CN105130132A - 一种稠油污水回注低渗透油田的处理工艺 - Google Patents

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潘永强
王静
徐鹏
徐闯
胡婧
孙刚正
宋欣
吴晓玲
刘涛
谭晓明
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Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种稠油污水回注低渗透油田的处理工艺，具体包括以下处理步骤：多效除油处理，去除污水中的浮油、分散油和部分悬浮物；双效气浮处理，去除污水中的乳化油和胶体状悬浮物；活性污泥处理；沉淀处理，进行泥水分离；生物接触氧化处理，进一步降低有机物、去除胞外聚合物；微絮凝-双介质过滤处理；膜过滤处理，经过膜过滤装置后，污水中石油类含量小于1.0mg/L、悬浮物含量小于1.0mg/L、悬浮物粒径中值小于1.0μm、腐蚀速率小于0.076mm/a，各项指标均低于低渗透油田要求的A1级水质标准。本发明具有处理工艺合理、操作简单、处理效果稳定；原油可回收利用；膜的清洗周期与使用寿命长；同时解决了低渗透油田欠注问题，实现污水的资源化利用，因此，可广泛地应用于稠油污水回注低渗透油田的工艺中。

Description

一种稠油污水回注低渗透油田的处理工艺
技术领域
本发明涉及一种油田污水的处理方法，特别涉及一种稠油污水回注低渗透油田的处理工艺。
技术背景
我国大部分稠油油田采用注蒸汽开采的方式，原油开采过程产生大量的污水。目前，国家严格限制污水的排放，胜利油田已经实现“污水零外排”，稠油污水的处置成为限制稠油开发的难题。而低渗透油田由于地层孔喉半径小、渗透率低，对注水水质要求严格，《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》(SY/T5329)中要求为A1级水质，因此，目前大部分采用注清水开采方式。采用合适的工艺将稠油污水处理后达到低渗透油田回注水标准，实现污水资源化循环利用，具有重要意义。
中国专利CN101671091B公布了一种特低渗透油田回注用采出水的处理方法，主要方法是混凝沉降后污水，进入活性污泥-生物膜反应池，然后经沉降、超滤处理；中国专利CN102040310B公布了油田采出水回注到低渗透油田的污水处理方法，主要采用聚结、气浮、生化、纳滤处理；中国专利CN102372403B公布了一种低渗透油田含油污水处理工艺方法，主要包括曝气预处理、生物接触氧化、高效曝气沉降处理、超滤膜过滤等处理步骤。这些都是针对常规油田污水的处理方法，稠油污水因稠油密度高、粘度大、胶质和沥青质含量高，且开采过程加入大量化学剂，导致其具有高温、高含油量、高化学需氧量(COD)、油水密度差小、乳化严重等特点，常规处理工艺达不到处理要求；此外，这些专利均没有针对后端膜过滤的生物污染抑制措施，生化处理后细菌进入膜过滤系统，生物污染导致运行稳定性差、出水水质不达标。中国专利CN101857335B公布了一种超稠油污水进行深度处理的方法，主要包括格栅井、平流式沉降池、沉降除油罐、斜板隔油装置、气浮处理装置、水解酸化池、曝气生物滤池、混凝池等处理设施；中国专利CN102030442B公布了一种油田稠油污水外排达标处理方法，主要包括气浮预处理、IB-BACT生化处理、臭氧、生物活性碳处理等工艺；中国专利CN101481197B公布了油田采稠油污水的深度处理工艺，主要包括隔油装置、浮选装置、厌氧装置、臭氧--生物活性炭装置、快速渗滤装置等设施。这些专利均是针对抽油污水外排的处理工艺，处理流程冗长，投资大，处理时间长，且没有针对污水中悬浮物含量、粒径中值、细菌等的去除工艺，出水达不到低渗透油田水质要求。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足而提供一种稠油污水回注低渗透油田的处理工艺，该发明通过多效除油、双效气浮、活性污泥处理、沉淀处理、生物接触氧化、微絮凝-自清洗过滤、膜过滤处理有效去除稠油污水中的石油类和有机物污染物，从而保证后续膜过滤长期经济稳定运行的处理方法，使处理后的稠油污水各项指标均低于低渗透油田要求的A1级水质标准。
一种稠油污水回注低渗透油田的处理工艺，其特征在于，具体包括以下处理步骤：
(1)多效除油处理
稠油污水首先进入多效除油装置，多效除油装置内顺序设有重力沉降区、聚结除油区和斜板沉降区，稠油污水先在重力沉降区进行初步的重力分离，去除浮油及粒径较大的分散油；然后，污水进入聚结除油区，依靠其中的粗粒化材料，通过润湿、碰撞作用，使油滴变大；最后，污水再进入斜板沉降区；经过多效除油装置的处理去除污水中的浮油、分散油和部分悬浮物。
(2)双效气浮处理
多效除油装置出水直接进入双效气浮装置，去除污水中的乳化油和胶体状悬浮物，双效气浮处理出水含油小于30mg/L、COD为350～500mg/L。
(3)活性污泥处理
双效气浮装置处理后的污水经冷却降温处理，控制水温低于40℃后进入活性污泥处理装置，实现对污水中的乳化油、溶解油及有机污染物降解与转化，活性污泥处理出水含油小于2mg/L、COD小于120mg/L、BOD小于15mg/L。
(4)沉淀处理
活性污泥处理装置出水进入沉淀装置，进行泥水分离，并将浓缩后的污泥按50～100％的回流率回至活性污泥处理装置，沉淀装置尾端设有出水堰，单位堰长的出水量低于10m3/m·h。
(5)生物接触氧化处理
经沉淀装置处理后的污水直接进入生物接触氧化装置，进一步降低有机物、去除胞外聚合物。
(6)微絮凝-双介质过滤处理
生物接触氧化装置出水进入微絮凝-双介质过滤装置，絮凝剂采用高分子絮凝剂，用量1.0～3.0mg/L，双介质过滤装置采用石英砂和核桃壳的双滤料装置。
(7)膜过滤处理
经微絮凝-双介质过滤装置处理后的污水进入膜过滤装置，去除悬浮物、控制悬浮物粒径中值，经过膜过滤装置后，污水中石油类含量小于1.0mg/L、悬浮物含量小于1.0mg/L、悬浮物粒径中值小于1.0μm、腐蚀速率小于0.076mm/a，各项指标均低于低渗透油田要求的A1级水质标准。
其中，所述的聚结除油区内装有粗粒化填料，斜板材质为聚氯乙烯或聚酯玻璃钢。
所述的活性污泥处理装置底部设有曝气装置；所述的活性污泥处理装置中接入有活性污泥、石油烃降解菌菌群和营养物，其中，活性污泥的质量浓度为2.0～6.0g/L、pH7～8、停留时间12～24h；石油烃降解菌菌群由产碱杆菌属、枯草芽胞杆菌、蜡样芽孢杆菌、微小杆菌红球菌属和铜绿色假单胞菌组成，接种量为20～30L；营养物由葡萄糖、硝酸铵和磷酸氢二钾组成，质量浓度分别为1.0～2.0mg/L、0.2～0.5mg/L和0.2～0.5mg/L；所述的石油烃降解菌菌群和营养物的接入周期为3～5个月。
所述的生物接触氧化装置包括氧化池，氧化池内设有组合填料，组合填料的纤维束绑扎在外形为多孔薄片状圆盘的支架上，再由中心绳将带有纤维的圆盘串起来，组合填料体积为氧化池体积的60～80％，氧化池底设有布水装置和曝气装置。
所述的膜过滤装置中的膜为中空纤维超滤膜或管式膜，膜材质采用含辣素衍生结构进行改性。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
1、本发明采用多效除油、双效气浮相结合的方法除油，不添加化学药剂，回收原油可用。
2、本发明活性污泥处理工艺接种了采用限制性培养技术选育的高效降解菌群，可实现对难降解稠油污水中的石油类和COD的有效降解与去除，从而保障后续膜过滤的稳定运行。
3、本发明所采用的膜过滤膜材质采用含辣素衍生结构进行改性，有效抑制了膜的细菌污染，延长了膜的清洗周期与使用寿命。
4、本发明将物化、生物处理及膜过滤处理相集成，具有处理工艺合理、操作简单、处理效果稳定、出水水质达标等优点。
5、利用本方法可使处理后的稠油污水稳定达到低渗透回注水水质要求的A1级标准，解决了低渗透油田欠注问题。
附图说明
附图1为发明工艺流程的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：
某油田A的稠油污水，原水含油212.85mg/L、COD为1356.0mg/L、悬浮物含量59.2mg/L、悬浮物粒径中值97.56μm、腐蚀速率0.202mm/a。利用本发明的方法处理后回注低渗透油田，具体步骤如下：
(1)多效除油处理
稠油污水首先进入多效除油装置，多效除油装置内顺序设有重力沉降区、聚结除油区和斜板沉降区；稠油污水先在重力沉降区进行初步的重力分离，去除浮油及粒径较大的分散油；然后，污水进入聚结除油区，依靠其中的粗粒化材料，通过润湿、碰撞作用，使油滴变大；最后，污水在进入斜板沉降区；聚结除油区内装有粗粒化填料，斜板材质为聚氯乙烯。经过多效除油装置的处理去除污水中的浮油、分散油和部分悬浮物。
(2)双效气浮处理
多效除油装置出水直接进入双效气浮装置，去除污水中的乳化油和胶体状悬浮物，双效气浮处理出水含油为29.24mg/L，COD为445.9mg/L。
(3)活性污泥处理
双效气浮装置处理后的污水经冷却降温处理，控制水温低于40℃后进入活性污泥处理装置，实现对污水中的乳化油、溶解油及有机污染物降解与转化，活性污泥处理出水含油为1.2mg/L，COD为97.7mg/L，BOD为8.0mg/L；活性污泥处理装置底部设有曝气装置；活性污泥处理装置中接入有活性污泥、石油烃降解菌菌群和营养物，其中，活性污泥质量浓度为2.0g/L、pH7.5、停留时间为12h；石油烃降解菌菌群由产碱杆菌属、枯草芽胞杆菌、蜡样芽孢杆菌、微小杆菌红球菌属和铜绿色假单胞菌组成，接种量为20L；营养物由葡萄糖、硝酸铵和磷酸氢二钾组成，质量浓度分别为2.0mg/L、0.2mg/L和0.3mg/L；石油烃降解菌菌群和营养物的接入周期为3个月。
(4)沉淀处理
活性污泥处理装置出水进入沉淀装置，进行泥水分离，并将浓缩后的污泥按50％的回流率回至活性污泥处理装置，沉淀装置尾端设有出水堰，单位堰长的出水量为8m3/m·h。
(5)生物接触氧化处理
经沉淀装置处理后的污水直接进入生物接触氧化装置，进一步降低有机物、去除胞外聚合物；生物接触氧化装置包括氧化池，氧化池内设有组合填料，组合填料的纤维束绑扎在外形为多孔薄片状圆盘的支架上，再由中心绳将带有纤维的圆盘串起来，组合填料体积为氧化池体积的60％，氧化池底设有布水装置和曝气装置。
(6)微絮凝-双介质过滤处理
生物接触氧化装置出水进入微絮凝-双介质过滤装置，絮凝剂采用高分子絮凝剂，用量1.0mg/L，双介质过滤装置采用石英砂和核桃壳的双滤料装置。
(7)膜过滤处理
经微絮凝-双介质过滤装置处理后的污水进入膜过滤装置，去除悬浮物、控制悬浮物粒径中值；膜过滤装置中的膜为中空纤维超滤膜，膜材质采用含辣素衍生结构进行改性。
经过连续稳定运转1年，膜过滤装置清洗周期达到80d以上，各处理单元处理效果见表1。
表1某油田A稠油污水各处理单元的处理效果统计结果
从表1可以看出经过本发明的方法处理后的某油田A的稠油污水，污水中石油类含量0.26mg/L、COD79.2mg/L、悬浮物含量0.5mg/L、悬浮物粒径中值0.84μm、腐蚀速率0.016mm/a，各项指标均低于低渗透油田要求的A1级水质标准。
实施例2
某油田B的稠油污水，原水含油106.2mg/L、COD为897.5mg/L、悬浮物含量41.6mg/L、悬浮物粒径中值77.62μm、腐蚀速率0.198mm/a。利用本发明的方法处理后回注低渗透油田，具体步骤如下：
(1)多效除油处理
稠油污水首先进入多效除油装置，多效除油装置内顺序设有重力沉降区、聚结除油区和斜板沉降区；稠油污水先在重力沉降区进行初步的重力分离，去除浮油及粒径较大的分散油；然后，污水进入聚结除油区，依靠其中的粗粒化材料，通过润湿、碰撞作用，使油滴变大；最后，污水在进入斜板沉降区；聚结除油区内装有粗粒化填料，斜板材质为聚酯玻璃钢。经过多效除油装置的处理去除污水中的浮油、分散油和部分悬浮物。
(2)双效气浮处理
多效除油装置出水直接进入双效气浮装置，去除污水中的乳化油和胶体状悬浮物，双效气浮处理出水含油25.88mg/L，COD为440.6mg/L。
(3)活性污泥处理
双效气浮装置处理后的污水经冷却降温处理，控制水温低于40℃后进入活性污泥处理装置，实现对污水中的乳化油、溶解油及有机污染物降解与转化，活性污泥处理出水含油1.0mg/L，COD90.2mg/L，BOD11mg/L；活性污泥处理装置底部设有曝气装置；活性污泥处理装置中接入有活性污泥、石油烃降解菌菌群和营养物，其中，活性污泥质量浓度为4.0g/L、pH7.0、停留时间18h；石油烃降解菌菌群由产碱杆菌属、枯草芽胞杆菌、蜡样芽孢杆菌、微小杆菌红球菌属和铜绿色假单胞菌组成，接种量为25L；营养物由葡萄糖、硝酸铵和磷酸氢二钾组成，质量浓度分别为1.0mg/L、0.3mg/L和0.5mg/L；石油烃降解菌菌群和营养物的接入周期为5个月。
(4)沉淀处理
活性污泥处理装置出水进入沉淀装置，进行泥水分离，并将浓缩后的污泥按80％的回流率回至活性污泥处理装置，沉淀装置尾端设有出水堰，单位堰长的出水量为5m3/m·h。
(5)生物接触氧化处理
经沉淀装置处理后的污水直接进入生物接触氧化装置，进一步降低有机物、去除胞外聚合物；生物接触氧化装置包括氧化池，氧化池内设有组合填料，组合填料的纤维束绑扎在外形为多孔薄片状圆盘的支架上，再由中心绳将带有纤维的圆盘串起来，组合填料体积为氧化池体积的70％，氧化池底设有布水装置和曝气装置。
(6)微絮凝-双介质过滤处理
生物接触氧化装置出水进入微絮凝-双介质过滤装置，絮凝剂采用高分子絮凝剂，用量2.0mg/L，双介质过滤装置采用石英砂和核桃壳的双滤料装置。
(7)膜过滤处理
经微絮凝-双介质过滤装置处理后的污水进入膜过滤装置，去除悬浮物、控制悬浮物粒径中值；膜过滤装置中的膜为管式膜，膜材质采用含辣素衍生结构进行改性。
经过连续稳定运转1年半年，膜过滤装置清洗周期达到60d以上，各处理单元处理效果见表2。
表2某油田B稠油污水各处理单元的处理效果统计结果
通过本发明所述方法处理某油田B的稠油污水，出水水质稳定，石油类含量为0.32mg/L、COD72.3mg/L、悬浮物含量为0.4mg/L、悬浮物粒径中值为0.79μm、腐蚀速率为0.020mm/a，各项指标均低于均低渗透油田要求的A1级水质标准。
实施例3
某油田E的稠油污水，原水含油80.42mg/L、COD为674.5mg/L、悬浮物含量39.7mg/L、悬浮物粒径中值67.24μm、腐蚀速率0.189mm/a。利用本发明的方法处理后回注低渗透油田，具体步骤如下：
(1)多效除油处理
稠油污水首先进入多效除油装置，多效除油装置内顺序设有重力沉降区、聚结除油区和斜板沉降区；稠油污水先在重力沉降区进行初步的重力分离，去除浮油及粒径较大的分散油；然后，污水进入聚结除油区，依靠其中的粗粒化材料，通过润湿、碰撞作用，使油滴变大；最后，污水在进入斜板沉降区；聚结除油区内装有粗粒化填料，斜板材质为聚酯玻璃钢。经过多效除油装置的处理去除污水中的浮油、分散油和部分悬浮物。
(2)双效气浮处理
多效除油装置出水直接进入双效气浮装置，去除污水中的乳化油和胶体状悬浮物，双效气浮处理出水含油22.72mg/L，COD为358.2mg/L。
(3)活性污泥处理
双效气浮装置处理后的污水经冷却降温处理，控制水温低于40℃后进入活性污泥处理装置，实现对污水中的乳化油、溶解油及有机污染物降解与转化，活性污泥处理出水含油1.02mg/L，COD89.8mg/L，BOD9.4mg/L；活性污泥处理装置底部设有曝气装置；活性污泥处理装置中接入有活性污泥、石油烃降解菌菌群和营养物，其中，活性污泥质量浓度为6.0g/L、pH8、停留时间24h；石油烃降解菌菌群由产碱杆菌属、枯草芽胞杆菌、蜡样芽孢杆菌、微小杆菌红球菌属和铜绿色假单胞菌组成，接种量为30L；营养物由葡萄糖、硝酸铵和磷酸氢二钾组成，质量浓度分别为1.5mg/L、0.5mg/L和0.2mg/L；石油烃降解菌菌群和营养物的接入周期为4个月。
(4)沉淀处理
活性污泥处理装置出水进入沉淀装置，进行泥水分离，并将浓缩后的污泥按100％的回流率回至活性污泥处理装置，沉淀装置尾端设有出水堰，单位堰长的出水量为9m3/m·h。
(5)生物接触氧化处理
经沉淀装置处理后的污水直接进入生物接触氧化装置，进一步降低有机物、去除胞外聚合物；生物接触氧化装置包括氧化池，氧化池内设有组合填料，组合填料的纤维束绑扎在外形为多孔薄片状圆盘的支架上，再由中心绳将带有纤维的圆盘串起来，组合填料体积为氧化池体积的80％，氧化池底设有布水装置和曝气装置。
(6)微絮凝-双介质过滤处理
生物接触氧化装置出水进入微絮凝-双介质过滤装置，絮凝剂采用高分子絮凝剂，用量3.0mg/L，双介质过滤装置采用石英砂和核桃壳的双滤料装置。
(7)膜过滤处理
经微絮凝-双介质过滤装置处理后的污水进入膜过滤装置，去除悬浮物、控制悬浮物粒径中值；膜过滤装置中的膜为管式膜，膜材质采用含辣素衍生结构进行改性。
经过连续稳定运转2年，膜过滤装置清洗周期达到120d以上，各处理单元处理效果见表3。
表3某油田E稠油污水各处理单元的处理效果统计结果
从表3可以看出通过本发明所述方法处理某油田E的稠油污水，出水水质稳定，石油类含量为0.32mg/L、COD69.4mg/L、悬浮物含量为0.6mg/L、悬浮物粒径中值为0.64μm、腐蚀速率为0.014mm/a，各项指标均低于均低渗透油田要求的A1级水质标准。

Claims (9)

1.一种稠油污水回注低渗透油田的处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)多效除油处理
稠油污水首先进入多效除油装置，多效除油装置内顺序设有重力沉降区、聚结除油区和斜板沉降区，稠油污水先在重力沉降区进行初步的重力分离，去除浮油及粒径较大的分散油；然后，污水进入聚结除油区，依靠其中的粗粒化材料，通过润湿、碰撞作用，使油滴变大；最后，污水再进入斜板沉降区；经过多效除油装置的处理去除污水中的浮油、分散油和部分悬浮物；
(2)双效气浮处理
多效除油装置出水直接进入双效气浮装置，去除污水中的乳化油和胶体状悬浮物，双效气浮处理出水含油小于30mg/L、COD为350～500mg/L；
(3)活性污泥处理
双效气浮装置处理后的污水经冷却降温处理，控制水温低于40℃后进入活性污泥处理装置，实现对污水中的乳化油、溶解油及有机污染物降解与转化，活性污泥处理出水含油小于2mg/L、COD小于120mg/L、BOD小于15mg/L；
(4)沉淀处理
活性污泥处理装置出水进入沉淀装置，进行泥水分离，并将浓缩后的污泥按50～100％的回流率回至活性污泥处理装置，沉淀装置尾端设有出水堰，单位堰长的出水量低于10m3/m·h；
(5)生物接触氧化处理
经沉淀装置处理后的污水直接进入生物接触氧化装置，进一步降低有机物、去除胞外聚合物；
(6)微絮凝-双介质过滤处理：生物接触氧化装置出水进入微絮凝-双介质过滤装置，絮凝剂采用高分子絮凝剂，用量1.0～3.0mg/L，双介质过滤装置采用石英砂和核桃壳的双滤料装置；
(7)膜过滤处理
经微絮凝-双介质过滤装置处理后的污水进入膜过滤装置，去除悬浮物、控制悬浮物粒径中值，经过膜过滤装置后，污水中石油类含量小于1.0mg/L、悬浮物含量小于1.0mg/L、悬浮物粒径中值小于1.0μm、腐蚀速率小于0.076mm/a，各项指标均低于低渗透油田要求的A1级水质标准。
2.根据权利要求1所述的稠油污水回注低渗透油田的处理工艺，其特征在于所述的聚结除油区内装有粗粒化填料，斜板材质为聚氯乙烯或聚酯玻璃钢。
3.根据权利要求1所述的稠油污水回注低渗透油田的处理工艺，其特征在于所述的活性污泥处理装置中接入有活性污泥、石油烃降解菌菌群和营养物。
4.根据权利要求3所述的稠油污水回注低渗透油田的处理工艺，其特征在于所述的活性污泥的质量浓度为2.0～6.0g/L、pH为7-8、停留时间为12～24h。
5.根据权利要求3所述的稠油污水回注低渗透油田的处理工艺，其特征在于所述的石油烃降解菌菌群由产碱杆菌属、枯草芽胞杆菌、蜡样芽孢杆菌、微小杆菌红球菌属和铜绿色假单胞菌组成，接种量为20～30L。
6.根据权利要求3所述的稠油污水回注低渗透油田的处理工艺，其特征在于所述的营养物由葡萄糖、硝酸铵和磷酸氢二钾组成，质量浓度分别为1.0～2.0mg/L、0.2～0.5mg/L和0.2～0.5mg/L。
7.根据权利要求3所述的稠油污水回注低渗透油田的处理工艺，其特征在于所述的石油烃降解菌菌群和营养物的接入周期为3～5个月。
8.根据权利要求1所述的稠油污水回注低渗透油田的处理工艺，其特征在于所述的生物接触氧化装置包括氧化池，氧化池内设有组合填料，组合填料的纤维束绑扎在外形为多孔薄片状圆盘的支架上，再由中心绳将带有纤维的圆盘串起来，组合填料体积为氧化池体积的60～80％，氧化池底设有布水装置和曝气装置。
9.根据权利要求1所述的稠油污水回注低渗透油田的处理工艺，其特征在于所述的膜过滤装置中的膜为中空纤维超滤膜或管式膜，膜材质采用含辣素衍生结构进行改性。
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