改性纤维过滤技术在海洋石油平台含油污水处理中的应用

发布时间：2022-03-12

　　[摘要】针对海洋石油勘探开发过程污染物排放浓度限值的变化，结合海上平台设计紧凑、可利用空间狭小的特点，提出采用改性纤维球过滤技术对生产过程的废水进行精细过滤处理，解决了海上平台空间和承重受限问题。通过对改性纤维过滤技术分析讨论.探讨了过滤过程原理和分析了设计模拟工作环境流程。与其他处理技术比较，改性纤维滤料技术更适用于海洋平台污水处理过程。

　　[关键词】海洋石油平台：改性纤维球过滤：含油污水处理

　　石油工业是现代工业的支柱，在为人类提供能源的同时，伴随产生的一个重要问题是环境污染问题。油田开发过程中污染物的来源有多种途径，而含油污水是最大的污染源。油田含油污水或油田污水，其来源于在油气生产过程中所产出的地层伴生水。油井产出液中含有原油、凝析油、天然气、水、杂质和外来物质。海洋平台生产污水是指：(1)从油、气、水三相分离器分离出来的污水，大部分属于原油中的游离水;(2)通过电化学方法从脱水器分离出来的含油污水;(31从工艺设备中排放系统排放的含油污水;(4)清洗设备、甲板等其它含油污水以及降到甲板上的雨水。

　　含油污水的具有成分复杂、水质多变和温度高等特性含油污水一般偏碱性，硬度较低，含铁少，矿化度高。各地油田采出水的水质不尽相同，但又有共性，可分为以下几种：(1)分散油：油珠在污水中的直径较大，易于从污水中分离出来，稍加静置可浮于水面形成油层，依靠油水比重差而从水中分离除去。这种状态的油占污水含油量60%～80%：(21乳化油：其在污水中分散的粒径很小，与水形成乳状液，属于O刑“水包油”型乳状液。这部分油不易除去，必须反相破乳之后才能将其除去，其含量占污水含油量的10%一15%;(3)溶解油：油珠直径小于0.1岬，其占污水含油量的0.2%加.5%。由于油水在水中的溶解度很小，为5～15mg/L，这部分油是不能除去的…;(4)污水中含有的阳离子ca”、M矿+、Ba”、sr2+等，常见的等阴离子有c03}、cl‘、s04。等。这些离子在水中的溶解度是有限的;(5)污水中还可能含有溶解的02、C02、H2s等有害气体;(6)污水中常见的细菌有硫酸盐还原菌、腐生菌和铁细菌这些细菌均能引起对污水处理、回注设备及管汇的腐蚀和堵塞睇J。

　　含油污水排放在海洋环境中的表现形式主要以油膜、溶解分散态、乳化以及凝聚态残余物等四种形式存在【”。我国对于排放入海洋中的污水，《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限制》GB4914.2008按污染物排放海域不同分为三级，生产水排放浓度月平均值限值分别为：一级≤20mg/L;二级≤30mg/L;三级≤45m玑，COD不得高于300m叽，相比较其代替的《海洋石油开发工业含油污水排放标准》GB4914—1985有了更高的环保要求。

　　过去的十几年，纤维过滤技术在水处理中由于具有高效的截污能力和优良的出水水质等粒状滤料无法相比的优势得到广泛应用，而改性纤维过滤材料是在普通的纤维球滤料的基础上进行优化和处理，通过新的化学配方合成特种纤维丝制成，主要特点是将原来的亲油性纤维材料改为亲水性改性纤维材料。改性纤维球的亲水疏油特性使它遇水时水分子能渗透到纤维丝表面形成一层水膜，这层水膜能使改性纤维丝无论是粘上纯油还是含油污水都能和油分隔开来，从而解决了普通的纤维球一旦被油污染后无法清洗干净的问题。

　　1含油污水处理处理工艺设计及改性纤维过滤技术的应用

　　改性纤维球的丝径非常细，其直径小到几十微米到几微米。纤维丝叠加后滤层孔隙小，叠加后滤层孑L隙度超过80%。除油效率比核桃壳过滤设备高20%以上，远超过双滤料过滤。按照中国石油天然气总公司行业标准要求，改性纤维球过滤效果比核桃壳及双滤料过滤器控制悬浮物颗粒的能力高1~2个等级。同时采用重力及水力压缩滤层的方法，可以使出水满足中、高渗透层要求，而采用机械压缩滤层，出水只能满足低渗透层要求。改性纤维球过滤器的滤速是双滤料过滤器的2倍，周期产水率是核桃壳过滤器的2倍，截污量是核桃壳过滤器的2.9倍。并且改性纤维球过滤系统的滤料不会漏失，滤层不会板结。相对于石英砂、无烟煤和核桃壳等常用的滤料，它的过滤阻力更小，过滤精度更高，过滤速度更快，截污容量更大，对悬浮物的拦截效果比其他滤料都要好。此外改性纤维球的使用寿命非常的长(高分子丙纶纤维的寿命可以达到10年)，机械强度高，正常情况下过滤及反冲洗不会发生破损和跑料现象一J。

　　1.1改性纤维过滤器结构

　　根据来水情况和出水水质要求选用不同的改性纤维过滤器，改性纤维球过滤器分为压紧式和非压紧式过滤器两种【5】。压紧式过滤器的主体结构主要包括罐体、出水口、进水口、裙式支座、基础、滤料上拦截孔板、滤料下拦截孔板和改性纤维滤料。辅助结构有透水式压紧体、滤料压紧装置和搅拌装置。压紧式过滤器正常工作时，通过改变压紧装置的压载量，满足系统压差和过滤精度条件。经过预处理的含油污水通过进水口进入，经由滤料上拦截孔板进入罐体后，通过亲水疏油改性纤维滤料过滤。改性纤维滤料在压紧装置和水流的压力作用下聚集于滤料下拦截孔板，水中的污油和悬浮颗粒会被滤料直接拦截、惯性拦截和表面吸附等工艺除去，经过过滤的水会经过滤料下拦截孔板，从出水口排出。当改性纤维滤料累计使用一段时候，滤料表面的污染超过了滤料的纳污量时，滤料的过滤效果将下降，这时就需要对滤料进行反冲洗。反冲洗时先由压紧装置升起透水式压实体，将出水口变为反冲洗水入口，进水口变为反冲洗出水口。水流经过反冲洗水入口进入罐内，清水再由下至上流经过滤料，同时开启搅拌装置，通过浆叶的不断旋转，驱使改性纤维球滤料在过滤罐中不断翻转相互摩擦，进行反冲洗，受到水流、浆叶的搅拌作用，污染物从滤料上脱落进入反洗水中，最后由反冲洗水出口排出过滤罐外，流入污水池。反冲洗流程完成后，切换到过滤流程，回到过滤状态，进入下一个工作循环。非压紧式过滤器与压紧式过滤器相比，没有设置压紧装置，反冲洗流程中除了没有压紧过程外，其余过程与压紧式过滤器相同。图1为以改性纤维过滤技术作为精细过滤的含油污水处理工艺流程图。图2为改性纤维过滤罐结构示意图。

　　1.2改性纤维球快速过滤装置及组成

　　含油污水过滤装置设备如表1所示。过滤罐半径1000mm，高3280mm，采用不锈钢罐体、内部单体采用无缝钢管连接。该过滤装置的优点是可以根据海上平台剩余空间及结构承重情况灵活选择改性纤维球过滤罐的数量。根据海上平台的最大处理量为2000m3/d，该平台选择的改性纤维球过滤装置由5个单独的过滤罐体和l套PLC控制系统组成，5个单独过滤罐体因平台安装空间差异不完全相同，其中一个橇块布置3个过滤罐体，另一个橇块布置2个过滤罐体，每个过滤罐体做为整体过滤器的一个组成部分。

　　1.3改性纤维球过滤装置的反冲洗

　　改性纤维球过滤装置根据每个过滤罐之间的进出口压差或者通过设定时间间隔来实现自动反冲洗，从而保证过滤的处理效果。当进出水压力差达到系统设定值时，压差开关会发送信号到PLC，PLC系统就会执行反冲洗程序，或当把定时器程序的设定时间问隔为1h时，每1hPLc系统将执行反冲洗程序。每个过滤罐将按照顺序进行反冲洗，而剩余过滤罐则会继续进行过滤任务，承担整个系统污水处理任务，同时为正在反冲洗过的滤罐提供清洁的反冲洗水。每个罐体为一个过滤单元，工作时罐体的滤料压紧装置将对过滤材料压紧，注入需要过滤的含油污水，流过压紧的改性纤维球，经过滤后，由过滤罐下方的出水口流出，完成过滤过程。当改性纤维球截留的油污达到一定程度，油含量及悬浮物含量增加，过滤压差增大，水头损失加大，就需要进行反冲洗，使滤料再生。反冲洗时，首先滤料压紧装置会将滤料松开，再从滤罐底部注入气体将改性纤维球填料吹松散，然后清洁的水再从罐体底部的出水口流入进行反冲洗，经过反冲洗后的水会从出水口进入平台闭排系统。在反冲洗过程中，反冲洗水来自其他过滤罐的过滤出水，因此，不需要反冲洗泵及反冲水池，设备过滤过程可连续进行。

　　1.4运行过程辅助设备

　　r1)由于改性纤维球过滤装置对泥沙的过滤能力有限，因此过滤装置在运行过程中需要定期手动将泥沙排放至开式排放罐，当对钻井液或完井液这类含有大量泥沙的污水进行过滤时，改性纤维球容易受到污染，且过程不可逆，无法进行反冲洗，只能更换改性纤维球滤料，保证过滤效果，因此增加了操作成本。对于钻完井或修井作业频繁的海上平台采用改性纤维球快速过滤装置污水处理工艺，应在处理装置前增设旋流出沙装置，减小泥沙等固体物对改性纤维球污染。

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　　(2)改性纤维球过滤装置所采用的改性纤维球滤料虽然采用了新型的扎结方式，在反冲洗过程不易被水冲散流失，但是在过滤过程中或反冲洗过程中还是会有少部分的纤维球毛被冲洗脱落至污水中，纤维球毛随着过滤污水流出到其他设备，会影响到下游设备的正常运行甚至造成设备的损坏。因此需要在改性纤维球过滤罐的污水出口处及反冲洗水出水口处安装篮式过滤器拦截脱落的纤维毛，并定期清洗篮式过滤器的滤网，避免纤维球脱毛对下游设备的影响。

　　1.5改性纤维球过滤装置的优点

　　(1)与目前国内外海上石油平台污水处理工艺相比，海上石油平台污水处理工艺主要有一重力式流程、压力式流程、浮选式流程这三种基本处理流程为基本处理流程的斜板除油器处理、气浮选器处理、核桃壳滤器/双介质过滤器以及添加化学药剂等处理工艺【6】。但是这些工艺出水只能满足低渗透层要求，滤层有时会板结它的过滤阻力较多，过滤精度不高，过滤速度更快，截污容量较小，对悬浮物的拦截效果不佳，相比改性纤维球的使用寿命非常较短。海上石油平台采用改性纤维球过滤装置处理污水具有设备占有空间小优点，因此可采用多个单体并联设计，灵活成撬，降低了海上平台的安装难度，并解决海上平台可用空间小、承重能力有限等问题。

　　(2)用表面亲水疏油的改性纤维球作为过滤材料，油污不容易黏附到滤料表面，反冲洗时滤料上的油污也很容易被清洗下来。

　　滤罐中的滤料压紧装置采用了气缸结构来控制滤料的压缩和疏松，从而达到良好的过滤和反冲洗效果，保证出水水质稳定。

　　(3)改性纤维球过滤装置采用PLC自动控制，实现自动控制反冲洗，保证了过滤效率的同时降低了操作人员工作量。

　　(4)结合海上平台生产污水实际处理工艺和生产情况，在反冲洗前从下至上通入气体将填料吹散，使得改性纤维球反冲洗效果更好，增加滤料的使用寿命并提高了改性纤维球快速过滤装置处理效果，有效降低了含油污水中的含油量和固相颗粒浓度，保证海上油田开采可连续运行。

　　2结语

　　改性纤维球过滤装置适用于海样油田聚驱含油污水深度处理，出水达到低渗透油层注水水质标准;过滤速率高，废水处理量大，出水水质受流速及入水水质影响不明显;流阻力交小，反冲洗周期长;对于聚驱含油污水，改性纤维球过滤装置的过滤效果要比传统的核桃壳过滤器和石英砂过滤器的两级过滤效果好;滤料对聚合物的截留较小，因此不会形成聚合物聚集。此外，改性纤维球过滤器设备占地面积小，滤料的寿命长反冲洗效果好，投入低于他过滤技术，特别是对于聚驱含油污水的深度处理，使用性能更好，具有广泛的应用前景，适合在海上平台使用。为了更好提高其性能和处理效率，需对滤罐的反冲洗过程进行合理设计，以降低操作成本及可重复使用。——论文作者：卢敏时1，一，钟理1，朱金雄3

　　参考文献

　　【l】马军花，朱文发，朱文会.小议含油污水处理[J】.环境科学，2008(27)：125.

　　[2]吕慧超，左岩.油田回注水处理技术及其发展趋势[J].工业用水与废水，2009，40(2)：15一18

　　[3】盛朝辉.浅谈海洋石油平台污水的处理技术[J].中国石油和化工标准与质量，2叭3f161.

　　[4】郑虎斌.海上某采油平台污水处理工艺改造[J】.科技传播，2012，12(下)：152一153.

　　[5]李淑华，李宝彦，马新民，等.改性纤维球过滤性器的应用型研究[J].化工机械，2003，130(4)：211-226.