桃壳滤料过滤装置。运转初期该类过滤装置以巨大吸油除污能力而被广泛推广[2]。如某普通污水处理站于2000年开始运转,核桃壳过滤器作为一级过滤装置,在运转初期经过滤后的水中含油质量浓度20ｍｇ/Ｌ,通常能达到10ｍｇ/Ｌ。反冲洗水压力维持在0?15ＭＰａ,出水效果较好。但随着“聚驱”采油技术的发展,采油废水中聚合物浓度急剧增加。聚合物导致油和悬浮物与核桃壳的黏附力增强,现有系统反冲洗工艺不能够达到去除核桃壳表面黏附的油污的要求,反冲洗效果差,滤料不能完全再生,导致过滤器出现了以下问题(1)过滤性能不稳定。该站核桃壳过滤装置运转初期出水含油平均质量浓度20ｍｇ/Ｌ,出水水质达到国家标准。但随着设备老化和进水水质的变化,自2003年起,过滤后水中油质量浓度平均达到35ｍｇ/Ｌ,最高达到50ｍｇ/Ｌ,出水水质严重超标。(2)反冲洗装置憋压。核桃壳过滤装置采用水泵加压桨搅拌进行反冲洗。该站运转初期反洗压力维持在0?15ＭＰａ,但自2003年起,反冲洗装置开始憋压,反冲洗压力由0?15ＭＰａ急剧上升到0?40ＭＰａ,反冲洗水量则由原来的230ｍ3/ｈ下降到100ｍ3/ｈ,有时甚至降为0,反冲洗强度不易调节。反冲洗过程的不稳定导致滤料无法实现彻底清洗,再生困难。(3)跑料问题。由于搅拌桨叶结构方面的缺陷,为了达到搅拌效果,必须维持较大的桨叶线速度。而过大的线速度会导致反冲洗时大量滤料被搅拌桨打碎。反冲洗过程中打碎的滤料以及经摩擦粒径变小的滤料在无阻拦情况下穿过布水筛管之间的缝隙,同出水一起由布水筛管排出,滤料流失严重。2　问题分析1?2?1　油田废水水质变化随着聚合物驱油技术的推广,以及聚合物在地层中的扩散,导致“聚驱”和“水驱”采出水中聚合物量急剧增加。“水驱”油井抽样化验结果显示:聚合物平均质量浓度由2001年的42ｍｇ/Ｌ升高到2004年的150ｍｇ/Ｌ。核桃壳滤料是亲水性的物质,水的润湿性能使水与核桃壳的接触面积增大,而使油与核桃壳的接触面积减小。过滤水通过滤层、油污及悬浮的固体在通过滤料时被拦截在滤层表面,但总有一部分被拦截下来的固体杂质使油滴直径逐步变大,这就是“粗粒化”作用[3],聚合物的絮凝性有利于油滴的粘连[4],从而加速了这种作用。油滴粒径的增大增加了其与滤料的接触面积,油品中的蜡质、胶质和沥青质附着在滤料上,用水反冲洗时不易冲洗出去,滤料不能达到完全再生。长时间运转致使滤料板结,板结后的滤料黏结形成较大的颗粒状或块状而使滤层孔隙及缝隙变大,从而失去过滤作用。因而油污是造成滤料失效的关键因素,聚合物浓度的增加又加快了滤料的板结速度,改变了油和悬浮物与滤料结合的性质,导致现有的反冲洗无法实现滤料的再生。1?2?2　装置的结构问题核桃壳作为过滤介质主要优点在于其密度小,约为1?25×103ｋｇ/ｍ3。由公式(1)可知,反冲洗时较低的压力即可使滤层膨化,成为沸腾床,滤料之间摩擦剧烈,反冲洗效果好[5]。????????????????随着过滤的进行,大量轻质的油污和悬浮物附着在核桃壳表面,使其密度降低。经测量黏附有杂质的滤料密度平均约为1?08×103ｋｇ/ｍ3。由式(1)可知,ρｓ越小,滤料膨化所需压力越小。当ρｓ接近于ρｗ时,微小的压力就能够导致滤层膨化,此时ｈ的微小增大,将导致Ｌｅ的急剧上升。而现有反冲洗压力维持在0?15ＭＰａ以上,导致滤料膨化严重,Ｌｅ超过筛管高度。大量滤料和油污在没有阻拦情况下直接进入了布水筛管与罐顶之间的死角,堵塞布水筛管,致使反冲洗压力从0?08ＭＰａ急剧上升到0?40ＭＰａ以上,反洗水量由230ｍ3/ｈ下降到0,使反冲洗不能有