稠油废水处理回用于热采锅炉用水

稠油废水处理回用于热采锅炉用水重质沥青质原油俗称稠油，需热力开采，即热采锅炉将水加热至温度为315℃、压力为17MPa、干度为80%左右的饱和蒸汽，注入油层提高油层温度，降低稠油粘度，通过采油设备把稠油提升到地面。从采油井口采出的油和水混合物称之为原油采出液。用各种方法对采出液进行油水分离，分离出的水称之为稠油废水。辽河油田稠油储量丰富，现有稠油废水处理站9座，日产稠油废水约7×104t，输到稀油区块或废地层回注约2.6×104t，剩余4.4×104t外排，对环境造成一定污染。辽河油田热采锅炉日用清水约9×104t，由于地表水水质较差，所以生产和生活用水大量使用地下水，过量的开采，使地下水位急剧下降。一方面大量污水外排污染环境，另一方面稠油热采大量使用清水，生产和生活用水量与日俱增，供水严重不足。因此，对稠油废水进行处理回用是非常必要的。1稠油废水的水质稠油废水水质较复杂，是含有多种杂质且水质波动较大的工业废水。稠油废水与稀油废水及其他工业废水相比，具有如下特点：①稠油平均密度为900kg/m3以上，其原油颗粒可长期悬浮在水中；②粘滞性大，特别在水温低时更显著；③温度较高，在开发稠油过程中为降低原油粘度往往将温度提高到70～80℃；④乳化较严重，废水易形成水包油型乳状液。根据稠油废水的水质，稠油废水处理一般具有以下特点：①为达到油、水和泥的分离，破乳是先决条件。首先应保证稠油废水的处理温度，选择合适的破乳剂，并选择最佳投药量、加药点、混合、反应和沉降方式。②保证足够的油、水和泥分离时间。因稠油密度大，油水密度差小，其重力分离虽在充分破乳条件下进行，为使油珠有效上浮，加长油、水和泥分离时间还是必要的，一般需2～3h。③在使用混凝剂时，pH值对混凝效果影响较大。2热采锅炉用水的水质指标各国热采锅炉用水水质指标见表1。表1各国热采锅炉水质指标项目中国(SY0027—1994)加拿大美国石油协会溶解氧(mg/L)≤0.050.0050.1总硬度(以CaCO3计)(mg/L)≤0.10.11.0总铁(mg/L)≤0.050.050.1二氧化硅(mg/L)≤50100150悬浮物(mg/L)≤215.0总碱度(以CaCO3计)(mg/L)≤2000最大2000油和脂(mg/L)(建议不包括溶解油)≤21.01.0矿化度(mg/L)≤700010000最大7000pH值7.5～118.5～9.57～12进炉前是否处理不处理不处理不处理根据稠油废水所含污染物种类和数量以及热采锅炉用水水质指标，稠油废水处理用于热采锅炉供水，主要应处理废水中的油、悬浮物和硬度。3稠油废水的水质分类及回用评估稠油废水中的油和悬浮物去除工艺较成熟，工程一次投资和处理成本较低；而稠油废水的软化工艺较复杂，工程一次投资和处理成本较高，是左右整个回用处理工艺的关键因素。为此，根据影响稠油废水软化工艺选择的主要水质指标(总溶解固体TDS和硬度)，把稠油废水分为六种类型(见表2)。不同种类稠油废水的回用评估见表3。辽河油田稠油废水大部分属于低矿化度的中、低硬度稠油废水，其他类型较少，所以大部分有回用于热采锅炉的可能性。表2稠油废水种类mg/L废水类型TDS硬度低含盐、低硬度≤5000≤300低含盐、中等硬度≤5000300～800低含盐、高硬度≤5000≥800中含盐、低硬度5000～7000≤300中含盐、中等硬度5000～7000300～800高含盐、高硬度≥7000≥800其他性质稠油废水含较高氯根和二氧化硅和硫化物注①含盐此处指可溶性固体物。②硬度以CaCO3计。表3不同种类稠油废水的回用评估废水类型评估低含盐、低硬度易软化，不需预软化，处理成本低，宜作为锅炉回用水低含盐、中等硬度易软化，需预软化，处理成本较低，宜作为锅炉回用水低含盐、高硬度需特殊预软化，处理成本较高，可作为锅炉回用水中含盐、低硬度较难软化，需脱盐，处理成本较高，稀释后可作为锅炉回用水中含盐、中等硬度较难软化，需脱盐，处理成本较高，稀释后可作为锅炉回用水高含盐、高硬度很难软化，需脱盐，处理成本很高，不宜作为锅炉回用水4稠油废水的处理流程处理流程主要分三部分，即除油部分、除悬浮物部分和软化部分，软化后废水进热采锅炉。各单元处理工艺如下：①调节和缓冲水量变化应根据生产情况实测，调节水量一般为处理规模的10%～15%可满足要求。均质措施主要是确定次流程出水达到一定含油和悬浮物指标，送回主流程时不会对主流程水质产生冲击。调节罐宜设置一备一用，便于检修清泥，罐内设伴热和收油设施。废水经调节罐后，均质、均量供给后段工艺。②斜板除油罐重力除油一直是国内外含油废水处理首选的初级处理单元，其效率高、运行稳定。通过这一单元处理，可以去除大部分浮油和分散油；加入适当的破乳剂，可去除部分乳化油。斜板除油罐有重力式和压力式，重力式斜板除油罐上部设有收油设施和加热设施；中部为斜板的沉降区；底部设置锥型排泥斗，罐中心设反应筒。③浮选试验和实践证明，诱导浮选(IGF)十分适用于油水密度差小的稠油废水处理。近年来，溶气浮选(DAF)和涡凹浮选(CAF)也引入油田废水处理。诱导浮选，浮选剂投加在浮选机的进水管，经静态混合器混合即可，不需特制药剂反应装置；溶气浮选，最好在进浮选前设药剂混合和反应装置，国产浮选剂投加量一般为10～20mg/L。④过滤经浮选处理后，废水进入核桃壳过滤器，进一步除油和悬浮物。全自动核桃壳压力过滤器工作滤速为25～30m/h，强制滤速35～40m/h。反洗时，反洗水中投加5mg/L的滤料清洗剂，在滤料搅拌装置的作用下，对核桃壳进行彻底反洗。核桃壳过滤器出水含油＜5mg/L，悬浮物在10～20mg/L。废水经核桃壳过滤器后，加入助滤剂1～5mg/L进入全自动双滤料(无烟煤和石英砂)压力过滤器进行微絮凝过滤，进一步去除悬浮物和油。双滤料过滤出水含油＜2mg/L，悬浮物＜5mg/L。双滤料过滤器设空压机对滤料进行表面和深层辅助清洗。废水经双滤料过滤器处理后，进入软化处理部分。⑤软化选择稠油废水离子交换软化工艺取决下列因素：锅炉给水标准、废水TDS、硬度、硬度与碱度之比。选择软化工艺一般原则见表4。表4选择离子交换软化工艺的原则mg/LTDS硬度软化工艺≤2000≤100强酸聚合母体单床树脂700～5000≤2000上流式串联床强酸树脂5000～10000≤500单床弱酸树脂5000～10000500～2000强酸树脂+弱酸树脂串联10000～50000≤2000串联床弱酸树脂≥50000≤500单床螯合树脂注①硬度以CaCO3计；②此表为参照美国两家设计公司选择软化工艺的数据。是否进行化学沉降分离预软化处理，还取决于原水中TDS、总硬度、碱度、SiO2和金属离子的含量。根据辽河油田曙四联稠油废水离子交换软化的工业试验和工程实践，总矿化度＜7000mg/L，硬度＜500mg/L时：a.001×7强酸阳离子树脂和大孔弱酸树脂D113能与稠油废水相适应，软化后可达到进热采锅炉水质指标。b.树脂可承受一定量的有机物，这种暂时性污染对交换过程影响不大，但悬浮物不应过高(不宜超过10mg/L)。c.废水中COD＜300mg/L对树脂没有明显污染作用。d.001×7强酸阳离子树脂的软化过程，工作滤速可按清水软化设计滤速设计；树脂装填高度应高出清水软化树脂装填高度200～300mm；再生液浓度和再生液用量应比清水软化设计时高出1.2～1.5倍。e.大孔弱酸树脂D113用于稠油废水软化的交换容量可高出001×7树脂的1～1.5倍，抗污染能力强于001×7树脂，具有再生彻底等特点，它适用于废水中含长链有机物。f.移动床软化比固定床软化提高交换效率0.5～1.0倍，再生与清洗彻底，可防止树脂板结，适用于含污染物多的稠油废水。5工程实践和效益分析辽河油田对稠油废水深度处理回用于热采锅炉，现已建成曙四联8000m3/d废水深度处理站1座和洼一联6000m3/d废水深度处理站1座，正处于试运投产阶段，基本可实现稠油废水回用于热采锅炉。以欢三联2×104m3/d稠油废水深度处理回用热采锅炉为例，经济效益如下：a.热能的利用：2920万元/a(稠油污水温度55℃，清水温度15℃，燃料油700元/t计)。b.排污费的节省：73万元/a(达标外排费0.1元/m3，暂不计污染费)。c.回收原油费：回收原油10t/d，225万元/a(原油700元/t计)。d.节省清水资源费：1022万元/a(水价1.4元/m3)。合计：4270万元/a。与年运行费用2477.64万元对比，可以看出有较大效益。6结语美国、加拿大利用稠油废水处理后回用热采锅炉的技术已有20余年的历史，从工艺流程(包括废液和废泥处理工艺)、设备、自动控制都有完整配套技术，有成熟的运行经验，生产实践证明了它的可靠性、实用性和经济效益。我国从事这项技术的试验研究和工程实践较晚，与国外比还有一定差距，主要表现在：①稠油废水的水质成分复杂，波动性大；②废水处理设备质量较差；③我国还没有针对稠油废水特点开发的离子交换树脂；④处理流程整体自控水平还很低。总之，稠油废水处理回用于供热采锅炉用水，是目前解决大量稠油废水排放污染的经济、可行的出路，在我国稠油油田应大力推广。