CN102826680A - 一种油田高含硅废水回用锅炉预处理工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油田高含硅废水回用锅炉预处理工艺及装置。该预处理工艺包括以下步骤：对油田高含硅废水进行调节并加入反相破乳剂；对经过调节的废水进行沉淀处理，进行油水分离并去除废水中的杂质；向经过沉淀处理的废水中添加盐类物质并进行气浮处理，去除溶解性有机物及油类；对经过气浮处理的废水进行过滤处理，去除悬浮物；利用弱酸树脂对经过过滤的废水进行初步软化处理，使其中的高价金属阳离子浓度降低至ppm级；利用螯合树脂对经过初步软化的废水进行深度软化处理，使高价金属阳离子的浓度降低至ppb级，得到经过预处理的油田高含硅废水。本发明还提供了一种适用于上述预处理工艺的油田高含硅废水回用锅炉预处理装置。

Description

一种油田高含硅废水回用锅炉预处理工艺及装置

技术领域

本发明涉及一种油田高含硅废水回用锅炉预处理工艺及装置，属于油田废水处理技术领域。

背景技术

目前我国油田每年产生大量的稠油污水，其中辽河油田的稠油污水量约为2340×104t/年。

目前通常采用的废水除硅工艺主要包括化学混凝、离子交换、电凝聚和反渗透法等。其中，化学混凝法是应用比较广泛且成本较低的一种处理方法，但只能将出水硅质量浓度控制在几个mg/L的水平。离子交换可有效去除油田采出水中的硅，但对于胶体硅无去除能力。电凝聚除硅对原水中的细菌和重金属离子具有较好的去除效果，但缺点是除硅处理成本高。反渗透的除硅效果较好，但对进水水质要求高。

稠油污水的水质复杂，是含有多种杂质且水质波动较大的工业污水，故而采用传统的除硅工艺成本高且效果不好。对于稠油污水的处理，国内各油田都有自己的特色处理方法和工艺，如“三剂法”和“四剂法”等。辽河油田形成了一套可靠适用的稠油污水处理回用于热采锅炉的特色处理工艺：原水→调节→混凝沉降→溶气浮选→吸附除硅→粗滤→精细过滤→弱酸树脂软化→回用热采锅炉。其中，采用吸附除硅来解决热采锅炉结垢的问题，在某种程度上确实解决了注水中存在的一些问题，但存在处理费用高，设备投入大以及污泥量多等对采油不利的现象。

因此，开发一种油田高含硅废水回用锅炉预处理工艺及装置是本领域亟待解决的问题之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种废水预处理工艺，通过采用树脂对废水中的金属离子的吸附，从而实现油田高含硅废水的脱硅预处理，获得适于回用锅炉的回水。

本发明的目的还在于提供适用于上述预处理工艺的废水预处理装置。

为达到上述目的，本发明提供了一种油田高含硅废水回用锅炉预处理工艺，其包括以下步骤：

对油田高含硅废水进行调节并加入反相破乳剂，并储存稠油污水，调节进入后续处理设施的水量为处理规模的10-20v％(处理规模指的是后续处理设施能够处理的高含硅废水的总体积)；

对经过调节的油田高含硅废水进行沉淀处理，进行油水分离并去除污水中的杂质(主要是有机物、SS等)，沉淀30-45min后，悬浮物去除率应超过90％；

向经过沉淀处理的油田高含硅废水中添加盐类物质、絮凝剂、表面活性剂和阻垢剂并进行气浮处理，去除溶解性有机物及油类；

对经过气浮处理的油田高含硅废水进行过滤处理，去除悬浮物，工作滤速控制为20-30m/h；

利用弱酸树脂对经过过滤的油田高含硅废水进行初步软化处理，使其中的高价金属阳离子(主要是钙离子、镁离子和铁离子等易与硅酸盐结合形成沉淀的金属离子)浓度降低至ppm级；在初步软化处理中，弱酸树脂上的流速控制为20-40BV/h，树脂高径比为0.5-1.5∶1；

利用螯合树脂对经过初步软化的油田高含硅废水进行深度软化处理，使高价金属阳离子的浓度降低至ppb级，得到经过预处理的油田高含硅废水。在深度软化处理中，螯合树脂上的流速控制为10-30BV/h，树脂高径比为0.5-1.5∶1。

在上述预处理工艺中，优选地，所采用的反相破乳剂为聚季铵盐型反相破乳剂等，并且，反相破乳剂的添加量为60-90mg/L，以油田高含硅废水的体积计。

在上述预处理工艺中，优选地，所采用的盐类物质为聚合氧化铝、硫酸铁和氯化铁等中的一种或几种；更优选地，所采用的盐类物质为聚合氧化铝等。在气浮处理中，通过加入盐类物质以及浮选剂、阻垢剂，不仅可以去除溶解性有机物及油类，还可以避免因高分子物质含量大导致污水粘稠度高容易结垢的问题。气浮处理可以采用目前常用的成套装置并按照常规工艺进行。在气浮处理中，所采用的絮凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为5-40mg/L，所采用的表面活性剂为十二烷基磺酸钠，投加量为10-25mg/L，所述阻垢剂为有机膦酸盐(可以为钠盐和钾盐，钠盐例如氨基三甲叉磷酸四钠等，钾盐例如氨基三甲叉膦酸钾等)，投加量为8-15mg/L；所采用的阻垢剂包括有机膦酸盐(大于15％)、多元共聚物和缓蚀剂等中的一种或几种，投加量为3-8mg/L，以经过沉淀处理的油田高含硅废水计。

在上述预处理工艺中，优选地，过滤处理分两步进行，并且，经过过滤处理的油田高含硅废水的悬浮物(SS)浓度小于10mg/L。

在上述预处理工艺中，在利用弱酸树脂进行初步软化处理的过程中可以去除废水中的大部分碱度，优选地，所采用的弱酸树脂为Na型大孔弱酸树脂，并且，经过初步软化处理的油田高含硅废水的总硬度小于1mg/L。

在上述预处理工艺中，优选地，所采用的螯合树脂为Na型大孔亚氨基二乙酸或Na型大孔氨基磷酸树脂等，并且，经过深度软化处理的油田高含硅废水的总硬度小于0.1mg/L。本发明所采用的弱酸树脂、螯合树脂可以是罗门哈斯、漂莱特等品牌的树脂。

油田高含硅废水回用锅炉工艺大多采用传统除硅工艺，而传统的除硅工艺存在处理费用高，设备投入大、污泥量多以及处理后出水回用于热采锅炉仍然易产生结垢问题等不利的现象。本发明提供的预处理工艺采用螯合树脂深度软化工艺技术显著降低废水中的金属阳离子含量，保证高含硅水直接进入锅炉后其中残留的金属阳离子不会与硅结合而引起热采锅炉结垢的问题。

本发明还提供了一种油田高含硅废水回用锅炉预处理装置，该油田高含硅废水回用锅炉预处理装置包括依次连接的：调节罐、沉淀罐或者混凝沉淀池、浮选池、过滤器、弱酸树脂软化器和鳌合树脂软化器。

在上述油田高含硅废水回用锅炉预处理装置，优选地，调节罐与沉淀罐或者混凝沉淀池之间设有第一加药池，该第一加药池用于向废水中加入反相乳化剂。

在上述油田高含硅废水回用锅炉预处理装置，优选地，沉淀罐或者混凝沉淀池与浮选池之间设有第二加药池，该第二加药池用于向废水中加入盐类物质。

在上述油田高含硅废水回用锅炉预处理装置，优选地，过滤器包括串联的第一过滤器和第二过滤器。

在上述油田高含硅废水回用锅炉预处理装置，优选地，浮选池可以为气浮池，并且其底部设有曝气装置。

在上述油田高含硅废水回用锅炉预处理装置，优选地，该油田高含硅废水回用锅炉预处理装置包括依次连接的：调节罐、第一加药池、沉淀罐或者混凝沉淀池、第二加药池、浮选池、第一过滤器、第二过滤器、弱酸树脂软化器和鳌合树脂软化器。

在上述油田高含硅废水回用锅炉预处理装置，优选地，鳌合树脂软化器的出口与一回用热采锅炉连接，经过预处理的废水可以直接进入回用热采锅炉进行使用。

在上述预处理装置中，调节罐和沉淀罐可以是外层为圆柱形的罐体，内部空心；混凝沉淀池可以是长方形的池子，内设多组斜板；浮选池可以是气浮池，其为长方形池子，底部设有曝气装置，刮泥机设在气浮池的上部，从气浮池底部向斜上方设有多组斜板，斜板组间构成斜板气浮通道，斜板上部设有水流缺口；过滤器可以为两级过滤器，串联运行，一级为双滤料过滤器，内置无烟煤和核桃核，第二级为多介质过滤器，内置金刚砂、无烟煤和核桃核等；弱酸树脂软化器可以是外层为圆柱形的罐体，内部底端为无烟煤和核桃核的滤料，中部填充粒径为0.500-1.250的Na型大孔弱酸树脂，树脂层的高径比可以为2∶1，流速可以控制为20BV/h；螯合树脂软化器可以是外层为圆柱形的罐体，内部底端为无烟煤和核桃核的滤料，中部填充粒径为0.500-1.250的Na型大孔亚氨基二乙酸或Na型大孔氨基磷酸树脂，树脂层的高径比可以为2∶1，流速可以控制为20BV/h。

本发明提供的油田高含硅废水回用锅炉预处理工艺具有以下优点：

1、在本发明提供的油田高含硅废水回用锅炉预处理工艺中，采用亚氨基二乙酸型或者氨基膦酸螯合树脂，适用于从多种金属离子共存体系中对特定离子进行选择吸附，且具有对二价钙镁离子的高效选择性；

2、本发明提供的预处理工艺省却了高昂的传统除硅工艺，螯合树脂具有高选择性和强抗干扰性，采用螯合树脂深度软化工艺能高效的除去高价金属阳离子，解决回用于热采锅炉时易结垢的问题；

3、螯合树脂可以反复再生重复使用，且再生方法简单，效果稳定，吸附金属阳离子的速度快。

总之，本发明提供的用于油田高含硅废水回用锅炉预处理工艺省却了高昂的除硅工艺，能更有效地去除污水中的结垢离子——高价金属阳离子，解决了回用于热采锅炉时引起结垢的问题。本发明所提供的预处理工艺及装置的投资及运行成本较低，可再生重复使用，有良好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为实施例1提供的油田高含硅废水回用锅炉预处理装置的结构示意图；

图2为实施例2提供的油田高含硅废水回用锅炉预处理装置的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

采用本发明提供的预处理工艺进行处理后的出水应达到的各项指标如表1所示。

表1 出水指标要求

水样

总硬度(mg/L)

钙(mg/L)

镁(mg/L)

总铁(mg/L)

pH

SS(mg/L)

出水

≤0.1

≤0.05

≤0.02

≤0.05

8-9

≤2

实施例1

本实施例提供了一种油田高含硅废水回用锅炉预处理装置，其结构如图1所示。

该油田高含硅废水回用锅炉预处理装置包括依次连接的：调节罐、沉淀罐、浮选池、过滤器、弱酸树脂软化器和鳌合树脂软化器。

实施例2

本实施例提供了一种油田高含硅废水回用锅炉预处理装置，其结构如图2所示。

该预处理装置包括依次连接的：调节罐、第一加药池、沉淀罐、第二加药池、浮选池、第一过滤器、第二过滤器、弱酸树脂软化器和鳌合树脂软化器；

其中，第一过滤器为双滤料过滤器：罐直径×高为Φ1200mm×3572mm，滤速为11.1m/h，滤料为无烟煤、核桃核，控制方式为批自动，数量1套；在过滤器中，上层为无烟煤，下层为核桃核，无烟煤和核桃核的层高分别为0.2-1.0m和0.4-2.0m；

第二过滤器为多介质过滤器：罐直径×高为Φ1200mm×3572mm，虑速为11.1m/h，滤料为金刚砂、无烟煤、核桃核等，控制方式为批自动，数量1套；在过滤器中，由上到下依次为金刚砂、无烟煤、核桃核，层高分别为0.1-0.5m、0.2-1.0m和0.4-2.0m；

弱酸树脂软化器为一级大孔弱酸软化器：罐直径×高为Φ800mm×4901mm，滤速为23.9m/h，树脂装填高度为1.6m，控制方式为批自动，数量1套；

螯合树脂软化器：罐直径×高为Φ800mm×4901mm，滤速为23.9m/h，树脂装填高度为1.6m，控制方式为批自动，数量1套。

弱酸树脂软化器和螯合树脂软化器中所添加的树脂的具体参数如表2所示。

表2 两级软化器的树脂填充参数

本实施例还提供了一种油田高含硅废水回用锅炉预处理工艺，其是采用上述装置对稠油污水进行预处理的工艺，包括以下具体步骤：

将稠油污水引入调节罐中进行适当调节，调节至进入后续处理设施的水量为处理规模的10-20％；

使来自调节罐的稠油污水进入第一加药池，向污水中投入70mg/L的GT-DO1反相破乳剂(广州振清环保技术有限公司)进行破乳处理；

使来自第一加药池的稠油污水进入沉淀罐进行沉淀，沉淀45min，通过调节罐和沉淀罐可以实现油水分离，去除稠油污水中的有机物、SS等杂质，悬浮物去除率应超过90％；

使来自沉淀罐的稠油污水进入第二加药池，向稠油污水中加入盐类物质、絮凝剂、表面活性剂和阻垢剂(盐类物质为聚合氧化铝，投加量为20mg/L，絮凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为20mg/L，表面活性剂为十二烷基磺酸钠，投加量为15mg/L，阻垢剂为有机膦酸盐(氨基三甲叉磷酸四钠)，投加量为8mg/L，均以第二加药池中的稠油污水的总量计)，然后使其进入浮选池去除溶解性有机物及油类；

使来自浮选池的稠油污水经过第一过滤器和第二过滤器去除悬浮物，工作滤速为30m/h；

使去除了悬浮物的稠油污水进入弱酸树脂软化器，去除碱度，并进行初步的软化，使其中的高价金属阳离子的浓度降低至ppm级，树脂高径比为1∶1，流速为30BV/h；

使弱酸树脂软化器的出水进入螯合树脂软化器，该螯合树脂软化器中装有大孔亚氨基二乙酸型螯合树脂，选择性地吸附稠油污水中的钙、镁、铁等高价金属阳离子即易与硅酸盐结合形成沉淀的金属离子，使其浓度降低到ppb级，树脂高径比为1∶1，流速为30BV/h，完成预处理；

完成预处理的稠油污水进入回用热采锅炉进行回用。

进入预处理装置的入水的水质指标如表3所示，经过该实施例提供的预处理装置处理之后的出水水质指标如表4所示。

表3

水样	总硬度(mg/L)	钙(mg/L)	镁(mg/L)	总铁(mg/L)	含油量(mg/L)	SS(mg/L)
							来水	110-200	36-60	3-20	1-5	200-500	15-30

表4

水样	总硬度(mg/L)	钙(mg/L)	镁(mg/L)	总铁(mg/L)	含油量(mg/L)	SS(mg/L)
							出水	0.07-0.10	0.025-0.05	0.01-0.02	0.03-0.05	20-40	0.1-1.5

通过对比可以看出，通过采用本实施例提供的预处理工艺进行处理之后，在去除了大部分含油量的同时，可以将水中的金属离子如总硬度、钙镁铁的浓度降至ppb级，完成该预处理的稠油污水可以直接进入回用热采锅炉进行回用，而不会引起结垢的问题。

实施例3

本实施例还提供了一种油田高含硅废水回用锅炉预处理工艺，其是采用实施例2所提供的装置对稠油污水进行预处理的工艺，弱酸树脂软化器和螯合树脂软化器中所添加的树脂的具体参数如表5所示。该预处理工艺包括以下具体步骤：

将稠油污水引入调节罐中进行适当调节，调节至进入后续处理设施的水量为油田高含硅废水的10-20％；

使来自调节罐的稠油污水进入第一加药池，向污水中投入60mg/L的PR106反相破乳剂进行破乳处理；

使来自第一加药池的稠油污水进入沉淀罐进行沉淀，沉淀30min，通过调节罐和沉淀罐可以实现油水分离，去除稠油污水中的有机物、SS等杂质，悬浮物去除率应超过90％；

使来自沉淀罐的稠油污水进入第二加药池，向稠油污水中加入盐类、絮凝剂、表面活性剂和阻垢剂(盐类为聚合氧化铝，投加量为10mg/L；絮凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为20mg/L，表面活性剂为烷基苯磺酸钠，投加量为15mg/L；阻垢剂为有机膦酸盐(氨基三甲叉磷酸四钠)，投加量为6mg/L，均以第二加药池中的稠油污水的总量计)，然后使其进入浮选池去除溶解性有机物及油类；

使来自浮选池的稠油污水经过第一过滤器和第二过滤器去除悬浮物，工作滤速为20m/h；

使去除了悬浮物的稠油污水进入弱酸树脂软化器，去除碱度，并进行初步的软化，使其中的高价金属阳离子的浓度降低至ppm级，树脂高径比为0.5∶1，流速为20BV/h；

使弱酸树脂软化器的出水进入螯合树脂软化器，该螯合树脂软化器中装有大孔亚氨基二乙酸型螯合树脂，选择性地吸附稠油污水中的钙、镁、铁等高价金属阳离子即易与硅酸盐结合形成沉淀的金属离子，使其浓度降低到ppb级，树脂高径比为0.5∶1，流速为20BV/h，完成预处理；

完成预处理的稠油污水进入回用热采锅炉进行回用。

进入预处理装置的入水的水质指标如表6所示，经过该实施例提供的预处理装置处理之后的出水水质指标如表7所示。

表5

表6

水样	总硬度(mg/L)	钙(mg/L)	镁(mg/L)	总铁(mg/L)	含油量(mg/L)	SS(mg/L)
							来水	140-230	26-80	4-28	0.5-3	160-450	10-20

表7

水样	总硬度(mg/L)	钙(mg/L)	镁(mg/L)	总铁(mg/L)	含油量(mg/L)	SS(mg/L)
							出水	0.07-0.09	0.020-0.045	0.01-0.02	0.02-0.04	20-30	0.1-1.6

通过对比可以看出，通过采用本实施例提供的预处理工艺进行处理之后，在去除了大部分含油量的同时，可以将水中的金属离子如总硬度、钙镁铁的浓度降至ppb级，完成该预处理的稠油污水可以直接进入回用热采锅炉进行回用，而不会引起结垢的问题。

Claims (10)

1.一种油田高含硅废水回用锅炉预处理工艺，其包括以下步骤：

对油田高含硅废水进行破乳处理，并储存稠油污水，调节进入后续处理设施的水量为油田高含硅废水处理规模的10-20v％；

对经过调节的油田高含硅废水进行沉淀处理，进行油水分离并去除污水中的杂质，沉淀30-45min后，悬浮物去除率应超过90％；

向经过沉淀处理的油田高含硅废水中添加盐类物质、絮凝剂、表面活性剂和阻垢剂，进行气浮处理，去除溶解性有机物及油类；

对经过气浮处理的油田高含硅废水进行过滤处理，去除悬浮物，工作滤速为20-30m/h；

利用弱酸树脂对经过过滤的油田高含硅废水进行初步软化处理，使其中的高价金属阳离子浓度降低至ppm级，软化处理中的流速为20-40BV/h，弱酸树脂的高径比为0.5-1.5∶1；

利用螯合树脂对经过初步软化的油田高含硅废水进行深度软化处理，使高价金属阳离子的浓度降低至ppb级，得到经过预处理的油田高含硅废水，深度软化处理的流速为10-30BV/h，螯合树脂的高径比为0.5-1.5∶1。

2.根据权利要求1所述的预处理工艺，其中，所述反相破乳剂为聚季铵盐型反相破乳剂，并且，所述反相破乳剂的添加量为60-90mg/L，以所述油田高含硅废水的体积计。

3.根据权利要求1所述的预处理工艺，其中，所述盐类物质为聚合氧化铝、硫酸铁和氯化铁中的一种或几种，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺，所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠，所述阻垢剂为有机膦酸盐；优选地，所述盐类物质的添加量控制为10-20mg/L，所述絮凝剂的投加量为5-40mg/L，所述表面活性剂的投加量为10-25mg/L，所述阻垢剂的投加量为8-15mg/L，以经过沉淀处理的油田高含硅废水的体积计。

4.根据权利要求1所述的预处理工艺，其中，所述过滤处理分两步进行，并且，经过过滤处理的油田高含硅废水的悬浮物浓度小于10mg/L。

5.根据权利要求1所述的预处理工艺，其中，所述弱酸树脂为Na型大孔弱酸树脂，并且，经过初步软化处理的油田高含硅废水的总硬度小于1mg/L。

6.根据权利要求1所述的预处理工艺，其中，所述螯合树脂为Na型大孔亚氨基二乙酸或Na型大孔氨基磷酸树脂，并且，经过深度软化处理的油田高含硅废水的总硬度小于0.1mg/L。

7.一种油田高含硅废水回用锅炉预处理装置，其适用于权利要求1-6任一项所述的油田高含硅废水回用锅炉预处理工艺的装置，该油田高含硅废水回用锅炉预处理装置包括依次连接的调节罐、沉淀罐或者混凝沉淀池、浮选池、过滤器、弱酸树脂软化器和鳌合树脂软化器。

8.根据权利要求7所述的油田高含硅废水回用锅炉预处理装置，其特征在于，所述调节罐与所述沉淀罐或者混凝沉淀池之间设有第一加药池，所述沉淀罐或者混凝沉淀池与所述浮选池之间设有第二加药池。

9.根据权利要求7所述的油田高含硅废水回用锅炉预处理装置，其中，所述过滤器包括串联的第一过滤器和第二过滤器。

10.根据权利要求7或9所述的油田高含硅废水回用锅炉预处理装置，其中，该油田高含硅废水回用锅炉预处理装置包括依次连接的调节罐、第一加药池、沉淀罐或者混凝沉淀池、第二加药池、浮选池、第一过滤器、第二过滤器、弱酸树脂软化器和鳌合树脂软化器。

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