CN109809599A - 高温高盐高硅污水回用处理工艺及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高温高盐高硅污水回用处理工艺及系统，主要涉及油田废水处理领域。包括除油气浮单元、电凝聚单元、沉降单元、除胶气浮单元、变压吸附单元、过滤单元、高温RO膜单元。本发明的有益效果在于：它完成高温条件下高温高盐高硅污水回用处理的水质要求，且处理过程安全环保，使处理后的污水能满足油田回收后重复利用的标准。

Description

高温高盐高硅污水回用处理工艺及系统

技术领域

本发明涉及油田废水处理领域，具体是高温高盐高硅污水回用处理工艺及系统。

背景技术

由于油田采出水在高温、高压的油层中还溶解了地层中的各种盐类和气体，因此采出水通常具有高温、高含盐等特点，对于油田蒸汽吞吐、汽驱生产等施工过程产生的高温高盐高硅污水，其处理一直是油田管理的重点和难点。反复被改进和探讨，但是仍然存在许多技术难点。本发明主要解决油田施工过程中高温条件下高温高盐高硅污水的回用处理问题，主要针对的处理难题包括：

现有工艺通常只能处理水温低于45℃的污水，如果污水温度高于45℃，会影响整个工艺流程和污水处理效果，同时导致污水处理所用膜的寿命缩短，大大增加支出。

现有工艺处理含硅污水，会产生大量有毒有害气体污染环境，如果在封闭空间，还会造成憋压爆炸。

上述问题是现有油田生产污水处理的难题，在查阅了大量的文献资料后，虽然一些现有技术能对油田污水进行处理，但是均不完善，也不能够解决上述问题。例如：

中国发明专利1：一种高温、高硬度、高COD、氨氮的污水处理系统及工艺(201610395370)；

中国发明专利2：一种油田污水软化产生的高温高含盐有机废水的处理方法(2015108353576)；

中国发明专利3：一种用于高温高盐含油污水的高效溶气装置及方法(2013105668414)；

上述专利技术中，专利1需要通过通风凉水塔对污水进行循环降温，使调节池内温度维持在35℃以下，才能满足工艺后期生化处理环节的要求，不然高温会导致后期生化处理环节功能失效。不能够解决本发明对于处理高温废水的问题。

专利2使用了大量的双氧水(每升有机废水中投加100-1000mg的30wt％双氧水)，而在新疆油田，已经明令禁止使用双氧水、高锰酸钾等强氧化剂，因此使用具有很大的局现性，不利于环保。

专利3利用气浮除油，避免进水短期内过高的SS和油污，对后续系统的冲击。只能作为一种前置处理系统和安全保障措施。不能满足油田水处理结果的需求。同时，专利3如果在封闭的设备内处理油田污水，整个设备内会产生大量有毒有害气体污染环境，如果在封闭空间，还会造成憋压爆炸。

综上所述，现有技术对于如何安全、环保的处理高温高盐高硅污水，并实现处理结果达标，仍然存在技术缺位。

发明内容

本发明的目的在于提供高温高盐高硅污水回用处理工艺及系统，它完成高温条件下高温高盐高硅污水回用处理的水质要求，且处理过程安全环保，使处理后的污水能满足油田回收后重复利用的标准。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

高温高盐高硅污水回用处理工艺，按先后顺序包括以下流程：

除油气浮：初步去除悬浮固体和油污，出水水质达到SS≤500mg/L，油含量≤400mg/L；

电凝聚：气浮出水通过高压脉冲电凝聚处理系统进行脱硅、脱油、除悬浮固体、吸附去除COD，其出水硅含量降至4～6mg/L；

沉降：通过沉降工艺去除残渣及部分悬浮物，过程配合变压吸附；

除胶气浮：沉降后上层清水经SPA氮气加压溶气，并通过气浮工序去除胶态物质，过程配合变压吸附，出水达到SS≤200mg/L，SiO₂≤20mg/L，油≤3mg/L；

过滤：过滤去除总悬浮物，出水水质达到SS≤5mg/L，SiO₂≤20mg/L，油≤ 2mg/L，硬度0mg/L，；

高温RO膜过滤，即得产品水，产品水水质能够达到SS≤1mg/L，矿化度≤200 mg/L，SiO₂≤10mg/L，油≤1mg/L，硬度0mg/L。

进一步的，过滤为依次通过深层过滤-纤维球过滤-高温软化树脂-5μm袋滤脂进行的过滤。

进一步的，所述电凝聚工序中，在水体表面结合配套使用刮油刮沫工艺。

进一步的，所述电凝聚工序中，对产生的污泥进行收集处理，其方法为：对污泥进行板框压滤，去除所含水分，在通过调酸和陈化工艺，得聚合氯化铝 (PAC)絮凝剂。

作为本发明的另一个方面，高温高盐高硅污水回用处理系统，包括：

除油气浮单元，用于初步去除悬浮固体和油污；

电凝聚单元：用于通过电凝聚对原水进行脱硅、脱油、除悬浮固体和吸附去除COD，其出水硅含量降至4～6mg/L；

沉降单元：用于通过沉降池去除残渣及部分悬浮物；

除胶气浮单元：用于通过气浮池去除胶态物质；

变压吸附单元：用于对沉降单元和除胶气浮单元进行氮气保护和溶气；

过滤单元：用于过滤去除总悬浮物；

高温RO膜单元：用于脱盐得产品水。

进一步的，所述过滤单元包括深层过滤模块-纤维球过滤模块-高温软化树脂模块-5μm袋滤脂模块。

进一步的，还包括刮沫单元，用于配合电凝胶单元对水体表面进行刮油刮沫处理。

进一步的，还包括污泥回收单元，包括板框压滤模块、调酸模块、陈化模块，用于对电凝胶单元所产生的污泥进行收集处理，获得聚合氯化铝(PAC)絮凝剂。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：

使用本发明的方法和系统，用于完成高温条件下高温高盐高硅污水回用处理的水质要求，处理后的污水能满足油田回收后重复利用的标准，即pH在 7.2-8.5之间、总悬浮物≤2.0mg/L、矿化度≤200mg/L、SiO2≤10.0mg/L、含油量＜2.0mg/L、硬度≤0.1mg/L、水温60～80℃。且处理过程具有以下优势：

本工艺能处理水温达到80℃左右的污水，且比现有工艺成本更低，工艺流程更简单可控。

本工艺很好的解决了高硅污水处理过程中废气的回收利用的问题，避免憋压爆炸的问题，更安全和环保。

附图说明

附图1是本发明的工艺流程示意图。

附图2是本发明实施例3的处理水取样照片。(从左到右依次为除油水、除硅水、深层过滤)

附图3是本发明实施例3的油泥取样照片。(

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

实施例1：高温高盐高硅污水回用处理工艺

按先后顺序包括以下流程：

S1：除油气浮：污水首先通过污水泵进入气浮池，初步去除悬浮固体和油污，从而使出水水质达到SS≤500mg/L，油含量≤400mg/L；除油气浮为进水前段处理。避免进水短期内过高的SS和油污，对后续系统的冲击。作为一种前置处理系统和安全保障措施。

S2：电凝聚(HVES)：气浮出水通过污水泵进入高压脉冲电凝聚处理系统进行脱硅、脱油、除悬浮固体、吸附去除COD操作，尾气经尾气排放系统排出。

电凝聚(HVES)是利用电化学方法通过电极反应产生金属水合物凝聚剂，一定条件下可析出气泡，通过凝聚剂的吸附以实现聚沉，也可通过气泡的浮选来达到净水的方法。电凝聚常用于离子交换、电渗析、反渗透除盐之前，不仅可以有效脱除二氧化硅，而且能除浊、脱色、脱油，还能去除水中重金属离子、藻类和细菌等，对去除水中的有机物质也有一定效果。

现场工业化中试表明：HVES对硅含量150mg/L的原水进行脱硅处理，其出水硅含量可降至大约4～6mg/L的范围内。同时可以很好的去除废水中的油污染、 SS悬浮物和吸附去除COD。

HVES配置尾气排放处理系统和刮沫系统。

S3：沉降：通过沉降工艺去除比重大于1kg/L的颗粒污染物，过程配合变压吸附；采用PSA变压吸附所产的氮气保护和溶气，避免了水中溶解氧的问题。 HVES设备，本身就是电解气浮，配套刮沫系统可以去除很大一部分的SS。后续的高密沉淀池，去除比重大于1的颗粒污染物。

S4：除胶气浮：沉淀池内上层清水通过污水泵进入经SPA氮气站加压溶气，溶气水水进入气浮池内进行气浮工序从而去除胶态物质，过程配合变压吸附，提高处理效率。该工序处理后出水水质可满足SS≤200mg/L，SiO₂≤20mg/L，油≤3mg/L。过程配合变压吸附；采用PSA变压吸附所产的氮气保护和溶气，避免了水中溶解氧的问题。

S5：深层过滤-纤维球过滤-高温软化树脂-5μm袋滤：深层过滤是一种大纳污量过滤技术；改性纤维球过滤器是一种污水精细过滤技术，可以达到超精细过滤的目的。通过沉淀池-气浮-深层过滤-纤维球过滤多级去除，保护后续的昂贵的RO膜。废水中的硬度，采用高温软化树脂软化去除。

通过A3、A4、A5，用于对应经HVES处理的废水，由于HVES工艺的电极铝板消耗性，产生较多的氢氧化铝絮体。采用沉淀池-气浮-深层过滤-纤维球过滤 -5μ袋滤的多级物化处理工艺，去除产生的SS颗粒物和油污染。

S6：高温RO膜过滤：经过除油，除悬浮物，除硅，除硬等预处理操作后的污水通过泵进入高温RO膜进行脱盐处理，脱盐后产品水水质能够达到SS≤ 1mg/L，矿化度≤200mg/L，SiO₂≤10mg/L，油≤1mg/L，硬度0mg/L。

RO(反渗透)，它是一种膜分离技术，是渗透的一种逆过程。反渗透除盐原理，就是在有盐分的水中，施以比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反方向进行，把原水中的水分子压到膜的另一边，变成洁净的水，从而达到除去水中盐分的目的，这就是反渗透除盐原理。反渗透膜是一种高性能的半透膜，它要求单位面积出水量大、脱盐率高、机械强度好、多孔支撑层的压实作用小、化学稳定性好、耐酸、碱和耐微生物侵袭、结构均匀、使用寿命长、性能衰降小、价格便宜等特点。

普通的RO膜，其设计运行温度为25～40℃。在此无法达到技术要求。必须采用设计运行温度为60～90℃的高温RO膜。

目前，国际上较为成熟的是高温RO膜是：Duratherm Excel RO8040HR(GE)Duratherm RO是高温高通量纯水膜元件，具有适用于连续高温操作的优点，如高温热水消毒，从工业角度达到能量回收最大化并采用高温纯净水。

所有膜元件适用于最高运行温度达80℃(华氏176°F)的分离系统。膜元件结构包括聚砜ATO和中心管，以及Durasan*专利弄状外套。

特性和优势：灭菌、预防生物污堵、持久耐用的结构、产水侧消毒。

适用市场：食品/饮料、生物药剂、医疗/透析、电子工业、化工工业。

膜元件规范：Duratherm Excel RO8040HR膜元件规格。

此外，在整个工艺过程中的设备中设置液位自动控制系统，实现整个工艺的自动化控制。

生产过程中会消耗35～42kg/d铝板，产生含水率75％的板框压滤污泥425～5120kg/d。由于产生的污泥基本为氢氧化铝，含少量的活性硅酸和石油污染物。属于较好的聚合氯化铝的原料。为了达到资源化利用的目的，提高环保，对于S2所产生的氢氧化铝污泥，本工艺采用回收后，通过板框压滤-调酸-陈化工艺，生产出优质的PAC污水处理药剂。

实施例2：高温高盐高硅污水回用处理系统

本示例设备规格如下：

厂房占地：12.00×20.00×6.00m(240m²)

装机功率：143.9kw/380V

运行功率：80.5kw/380V

包括以下单元：

1)除油气浮单元：用于初步去除悬浮固体和油污；

除油气浮：

处理量：800m³/d

材质：Q235防腐

尺寸：8.00×2.50×2.80m

功率：7.6kw

2)电凝聚单元：用于通过电凝聚对原水进行脱硅、脱油、除悬浮固体和吸附去除COD，其出水硅含量降至4～6mg/L；

HVES:

处理量：800m³/d

材质：Q235+PE

尺寸：8.00×2.50×2.50m

电源功率：24kw

提升泵:38m3/h 5m 1.5kw×2台

搅拌机：1.1kw×2台

3)沉降单元：用于通过沉降池去除比重大于1的颗粒污染物；

沉淀池:

处理量：800m³/d

材质：Q235防腐

尺寸：6.00×3.00×4.00m

4)除胶气浮单元：用于通过气浮池去除胶态物质；

除胶气浮：

处理量：800m³/d

材质：Q235防腐

尺寸：8.00×2.50×2.50m

功率：7.6kw

5)过滤单元：用于过滤去除总悬浮物；

中间池:

尺寸：8.00×2.50×1.50m

HRT：1h(有效容积：30m3)

材质：钢砼+防腐

配套:提升泵:38m3/h 30m 4.0kw×2台

反冲洗泵：75m3/h 20m 7.5kw×2台

深层过滤罐:

处理量：800m³/d

材质：Q235防腐

尺寸：Φ2.40×4.50m×2组(一用一备，交替反洗)

滤速：8.8m³/m²h(min:4.4m³/m²h)

反冲洗风机：195m3/h 7m 11kw×2台

纤维球滤罐:

处理量：800m³/d

材质：Q235防腐

尺寸：Φ1.50×3.50m×2组(一用一备，交替反洗)

滤速：22.0m³/m²h(min:11.0m³/m²h)

搅拌机：0.55kw×2台

高温软化器:

处理量：800m³/d

材质：Q235防腐

尺寸：Φ1.80×3.50m×3组(二级软化，2用1备)

滤速：11.80m³/m²h

5μ袋滤

处理量：800m³/d

材质：SUS 304

尺寸：Φ0.40×1.50m

过滤精度：袋滤：5μ

6)高温RO膜单元：

RO系统:

处理量：500m³/h

纯水产量：21m³/h

材质：SUS 304

尺寸：1.50×6.00×2.00m

RO高压泵：CDL65-80-1(30m3/h,161m,22kw)×2台

RO膜：33支(RE8040-FEN高温膜)

配套RO膜清洗系统(3kw)。

浓水罐：

有效容积：31m3

材质：钢制防腐(地埋)

尺寸：Φ4.00×3.00m

7)脱盐单元

脱盐水池:

尺寸：Φ4.00×4.50m，钢制防腐)

HRT：2h(有效容积：50m3)

材质：钢砼+防腐

8)污泥回收单元：用于对电凝胶单元所产生的污泥进行收集处理，获得聚合氯化铝(PAC)絮凝剂。

污泥浓缩罐：

有效容积：31m³

材质：钢制防腐(地埋)

尺寸：Φ4.00×3.00m

装机功率：5.5kw

配套:ZXA80/800压滤机。(板框容积1.28m³)

尺寸：6600×1090×1265mm

污泥泵:Marathon M30B1S1TABS00060

9)变压吸附单元：用于对沉降单元和除胶气浮单元进行氮气保护和溶气。

氮气制备系统：6kw

本系统能完成油田对污水处理的要求，如下表：

本系统对上述污水进行处理，具有的优势分析如下：

与专利1相比，本系统的工业化应用程度更高、更经济、节能和环保，本系统工艺不用特定的工艺流程降低水温，节约了大量成本，降低了工艺流程对温度的要求。因为专利1需要通过通风凉水塔对污水进行循环降温，使调节池内温度维持在35℃以下，才能满足工艺后期生化处理环节的要求，不然高温会导致后期生化处理环节功能失效。

与专利2相比，本系统虽然属于物化处理，但以物理处理为主，相比于专利2，更少的使用了化学药剂，减少了二次污染，更加环保。更重要的是，专利 2使用了大量的双氧水(每升有机废水中投加100-1000mg的30wt％双氧水)，而在新疆油田，已经明令禁止使用双氧水、高锰酸钾等强氧化剂，因此本专利的工业化应用范围更广。

与专利3相比，本系统专利3的处理污水效果更好。专利3仅仅是属于本专利的第一个流程，利用气浮除油，避免进水短期内过高的SS和油污，对后续系统的冲击。作为一种前置处理系统和安全保障措施。在本施工区域，如果只使用专利3的方法，不能满足油田水处理结果的需求。同时，专利3如果在封闭的设备内处理油田污水，整个设备内会产生大量有毒有害气体污染环境，如果在封闭空间，还会造成憋压爆炸，本工艺很好的解决了高硅污水处理过程中废气的回收利用的问题，更安全和环保。

本系统能够处理污水温度是80℃的高温污水，大大降低了工艺难度和成本，解决高温锅炉废水温度较高时无法直接回用处理的技术难题。无需进行前期降温工艺，可在高温条件下直接进行回用处理，进水温度高达60-80℃，因无需降温减少了回用处理过程中水体热量损失，出水温度高，提高了锅炉回用水初始温度，大大的减少了企业锅炉用水升温成本，显著提高了企业锅炉的运行效益。

实施例3：使用实施例2的系统，对油田高温高盐高硅废水进行处理示例

来水及往年处理情况：

1)外输水矿化度在4200mg/L左右，为重碳酸钠水型；

2)二氧化硅约为275mg/L，二氧化硅浓度高；

3)污水处理过程没有除硅措施，二级出水二氧化硅浓度较高；

4)硬度约为130mg/L，硬度较高。

详情见下表：

通过实施例2的系统处理红003外输水，来水1.2MPa，稳压阀及流量阀控制流量，设计产水500t/d，进水800t/d左右。

至中间水箱为溢流自流，后端依靠增压泵。每个阶段定时排污。

来水温度75—78摄氏度，电絮凝后端PAM添加量为几个PPM起，除油气浮油需<2。

电絮凝使用脉冲电流，倒级时间3min，目前测试电流低值1100A、中1400、高1700，铝板72组。

处理过程中及处理后的取样照片如附图所示。

处理后达到设计要求，即：

矿化度≤200mg/L，SiO₂≤10mg/L，油≤1mg/L，硬度0mg/L，PH7-11。

Claims (9)

1.高温高盐高硅污水回用处理工艺，其特征在于，按先后顺序包括以下流程：

除油气浮：初步去除悬浮固体和油污，出水水质达到SS≤500mg/L，油含量≤400mg/L；

电凝聚：气浮出水通过高压脉冲电凝聚处理系统进行脱硅、脱油、除悬浮固体、吸附去除COD，其出水硅含量降至4～6mg/L；

沉降：通过沉降工艺去除残渣及部分悬浮物，过程配合变压吸附；

除胶气浮：沉降后上层清水经SPA氮气加压溶气，并通过气浮工序去除胶态物质，过程配合变压吸附，出水达到SS≤200mg/L，SiO₂≤20mg/L，油≤3mg/L；

过滤：过滤去除总悬浮物，出水水质达到SS≤5mg/L，SiO₂≤20mg/L，油≤2mg/L，硬度0mg/L，；

高温RO膜过滤，即得产品水，产品水水质能够达到SS≤1mg/L，矿化度≤200mg/L，SiO₂≤10mg/L，油≤1mg/L，硬度0mg/L。

2.根据权利要求1所述的高温高盐高硅污水回用处理工艺，其特征在于，过滤为依次通过深层过滤-纤维球过滤-高温软化树脂-5μm袋滤进行的过滤。

3.根据权利要求1所述的高温高盐高硅污水回用处理工艺，其特征在于，所述电凝聚工序中，在水体表面结合配套使用刮油刮沫工艺。

4.根据权利要求1所述的高温高盐高硅污水回用处理工艺，其特征在于，所述电凝聚工序中，对产生的污泥进行收集处理，其方法为：对污泥进行板框压滤，去除所含水分，在通过调酸和陈化工艺，得聚合氯化铝(PAC)絮凝剂。

5.高温高盐高硅污水回用处理系统，其特征在于，包括：

除油气浮单元，用于初步去除悬浮固体和油污；

电凝聚单元：用于通过电凝聚对原水进行脱硅、脱油、除悬浮固体和吸附去除COD，其出水硅含量降至4～6mg/L；

沉降单元：用于通过沉降池去除残渣及部分悬浮物；

除胶气浮单元：用于通过气浮池去除胶态物质；

变压吸附单元：用于对沉降单元和除胶气浮单元进行氮气保护和溶气；

过滤单元：用于过滤去除总悬浮物；

高温RO膜单元：用于脱盐得产品水。

6.根据权利要求5所述高温高盐高硅污水回用处理系统，其特征在于，所述过滤单元包括深层过滤模块-纤维球过滤模块-高温软化树脂模块-5μm袋滤脂模块。

7.根据权利要求5所述高温高盐高硅污水回用处理系统，其特征在于，还包括刮沫单元，用于配合电凝胶单元对水体表面进行刮油刮沫处理。

8.根据权利要求5所述高温高盐高硅污水回用处理系统，其特征在于，还包括污泥回收单元，包括板框压滤模块、调酸模块、陈化模块，用于对电凝胶单元所产生的污泥进行收集处理，获得聚合氯化铝(PAC)絮凝剂。

9.根据权利要求5所述高温高盐高硅污水回用处理系统，其特征在于，还包括液位控制单元，在设备内部设置液位自动控制系统。