摘要：针对范庄油田回注污水水质不达标的问题，范庄中转站进行了污水处理工艺流程改造。本文从三相分离器、压力除油器、缓冲调节罐、双滤料过滤罐结构原理，污水处理药剂缓蚀、絮凝、杀菌机理，电子杀菌原理，介绍了新建范庄油田污水处理主要工艺技术，并对污水处理技术应用效果进行了对比分析。
关键词：污水处理 工艺流程 技术应用 效果分析
0 引言
由于范庄污水处理技术不完善、设备老化等原因，使污水无法稳定达到注水水质标准，从而导致设备、管线腐蚀，寿命缩短，同时造成地层孔隙堵塞，引起注水压力升高，注水量降低，影响开采效果。因此，为确保污水处理后符合注水水质标准，范庄污水处理系统于2010年初改造完毕，5月份正式投产。投产后，提高了污水水质，满足了地层注水的要求。
1 污水处理流程分析
1.1 改造前污水处理流程及存在问题
采用重力式除油流程:井站来油→200m3沉降罐→60m3污水罐（进口加缓蚀剂）→200m3注水罐（进口加杀菌剂）→注水泵→注水井口。示意图如下：
由于大部分流体在沉降罐内停留时间短，只能除去原水中的浮油和部分分散油，而部分小油滴、乳化油及大部分固体悬浮物未能分离沉降而被污水带出，造成污油和固体悬浮物(SS)在系统前端没有得到良好分离和应有沉降。另外站内沉降分离主要依靠重力沉降(托克斯沉降分离原理)，通过物理方法使含油污水中悬浮杂质沉降分离，但粒径小的悬浮物及微小的油滴难以除去。
从2009年全年监测结果可以看出，悬浮物固体含量严重超标。固体含量一般为10mg/L-35mg/L之间，超标几倍甚至十几倍。硫化物含量一般维持在5mg/L左右，含油量时而超标。这是因为范庄油田污水处理仅靠重力沉降除油，工艺流程过于简单，沉降罐由于长期使用，效果较差所致。
1.2 改造后污水处理工艺流程
改造后油田污水处理技术工艺主要采用以三相分离器、压力除油器、缓冲调节罐、双滤料全自动过滤器并配合加药为一体的污水处理工艺技术。改造后污水处理工艺流程为：油区来油→三相分离器→压力除油器→缓冲调节罐→双滤料全自动过滤器→污水储罐→注水泵→配水间→注水井口。示意图如下：
2 污水处理工艺主要设备
2.1 三相分离器
主要功能是油、气、水初步分离。三相分离器主要包括进液舱、沉降舱、水室、油室、捕雾器、不锈钢波纹板、加热盘管等。井站来液进入进液舱后，其容积增大，流速降低，缓冲降压，气体随压力的降低自然逸出上浮，油、气、水靠密度差进行初步分离。初步分离后的水从底部通道进入沉降舱。经过初步分离的液体经过波纹板时，由于接触面积增加，不锈钢波纹板又具有亲水憎油的特性，进行第二次油、气、水的分离。随后进入沉降舱，加热盘管使液体温度增加，从而增加了油水分子碰撞机会，聚结为大油滴和大水滴，在重力作用下，加速油水分离。分离后的油和水分别经过油室和水室后通过出口管道排出。井站来液在进分离器前就已加破乳剂，使乳化膜强度降低，更有利于脱水。油水界面可根据来液综合含水量及油品性质，利用分离器顶部的水堰管进行调整，使分离器达到理想的分离效果。水室出口污水含油指标大幅降低，为下游污水处理有效控制水质起到决定作用，效果明显。
2.2 压力除油器
压力除油器是一种将浅池原理和聚结技术有机结合、高效的除油器。其内的波纹板正反交错放置，不需要内部固定支撑，使板距尽可能小，增大浮生面积。液体在波纹板组通道内呈“之”字型流动，流动截面不断变化，为油滴在浮升过程中聚结，在聚结过程中浮升，从而有效地提高了脱油效率。（见表2）
2.3 双滤料全自动过滤器
在油田污水处理系统中，过滤装置性能的好坏对整个污水处理工艺的效果有直接影响。范庄油田污水改造工程引进了SLJ-2400型双滤料全自动过滤器。双滤料过滤器填加的并非单一的滤料，而是核桃壳和金刚砂滤料，组成了不同密度的上下两层滤料。核桃壳滤料对污水中原油的过滤效果较好。核桃壳具有较强吸附能力、抗压能力强、化学性能稳定、硬度高、耐磨性能好、亲水性好、抗油浸，经特殊加工的核桃壳滤料介质，与其它滤料相比其最大特点是滤料反洗再生方便；对采油废水可实现高速(50m3/h)的过滤处理。而较低的颗粒密度，易于进行水力反冲洗，且反冲洗强度较低，再生效果好，能直接采用滤后水反冲洗，无需借助气体和化学剂，成本低，效果好。金刚砂滤料采用不同级配比，上层是密度比较小、料径较小的轻质滤料，下层为密度比较大、粒径较大的滤料，形成滤料粒径自上而下由小到大的粒度阶梯滤层。
采用两种不同的滤料，比较接近于理想滤层的分布方式和合理的滤料级配。由于两种滤料的密度差较大，在水中下降速度也不同， 密度大的下沉快，密度小的下沉慢。经过多个周期反冲洗后，仍能保持“轻、细”的滤料在上，“重、粗”的滤料在下的分层，形成滤料粒径自上而下由小到大的粒度阶梯滤层，提高了过滤水的穿透能力，最大限度地发挥了整个滤层的吸附能力，最大限度地增加截污量和除油能力，达到除油和除污双重效果（见表3）。
3 污水处理药剂缓蚀、絮凝、杀菌机理
3.1 缓蚀剂及缓蚀机理
范庄油田污水中主要腐蚀影响因素是硫化物。油田污水中硫化物主要是H2S，当水为酸性或中性时，H2S 大部分电离成S2-，S2-与Fe2+反应生成黑色不溶于水的FeS沉淀物，促使阳离子反应不断进行，引起设备和管线的严重腐蚀。腐蚀产物不溶于水，注入地下易造成地层的堵塞。
针对范庄油田污水的特点，油化室经过试验筛选，采用连续加药方法投加缓蚀剂KD-32，既有缓蚀作用又有防垢作用。
3.2 絮凝剂及絮凝机理
范庄油田污水主要是采出水。在三相分离器出水口污水含油量、固体悬浮物含量较高，远远达不到回注要求。为进一步处理，在压力除油器进口投加絮凝剂。根据范庄污水特点，经过油化室试验筛选，选用絮凝剂KD-12，采用连续加药方式。
KD-12主要成分是无机、有机高分子混合物。通过吸附在分散的油滴形成的固—液界面或液—液界面，形成桥连作用，或者吸附电子，中和降低胶体粒子的静电斥力，形成较大的絮凝体，过滤去除。
3.3 杀菌剂及杀菌机理
油田污水中细菌主要以硫酸盐还原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、铁细菌（FB）为主。此类细菌易于生长及繁殖在水管线滞留点（弯头、闸门、水表等）、水罐罐壁垢下及罐底淤泥、过滤罐滤料等场所。在厌气环境下将水中无机硫酸盐还原成硫化氢，从而对设备及管线形成腐蚀，其中产生的腐蚀产物FeS随水注入地层引起堵塞，因此需要杀菌。
3.3.1 杀菌剂种类
杀菌剂按化学成分和杀菌机制分为：无机杀菌剂即氧化型；有机杀菌剂即非氧化型两大类。目前范庄油田主要采用有机杀菌剂KD-24为非氧化型，主要成分是醇醚聚合物等。
3.3.2 杀菌机理
阻碍菌体的呼吸作用。细菌的呼吸过程靠一种酶，杀菌剂进入菌体影响酶的活性，能量代谢中断，细菌呼吸停止而死亡。
抑制蛋白质合成。蛋白质是细菌生命的物质基础，杀菌剂进入菌体后，使蛋白质沉淀失去活性，达到抑制细菌或致死的作用。
破坏细胞壁。细胞壁是细菌同外界进行新陈代谢及保持内外平衡的物质。杀菌剂破坏细胞壁后即可杀死细菌。
阻碍核酸的合成。核酸是生物体（细菌）遗传的物质基础。杀菌剂进入后破坏了核酸分子的某一环节，从而破坏了菌体的生长和繁殖。
4 关键技术
4.1 改造后的范庄污水处理工艺的关键技术就在于采用了三相分离器、压力除油罐、缓冲调节罐、双滤料过滤器等设备的综合处理工艺技术。该套技术如果对三相分离器、压力除油罐、缓冲调节罐及双滤料全自动过滤器定期维护保养，按计划加入水处理药剂，除了固体含量外其它指标完全能够达标。范庄污水处理后水质指标达标情况见表4。
4.2 改造后的污水处理工艺在杀菌方面除了投加杀菌剂外，在注水罐的入口增加了电子杀菌技术。电子杀菌原理主要是通过外界电磁场往水体中持续不断施加一系列与菌体个体相对应的步电压，使它们的细胞膜不断地被击穿或振破、导致菌体个体死亡。同时，由于电磁场作用，在水体中迅速产生微弱的氧化还原反映，在阳极区附近产生一定量的氧化性物质，这些氧化性物质与细胞菌类作用，破坏其正常的生陈代谢，使细菌藻类氧化而死亡，达到杀菌抑制细菌生长的目的。两种杀菌方法同时使用，对注入水水质细菌含量的控制起到了良好的效果。
4.3 改造后的污水处理工艺，在压力除油器前端增加了管道混合器。絮凝剂和缓蚀剂直接加在管道混合器内。污水流经管道混合器时，由于管径的变大，压力减小，流速降低，延长了与药剂的反应时间。同时流体改变流动方向，流态由层流变为紊流，与药剂造成良好的径向混合效果。流体自身的旋转作用在相邻组件连接处的接口上亦会发生，这种完善的径向环流混合作用，使污水与药剂混合更加均匀。
5 污水处理工艺存在问题及建议
5.1 存在问题
5.1.1 三相分离器的油水界面受井站来液量变化的影响大。当外围井站停井液量降低或油井洗井水短时间内集中进入集油管线， 导致来液的含水过高，从而引起分离器油水界面波动过大，影响分离效果。
5.1.2 处理后水质指标中的固体颗粒仍然超标。
5.2 建议
5.2.1 来液变化时要及时调节油水界面的位置，关键是外围井站要与大站及时联系，尽快获得来液的流量信息，这样可迅速调节油水界面的位置。
5.2.2 处理后水质指标中的固体颗粒超标，建议污水处理终端启用精细过滤设备，以降低固体颗粒的含量。
6 结论
6.1 范庄油田污水处理工程改造在工艺技术和流程得到进一步优化，控制腐蚀、抑制结垢、杀死细菌，从而提高污水的配伍性和注入量，是范庄油田污水处理技术的一次革新。系统处理后的水质稳定性好，在曝氧的条件下，可以保证在48小时内水质无变化。
6.2 注水水质达标率大幅度提高。自新建污水处理系统投用以来，范庄油田注水系统注入水水质有了较大改善，除固体含量指标超标外，PH值、含油、SRB、TGB、FB等指标全部符合注入水水质指标，总体水质达标率保持在75%以上。
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