CN103663855B - 油田三元复合驱采油污水回灌前的处理方法、药剂以及专用设施 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，特别是针对油田三元复合驱采油污水回灌前的处理方法，按照图示的工艺流程，具体包括如下步骤，步骤1，在调节池中将采油污水经过隔油进入生化区进行好氧生化8～10小时，然后沉淀2小时，得到第一上清液；步骤2，将上述第一上清液与硫酸铝在混合反应装置中进行混合反应，形成第一处理液；步骤3，将该第一处理液引入气浮-沉淀装置进行浮渣和固体沉淀的去除，形成第二处理液；步骤4，将该第二处理液引入好氧生物滤池进行微小有机物的吸附和消解，形成第二上清液；步骤5，将该第二上清液通过碱式氯化铝、聚合氯化铝或聚合硫酸铝中的其中一种絮凝剂进行气浮或沉淀处理，其后经过杀菌，最后经过砂滤，获得合格的回灌水。此外，还提供一种实施上述方法的专用设施。

Description

油田三元复合驱采油污水回灌前的处理方法、药剂以及专用设施

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，是针对油田三元复合驱采油污水回灌前的处理方法、药剂以及专用设施。

背景技术

石油开采已有一百多年历史，长期以来是分两次采出：第一次是钻井利用地下1500～5000米深的油田内高温、高压喷出；第二次由于油田上部空间增大和采油漏气而减压，只能利用电动机——曲柄连杠结构——活塞泵形式的“磕头机”抽油。两次采油只能采出40～60％，目前，中国为了满足日益增加的石油需求，经过十年努力，在石油开采方法上创造了三元复合驱采油技术。即是将采油后经油水分离的水，处理达到一定的要求，再投药回灌到油田，用“磕头机”把油田的油水混合液抽出，使油田的产出量增加20％～25％，其意义是重大的，也是我国采油技术的创举。

但是通过该种方式采出的油，含水90％，即1t油9t水，有时甚至1t油19t水，经过油水分离后需要将大量的分离得到的污水，需要经过处理达到回灌前的水质要求：石油类≤20mg／L，SS≤20mg／L，平均粒径≤5μm，细菌少于100个，只有达到该指标后再加药回灌到油田，实现持续进行第三次采油，直到把油田剩余的油尽可能多地采出，在充分利用地下原有水资源的同时，节约引入新的地表水资源。

随着中国的经济发展，对石油的需求日益增大，而作为不可再生资源的石油是有限的。因此，针对现有油田进行最大化的开采是必须的。但是第三次采油需要对大量的回灌前的污水做处理，作为三元复合驱采油技术的配套技术，经过了十年的努力，长期成为推广三元复合驱采油技术的瓶颈，发表的论文达数十篇，可查到的专利十余个。

本发明经过了近两年的时间，经过400多次采油现场的实验室小试和每天处理120吨(每小时处理5吨)的中试，完全可以达到：石油类≤5mg／L，SS≤5mg／L，平均粒径≤1μm，细菌少于100个。该污水水质特征具有如下特质：

1、乳化液，油在水中存在的形式因为油田内长年高温和高压的物理——化学作用形成乳化液；

2、胶体溶液，经测量运动粘度很高，试管中光源下有丁达尔效应；

3、破乳和絮凝后有上浮、下沉和不浮不沉三种现象同时存在；

4、固液分离后不久即发生反溶现象，即重新乳化。

5、三元复合驱污水悬浮物相当一部分是以颗粒平均粒径小于1μm有机物包裹着细小泥砂的形态存在于水中；

6、污水可生化性很好，BOD₅／COD_cr＝25％以上，污水含大量厌氧菌和其它杂菌。

针对如上污水特征，无法用常规的处理技术有效处理上述污水。而且，三元复合驱及其污水回灌前的处理是在长期的三次采油过程中周而复始地连续运行，所用的药剂会在污水中积累，水质会越来越恶劣。因此回灌前污水的处理应该做到比现在要求的标准更高，为三元复合驱持续运行留有充分的余地，这是本发明特别强调的一点。

发明内容

本发明的目的是提供一种油田三元复合驱采油污水回灌前的处理方法，该处理方法，包括如下步骤：

步骤1，在调节池中将采油污水经过隔油进入生化区进行好氧生化8～10小时，然后沉淀2小时，得到第一上清液；

步骤2，将上述第一上清液与硫酸铝在混合反应装置中进行混合反应，形成第一处理液；

步骤3，将该第一处理液引入气浮-沉淀装置进行浮渣和固体沉淀的去除，形成第二处理液；

步骤4，将该第二处理液引入好氧生物滤池进行微小有机物的吸附和消解，形成第二上清液；

步骤5，将该第二上清液通过碱式氯化铝、聚合氯化铝或聚合硫酸铝中的其中一种絮凝剂进行处理后引入克劳夫塔气浮进行固液分离，再经过杀菌及砂滤，形成回灌水。

优选的，将该第二上清液通过碱式氯化铝、聚合氯化铝或聚合硫酸铝中的其中一种絮凝剂反应后进行固液分离，将分离液引入杀菌装置，用常规的紫外线、液氯、次氯酸钠、二氧化氯或臭氧杀菌消毒中的任何一种进行深度杀菌处理。本技术优先使用臭氧杀菌。

进一步的，将经过杀菌处理后的溶液通过砂滤后形成回灌清水。

本发明的另一目的是提供一种实施上述油田三元复合驱采油污水回灌前的处理方法的专用设施，其包括处理水依次通过在调节池中的隔油、生化、沉淀，再经过混合反应装置、气浮-沉淀装置、好氧生物过滤池、克劳夫塔气浮、杀菌、砂滤及清水储存池，以及必要的输送管道、水泵、投药系统及控制系统等。其中，所述调节池中的生化部分包括由底部联通的布水区和填料好氧区以及与填料好氧区顶部联通的沉淀区，好氧区底部设有曝气系统。

优选的，所述生化区还包括在布水区之前设有与其下部联通的隔油区，该隔油区上部设有刮油机。

优选的，所述沉淀区与填料好氧区设有污泥回流装置，将沉淀区内的污泥按回流比20％将污泥泵入布水区。

优选的，所述混合反应装置包括一罐体，罐体内设有填料层，填料层两端分别设有进水口和出水口，与进水口相连的蛇形管，该蛇形管上设有药剂投放口。

进一步的，该填料层是直径为40～60mm的多面球或鲍尔环。

优选的，该气浮-沉淀装置包括一池体，池体中央塔底设有中心筒，池体底部设有进水管将处理液引入塔底中心筒，中心筒内设有至少一只释放器，与释放器相通的溶气系统为体系提供溶气水，中心筒外设有倒锥形污泥斗，池体上部设有撇去和收集浮渣的刮渣机和刮板。

优选的，该好氧生物过滤池包括进水区，与该进水区底部联通的填料层区，与该填料层区顶部联通的沉淀区，其中，填料层区中间层为核桃大小的火山石填充层，该填充层下部设有曝气系统。

与现有技术相比，本发明的优点：

1、将来水首先通过生化可以有效解决后续正式处理中的处理成本和难度，可以大大节约投药量和减少最后的污泥处理量。

2、气浮-沉淀装置设计为一体可以根据水量采用单台或多台并联使用，增加设备的使用灵活性。

3、在克劳夫塔气浮进行固液分离之前增加好氧生物过滤池，以便生化消解并过滤极其微小颗粒有机悬浮物及残留的油，有效解决克劳夫塔气浮投药量大的问题，既减少了药剂费用，又减少了污泥量。

附图说明

图1是本发明所提供的油田三元复合驱采油污水回灌前的处理方法的工艺流程图；

图2是图1处理方法中使用的调节池的组成示意图；

图3是图1处理方法中使用的混合反应装置的组成示意图；

图4是图1处理方法中使用的气浮-沉淀装置的组成示意图；

图5是图1处理方法中使用的好氧生物过滤池的组成示意图。

具体实施方式

本发明下面将结合实施例和附图作进一步对本发明所提供的油田三元复合驱采油污水回灌前的处理方法以及专用设施进行详细说明。

参阅图1本发明所提供的油田三元复合驱采油污水回灌前的处理方法的工艺流程图，具体其包括如下步骤：

步骤1，将采油污水在调节池的隔油区停留1小时，然后生化区好氧生化8～10小时，生化区内由曝气系统提供溶解氧在DO=3.5mg／L以上是好氧状态，接着在沉淀区沉淀2小时，得到第一上清液；

步骤2，将上述第一上清液与1000mg／L的硫酸铝在混合反应装置中进行混合反应，反应液在混合反应装置总停留时间控制在2min以内，投药由标准的自动投药系统准确地投药，药剂按照10％～30％的浓度配成溶液使用，形成第一处理液；

步骤3，在该第一处理液引入气浮-沉淀装置进行浮渣和固体沉淀的去除，该装置中由溶气系统按50％溶气水比混合提供溶气水，破乳形成浮渣层、沉淀层以及中间的第二处理液；

步骤4，将该第二处理液引入好氧生物滤池进行微小有机物的吸附和消解，好氧生物滤池池底设曝气系统，由罗茨风机供氧，以气水比20∶1提供溶解氧，并由溶解氧仪及电动阀门自动控制DO=2.5～4mg／L左右，并控制第二处理液在好氧生物滤池中的停留时间为2小时，然后沉淀形成第二上清液；

步骤5，将该第二上清液通过碱式氯化铝、聚合氯化铝或聚合硫酸铝中的其中一种絮凝剂反应后进行固液分离，其中絮凝剂的投入量为150～250mg／L，具体视水质而异。最后再进入杀菌及砂滤处理工序。

其中，步骤5具体为将该第二上清液与碱式氯化铝、聚合氯化铝或聚合硫酸铝中的其中一种絮凝剂混合后引入克劳夫塔气浮进行固液分离，采用克劳夫塔气浮可以有效降低设备的高度，该克劳夫塔气浮池深600mm，水力停留时间3分钟即可达到良好效果，如果用常规气浮设备，则需要求25～40分钟，池高需要2米以上，而普通沉淀设备则需停留2小时以上，池深需2.5米以上。

优选的，将经过克劳夫塔气浮处理后的分离液引入杀菌装置，用常规的紫外线、液氯、次氯酸钠、二氧化氯或臭氧杀菌消毒中的任何一种进行深度杀菌处理，优选为臭氧杀菌，油田来水有大量厌氧菌和其它杂菌，生化处理时又携带缺氧与好氧菌群，通过增加杀菌过程使细菌总量≤100个。

最后将经过杀菌处理后的水通过砂滤后形成回灌水，完成整个三元复合驱采油污水的处理流程，形成达标的回灌水。

本方法可以快速将采油污水中石油、悬浮物和水进行分离并将浮渣及时地排除。全流程总停留时间18个小时左右。停留时间对节能十分重要，许多在北方的油田冬季气温可达到-20～-40℃，三元复合驱地下来水水温可达38℃左右，全流程停留时间短，可以节约保温的能耗。

下面结合图2至图5对实施油田三元复合驱采油污水回灌前的处理方法的专用设施进行详细说明，该专用设施包括处理水依次通过的调节池、混合反应装置、气浮-沉淀一体化处理装置、好氧生物过滤池、克劳夫塔气浮、清水储存池以及必要的输送管道和泵系统，其中，调节池中的生化部分包括底部联通的布水区2、填料好氧区3以及与填料好氧区3顶部联通的沉淀区6，填料好氧区3底部设有曝气系统4，另外为了有效除去处理中的浮油，在布水区2之前设有与其通过下部联通的隔油区1，该隔油区1上部设有刮油机，用以撇去浮油，收集到其侧的集油池内，定期用泵注入槽罐车拉走。处理水在调节池的总停留时间控制在12小时左右。该曝气系统4由罗茨风机供气，并通过溶解氧仪自动控制溶解氧DO=3.5mg／L以上的好氧状态。另外，为了维护生化系统的平衡，沉淀区6设置污泥回流泵8按回流比20％左右将污泥泵入布水区2，而上清液由集水堰10收集，最后用提升泵9泵入到混合反应装置。

通过设置该隔油、生化、沉淀为一体的调节池，可以有效解决后续正式处理中的处理成本和难度，可以大大节约投药量和减少最后的污泥处理量。

参阅图3，进一步说明混合反应装置的组成和工作原理，该混合反应装置包括一罐体12、罐体内设置的填料层13，填料层13两端分别设有进水口和出水口，以及与进水口相连的蛇形管11，该蛇形管11上设有药剂投放口。从蛇形管11药剂投放口自动投入硫酸铝溶液，使其与进水充分混合并在反应罐13内完成絮凝反应，反应罐中间有填料层的填料是50mm直径的多面球或鲍尔环，并控制进水在混合反应装置的总停留时间在2min以内，投药由标准的自动投药系统准确地投药，药剂按照10％～30％的浓度配成溶液投入，经过充分混合反应之后处理液由出水口引入气浮-沉淀一体化处理装置。

参阅图4，进一步说明气浮-沉淀一体化处理装置的组成和工作原理，该气浮-沉淀一体化处理装置包括一池体23，池体23中央塔底设有中心筒15，池体23底部设有进水管将处理液引入塔底中心筒15，中心筒15内设有若干只释放器24，与该释放器24相通的溶气系统22为体系提供溶气水，中心筒15外设有倒锥形污泥斗16，池体23上部设有撇去和收集浮渣的刮渣机19和刮板18，撇去浮渣流入集渣槽(20)，再由排渣口21排入到污泥浓缩池内。中心筒15外设的倒锥形污泥斗16由电动阀门25定时开启，将底部污泥排入污泥浓缩池内。该污泥斗16上方500～800mm处设有穿孔集水管14用于引出上清液至好氧生物过滤池。为了系统稳定，在进水口、出水口和溶气水进水口皆设有止回阀17。

参阅图5，进一步说明好氧生物过滤池的组成和工作原理，该好氧生物过滤池包括砼构筑物的池体26，池体内部依次隔离出进水区，与该进水区底部联通的填料层区，与该填料层区顶部联通的沉淀区，其中，填料层区中间层为核桃大小的火山石填充层27，该填充层27作为生物挂膜载体，填充层27厚度为1m～1.5m，该填充层27下有钢制的格栅网为支架28，且距离池底0.5m。该填充层27下部设有曝气系统29，曝气系统29由罗茨风机供氧，气水比控制在20∶1，溶解氧由溶解氧仪及电动阀门自动控制DO=2.5～4mg／L，处理水的控制停留时间2小时左右，然后处理液进入沉淀区，沉淀区上部设有集水堰31，底部设有排泥及排空管，通过电磁阀30控制。集水堰31的上清液由提升泵32泵到下一处理环节的克劳夫塔气浮装置内。好氧生物过滤池的功能是生化消解并过滤极其微小颗粒有机悬浮物及残留的油。该好氧生物过滤池是生物膜法和活性污泥法混合型的好氧设施，有效解决克劳夫塔气浮投药量大的问题，既减少了药剂费用，又减少了污泥量。

本实施例的固液分离装置为克劳夫塔气浮，当然也可以用一般的溶气气浮甚至混凝沉淀，只是采用克劳夫塔气浮可以有效降低设备的高度，该克劳夫塔气浮池深600mm，水力停留时间3分钟即可达到良好效果，如果用常规气浮设备，则需要求25～40分钟，池高需要2米以上，而普通沉淀设备则需停留2小时以上，池深需2.5米以上。

另外，杀菌和砂滤设备为普通的处理设备即可，其中杀菌处理可以用常规的紫外线、液氯、次氯酸钠、二氧化氯或臭氧杀菌消毒中的任何一种进行深度杀菌处理，优选为臭氧杀菌，油田来水有大量厌氧菌和其它杂菌，生化处理时又携带缺氧与好氧菌群，通过增加杀菌过程使细菌总量≤100个。砂滤可以采用两级砂滤，采用普通的粗、细砂滤即可，滤料用一般石英砂，细砂粒径应在1～1.5mm为宜。用连续自动反冲洗型砂滤或其它机械过滤方式也可以。砂滤之间的空隙会在拦截污泥后形成胶状并有粘性的过滤层，从而可以拦截一部分粒径极其细小的悬浮物。

对于污水处理过程中产生的污泥采用板框脱水、带式脱水、真空脱水或者离心脱水，本专利优选为带式脱水。脱水后污泥含水率不高于80％，而且连续运行，电耗低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，主要是针对油田三元复合驱采油污水回灌前处理的工艺技术、药剂及设施相关的全部主要内容，如果做修改和调整后，也可以用于一般采油、炼油、及工业含油污水的处理，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种油田“三元复合驱”采油污水回灌前的处理方法，其包括如下：

步骤1，在调节池中将采油污水经过隔油，进入生化区进行8～10小时好氧生化处理，然后沉淀2小时，得到第一上清液；

步骤2，将上述第一上清液与硫酸铝在混合反应装置中进行混合反应，形成第一处理液；

步骤3，将该第一处理液引入气浮-沉淀装置进行浮渣和固体沉淀的去除，形成第二处理液；

步骤4，将该第二处理液引入好氧生物滤池进行微小有机物的吸附和消解，形成第二上清液；

步骤5，将该第二上清液通过与碱式氯化铝、聚合氯化铝或聚合硫酸铝中的其中一种絮凝剂进行反应后，引入克劳夫塔气浮装置进行固液分离，进入杀菌及砂滤处理工序。

2.如权利要求1所述油田“三元复合驱”采油污水回灌前的处理方法，其特征在于，将该第二上清液通过与碱式氯化铝、聚合氯化铝或聚合硫酸铝中的其中一种絮凝剂进行反应后进行固液分离，将分离液引入杀菌池，用常规的紫外线、液氯、次氯酸钠、二氧化氯或臭氧杀菌消毒中的任何一种进行深度杀菌处理。

3.如权利要求2所述油田“三元复合驱”采油污水回灌前的处理方法，其特征在于，将经过杀菌处理后的水通过砂滤后形成回灌水，回灌水除提供气浮溶气水和砂滤反冲洗水之用外，剩余的水全部用水泵输给回灌站作回灌用。

4.如权利要求1所述的油田“三元复合驱”采油污水回灌前的处理方法的专用设施，其特在于，该专用设施包括处理水依次通过在调节池中的隔油区、生化区、沉淀区，再经过混合反应装置、气浮-沉淀装置、好氧生物过滤池、克劳夫塔气浮、杀菌、砂滤及清水储存池，以及必要的输送管道、水泵、投药系统及控制系统，其中，所述在调节池中的生化区包括由底部联通的布水区和填料好氧区，沉淀区与填料好氧区顶部联通，填料好氧区底部设有曝气系统。

5.如权利要求4所述的专用设施，其特征在于，所述生化区还包括布水区，在布水区之前设有与其下部联通的隔油区，该隔油区上部设有刮油机。

6.如权利要求4所述的专用设施，其特征在于，所述沉淀区与布水区之间设有污泥回流装置，将沉淀区内的污泥按回流比20％将污泥泵入布水区，维 持生化系统的平衡。

7.如权利要求4所述的专用设备，其特征在于，所述混合反应装置包括一罐体，罐体内设有填料层，填料层两端分别设有进水口和出水口，与进水口相连的蛇形管，该蛇形管上设有药剂投放口。

8.如权利要求7所述的专用设备，其特征在于，该填料层是直径为40～60mm的多面球或鲍尔环。

9.如权利要求4所述的专用设备，其特征在于，该气浮-沉淀装置包括一池体，池体中央塔底设有中心筒，池体底部设有进水管将处理液引入塔底中心筒，中心筒内设有至少一只释放器，与释放器相通的溶气系统为体系提供溶气水，中心筒外设有倒锥形污泥斗，池体上部设有撇去和收集浮渣的刮渣机和刮板。

10.如权利要求4所述的专用设备，其特征在于，该好氧生物过滤池包括进水区，与该进水区底部联通的填料层区，与该填料层区顶部联通的沉淀区，其中，填料层区中间层为核桃大小的火山石填充层，该填料层下部设有曝气系统。