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稠油废水处理回用于热采锅炉用水
http://www.chinaenvironment.com  2007-11-21  中国环保网   
 

  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2.6×104 t,剩余4.4×104 t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900 kg/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2~3 h。

  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)

≤0.05

0.005

0.1

总硬度(以CaCO3计)(mg/L)

≤0.1

0.1

1.0

总铁(mg/L)

≤0.05

0.05

0.1

二氧化硅(mg/L)

≤50

100

150

悬浮物(mg/L)

≤2

1

5.0

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)

≤2

1.0

1.0

矿化度(mg/L)

≤7000

10000

最大7000

pH值

7.5~11

8.5~9.5

7~12

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

≤5 000

≤300

低含盐、中等硬度

≤5 000

300~800

低含盐、高硬度

≤5 000

≥800

中含盐、低硬度

5 000~7 000

≤300

中含盐、中等硬度

5 000~7 000

300~800

高含盐、高硬度

≥7 000

≥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10~20 mg/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25~30 m/h,强制滤速35~40 m/h。反洗时,反洗水中投加5 mg/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<5 mg/L,悬浮物在10~20 mg/L。

  废水经核桃壳过滤器后,加入助滤剂1~5 mg/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<2 mg/L,悬浮物<5 mg/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/L

TDS

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

5000~10000

500~2 000

强酸树脂+弱酸树脂串联

10000~50000

≤2 000

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<7 000 mg/L,硬度<500 mg/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10 mg/L)。

  c.废水中COD<300 mg/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200~300 mm;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10 t/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:4 270万元/a。

  与年运行费用2 477.64万元对比,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。
新闻来源:中华环保互联网   
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