油田含油污水处理过滤器设备进展

油田油田油田油田含油含油含油含油污水处理过滤器设备进展污水处理过滤器设备进展污水处理过滤器设备进展污水处理过滤器设备进展李伟（武汉市汉江石油物资技术开发有限责任公司，湖北省武汉市，430051）摘要摘要摘要摘要：阐述了过滤器在油田含油污水处理中的重要性，介绍了油田含油污水处理使用的双滤料过滤器、核桃壳过滤器、改性纤维球过滤器、改性纤维束过滤器和膜过滤器的原理和结构特点。指出如何克服过滤器耐冲击负荷能力差；滤料易板结、漏失；反洗再生效果差；过滤器憋压造成损坏等问题将成为今后研究的重点。关键词关键词关键词关键词：含油污水；过滤器；滤料；过滤；反洗我国陆上油田大部分采用注水开发方式，各油田已进人高含水期。大量的采油污水必须处理达标后回注地层，才能保持地层能量平衡，维护油田稳定生产。过滤设备是油田污水处理中的关键设备，也是污水处理的最后一关。各油田和设计生产单位都把过滤技术和设备作为研究的重点，技术水平提高较快，目前以压力过滤罐为主。例如双滤料过滤器、核桃壳过滤器、改性纤维球过滤器、纤维束过滤器等。1.1.1.1.双双双双滤料过滤器滤料过滤器滤料过滤器滤料过滤器双滤料过滤器是由早期的单一石英砂过滤器发展而来。由于石英砂过滤器仅对悬浮物有较好处理效果，一般适用于清水过滤，而对于含油污水则无良好处理效果。针对石英砂过滤器的缺点，研究人员设计出了能同时对油和悬浮物有良好去除效果的双滤料过滤器。双滤料过滤器过滤机理是水中的油和悬浮固体颗粒在不同孔隙率、不同颗粒粒径以及不同吸附特性的滤层中进行接触吸附、机械筛除和迁移等被拦截。双滤料过滤器上层采用无烟煤或核桃壳等轻质滤料，下层采用金钢砂、磁铁矿、石英砂等重质滤料。过滤时污水从上到下流过无烟煤等轻质滤料滤层，部分大颗粒悬浮物和油被拦截，再流过金刚砂、磁铁矿、石英砂等滤料去除大部分小颗粒悬浮物。独特的上轻下重型双滤料滤层结构，配合气、水反洗工艺，既能使滤料保持良好的分层特性，又能确保滤料的反洗再生，达到良好的处理效果。在来水含油在20mg/L，悬浮物在30mg/L情况下，经过处理后的水质可达到含油量≤5mg/L，悬浮固体物含量≤3mg/L，悬浮固体颗粒直径≤3μm的要求。过滤时，按工作流程要求，在罐体充满水后，污水经进水管线进入罐体，流经不同级配的滤料组成的滤层，污水中的悬浮固体和污油被滤层逐级拦截，滤后水通过集水系统从出水口排出。在过滤循环中，被去除的悬浮物和油停留在滤床上，使过滤阻力增加，引起滤后出水的流量和水质下降，然后滤罐进入反冲洗流程，使滤料再生。反洗时，滤罐采用气、水反冲洗方式，由启动、排水、气冲洗、水冲洗、静置等流程构成。启动阶段是过滤流程进入反洗滤料流程的缓冲阶段，此时罐内流体由动态变为静态。打开反洗排污阀，使罐内液体从排水口排出，罐内保持常压。关闭低点排放阀，启动鼓风机，并打开进气阀和排气阀，滤料受气压冲击在罐内抖动摩擦。打开反冲洗进水阀和反冲洗排污阀，启动反冲洗泵，带压液体从滤罐下部进入罐内冲洗滤料，污水从反冲洗排污口排出。静置，介质在重力的作用下落回原处。反冲洗流程结束以后，即立即返回过滤或过滤等待流程。2.2.2.2.核桃壳核桃壳核桃壳核桃壳过滤器过滤器过滤器过滤器核桃壳过滤器是80年代中后期在国内发展起来，该技术具有滤速高、截污能力强、水洗强度低等优点，反洗时辅助以机械搅拌，反冲洗效果好，对油的去除能力极强，因此该过滤器已经被广泛用于一级过滤。核桃壳过滤器是以核桃壳为过滤介质，经特殊处理的核桃壳，由于表面积大，吸附能力强，因而去除率高。由于核桃壳亲水不亲油的性质，在反洗时采用搅拌使核桃壳在运动中相互磨擦，因而脱附能力强，使得再生能力强，化学稳定性好，有利于过滤器性能长期稳定。设备采用深床过滤，可大大提高截污能力。具吸附力强、截污量大；抗油浸，油、悬浮物双效去除；易再生；可串联或并联等特点。适用于大水量的油田回注水精细过滤、海上石油平台产出水及稠油油田热采锅炉再生利用水处理；在来水含油在100mg/L，悬浮物在50mg/L情况下，经过处理后的水质可达到含油量≤10mg/L，悬浮固体物含量≤10mg/L。在来水含油在20mg/L，悬浮物在20mg/L情况下，经过处理后的水质可达到含油量≤5mg/L，悬浮固体物含量≤5mg/L。过滤时，水流自上而下，经布水器、滤料层、集水器，完成过滤。反洗时，搅拌器翻转滤料，水流自下而上，使滤料得到彻底清洗再生。近年来，因大型滤罐（φ2.4m～φ3.6m）滤料搅拌冲洗不彻底，出现了体外搓洗式核桃壳过滤器，在大港、克拉玛依、长庆等油田有现场应用；但该过滤器结构较传统过滤器复杂，存在操作不慎容易漏失滤料、滤料磨损严重、搓洗泵易损坏等问题，尚处在改进完善阶段。3.3.3.3.改性改性改性改性纤维球纤维球纤维球纤维球过滤器过滤器过滤器过滤器长期以来，在低渗透油层，注水用精细过滤技术一直没有突破，远远达不到低渗透油层的注水要求。改性纤维球滤料技术是近年来应用在油田含油污水的新型过滤及分离技术，由武汉市汉江石油物资技术开发有限责任公司研制的含油污水处理新设备——WXGL型改性纤维球过滤器，具有处理精度高、占地面积少、再生能力强等优点，特别适用于油田含油污水精细过滤未置级。该过滤器选用的纤维球滤料，是由经过新的化学配方合成的特种纤维丝做成，其主要特点是经过本质的改性处理将纤维滤料由亲油型改变为亲水型。该技术应用于油田含油污水的精细过滤，纤维球不易粘油，便于反洗再生、过滤精度高。改性纤维球过滤器为深床过滤原理，立式罐，采用机械搅拌方式进行反冲洗，可手动操作和自动操作。其去除油及机杂的机理为：直接拦截、惯性拦截和电化学吸附。由于改性纤维球丝径细、比表面积大的特点，它叠加后滤层孔隙小，对悬浮物的拦截作用比其他滤料都优良，因此对低渗透油藏的注入水处理尤为理想。由于对纤维丝进行了改性处理，使它具有了亲水疏油的特性，不管改性纤维丝粘上纯油还是含油污水，遇水时水分子都能渗透到改性纤维丝表面，形成一层水膜，将纤维丝和油隔开；反洗时能将粘附在其表面的原油清洗干净，反洗再生性能特别好。改性纤维球比普通纤维球比重大且不粘油，在过滤时在水力作用下能下沉到罐底，上松下紧滤层孔隙结构好；改性纤维球滤料运行时滤层孔隙率沿水流的方向逐渐变小，形成了比较理想的滤料上大下小的孔隙分布状态，拦截作用增强，过滤效果好。过滤时污水从上到下流过滤层，油及悬浮物等被拦截，大部分污物被去除。反洗时干净水从下到上冲洗滤料，边冲边搅拌，被滤料拦截的污物逐渐清洗干净。在来水含油在20mg/L，悬浮物在30mg/L情况下，改性纤维球过滤器出水含油≤3mg/L，悬浮物≤2mg/L，粒径≤2μm（压紧过滤器可达出水含油≤2mg/L，悬浮物≤1mg/L，粒径≤1μm）。针对部分油田水量变化以及高精度处理要求的情况，为防止滤层不能充分压紧，对过滤器设备内部结构进行改进，特别设计出滤料压紧装置，将搅拌机构由过滤罐的上部移至底部，滤料压紧装置位于过滤罐的上部。工作时，滤料压紧装置启动，压板下行至一定位置，将滤料压紧，污水由上至下经过滤层流过过滤器；反洗开始时，滤料压紧装置启动，压板上行，反洗泵启动，反洗水冲开滤层，搅拌机启动。这样滤层孔隙结构更稳定及紧密，更有利于悬浮物的去除，保证了纤维球过滤器过滤精度的稳定。经改进的压紧式改性纤维球过滤器可以达到超精细过滤A1级标准(滤后水质含油≤5mg/L，SS≤1mg/L，粒径≤1μm)，当然，要达到A1级标准的滤后水质指标，污水应采用化学絮凝方法处理进行前处理。到目前为止，该技术已成功在大港、大庆、吐哈、冀东、长庆等油田得到批量应用。4.4.4.4.改性纤维束改性纤维束改性纤维束改性纤维束过滤器过滤器过滤器过滤器改性纤维束过滤器是为了满足油田使用要求，由在清水工况下使用的TCL型超精细过滤器发展而来，在结构及滤料上经改进，应用于油田含油污水精细过滤。该过滤器选用的纤维束滤料，是由经过新的化学配方合成的特种纤维丝做成，其主要特点是经过本质的改性处理，将纤维滤料由亲油型改变为亲水型。改性后的纤维束不易粘油，便于反洗再生、过滤精度高。改性纤维束过滤器工作原理是正向过滤，逆向反洗。过滤时，压紧盘下降，形成适当孔隙率的滤床，含油污水高进低出，油和悬浮物被滤床吸附和拦截。反洗时，压紧盘在液压系统作用下，上升将滤料松开，在滤料松开同时启动辅助反洗进水系统，水流垂直冲击纤维束中上部污染最严重的部位，进行清洗，然后反洗水低进高出，梳理纤维束，再打开反洗进气阀，使压缩空气与水结合产生大量气泡，产生高频振动，进行气、水组合反洗，将吸附在滤料上的污油和悬浮物颗粒冲洗出来，在反洗过程中间反复进行挤压，使得反洗更加彻底，使滤料得以均匀反洗再生。在来水含油在10mg/L，悬浮物在15mg/L情况下，改性纤维束过滤器出水含油≤1mg/L，悬浮物≤1.5mg/L，粒径≤1.5μm。5.5.5.5.膜过滤器膜过滤器膜过滤器膜过滤器这种过滤器的核心原件是滤膜，制作滤膜的材料有很多，分为有机膜（如聚砜中空纤维膜）和无机膜（如陶瓷膜）。膜过滤器的过滤精度较高，粒径控制比较稳定。不过如果水中含有油的话，则很容易堵塞而且不易反洗。国内外许多研究者曾基于陶瓷材料的亲水性质而寄希望于用陶瓷膜处理采出水，但经过研究后，普遍认为膜污染问题仍然很难解决。因此，这种过滤器适合于低渗透率地层水质要求的清水过滤，而不适用于含油采出水的过滤。6.6.6.6.结语结语结语结语我国油田污水处理过滤器设备经过多年的发展，已基本能满足油田污水处理工程建设的需要，但也存在许多问题不容忽视。主要问题是耐冲击负荷能力差；滤料易板结、漏失；反洗再生效果差；过滤器憋压造成损坏等。今后的研究重点将是改进过滤器的布水、集水装置、反洗方式及反洗结构，同时企业应开放市场、引入社会力量开展高效水处理设备的研究工作，提高设备的科技含量，提高我国油田水处理装置的技术水平。参考文献参考文献参考文献参考文献::::[1]SY/T5329-94碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法，1994[2]陆柱，郑士忠，钱滇子等.油田水处理技术.北京：石油工业出版社，1990:2~7[3]陈进富.油田采出水处理技术与进展[J].环境工程，2000，8(1)：18~20