稠油廢水處理回用于熱采鍋爐用水
重質瀝青質原油俗稱稠油，需熱力開采，即熱采鍋爐將水加熱至溫度為315℃、壓力為17MPa、干度為80%左右的飽和蒸汽，注入油層提高油層溫度，降低稠油粘度，通過采油設備把稠油提升到地面。從采油井口采出的油和水混合物稱之為原油采出液。用各種方法對采出液進行油水分離，分離出的水稱之為稠油。
遼河油田稠油儲量豐富，現有稠油廢水站9座，日產稠油廢水約7×104t，輸到稀油區塊或廢地層回注約2.6×104 t，剩余4.4×104 t外排，對環境造成一定污染。
遼河油田熱采鍋爐日用清水約9×104t，由于地表水水質較差，所以生產和生活用水大量使用地下水，過量的開采，使地下水位急劇下降。
一方面大量污水外排污染環境，另一方面稠油熱采大量使用清水，生產和生活用水量與日俱增，供水嚴重不足。因此，對稠油廢水進行處理回用是非常必要的。
1 稠油廢水的水質
稠油廢水水質較復雜，是含有多種雜質且水質波動較大的工業廢水。
稠油廢水與稀油廢水及其他工業廢水相比，具有如下特點：
①稠油平均密度為900 kg/m3以上，其原油顆粒可長期懸浮在水中；
②粘滯性大，特別在水溫低時更顯著；
③溫度較高，在開發稠油過程中為降低原油粘度往往將溫度提高到70～80℃；
④乳化較嚴重，廢水易形成水包油型乳狀液。
根據稠油廢水的水質，稠油廢水處理一般具有以下特點：
①為達到油、水和泥的分離，破乳是先決條件。首先應保證稠油廢水的處理溫度，選擇合適的破乳劑，并選擇最佳投藥量、加藥點、混合、反應和沉降方式。
②保證足夠的油、水和泥分離時間。因稠油密度大，油水密度差小，其重力分離雖在充分破乳條件下進行，為使油珠有效上浮，加長油、水和泥分離時間還是必要的，一般需2～3 h。
③在使用混凝劑時，pH值對混凝效果影響較大。
2 熱采鍋爐用水的水質指標
各國熱采鍋爐用水水質指標見表1。
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表1各國熱采鍋爐水質指標 |
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項目 |
中國(SY0027—1994) |
加拿大 |
美國石油協會 |
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溶解氧(mg/L) |
≤0.05 |
0.005 |
0.1 |
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總硬度(以CaCO3計)(mg/L) |
≤0.1 |
0.1 |
1.0 |
|
總鐵(mg/L) |
≤0.05 |
0.05 |
0.1 |
|
二氧化硅(mg/L) |
≤50 |
100 |
150 |
|
懸浮物(mg/L) |
≤2 |
1 |
5.0 |
|
總堿度(以CaCO3計)(mg/L) |
≤2000 |
|
最大2000 |
|
油和脂(mg/L)(建議不包括溶解油) |
≤2 |
1.0 |
1.0 |
|
礦化度(mg/L) |
≤7000 |
10000 |
最大7000 |
|
pH值 |
7.5～11 |
8.5～9.5 |
7～12 |
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進爐前是否處理 |
不處理 |
不處理 |
不處理 |
根據稠油廢水所含污染物種類和數量以及熱采鍋爐用水水質指標，稠油廢水處理用于熱采鍋爐供水，主要應處理廢水中的油、懸浮物和硬度。
3 稠油廢水的水質分類及回用評估
稠油廢水中的油和懸浮物去除工藝較成熟，工程一次投資和處理成本較低；而稠油廢水的軟化工藝較復雜，工程一次投資和處理成本較高，是左右整個回用處理工藝的關鍵因素。為此，根據影響稠油廢水軟化工藝選擇的主要水質指標(總溶解固體TDS和硬度)，把稠油廢水分為六種類型(見表2)。不同種類稠油廢水的回用評估見表3。遼河油田稠油廢水大部分屬于低礦化度的中、低硬度稠油廢水，其他類型較少，所以大部分有回用于熱采鍋爐的可能性。
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表2 稠油廢水種類mg/L |
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廢水類型 |
TDS |
硬度 |
|
低含鹽、低硬度 |
≤5 000 |
≤300 |
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低含鹽、中等硬度 |
≤5 000 |
300～800 |
|
低含鹽、高硬度 |
≤5 000 |
≥800 |
|
中含鹽、低硬度 |
5 000～7 000 |
≤300 |
|
中含鹽、中等硬度 |
5 000～7 000 |
300～800 |
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高含鹽、高硬度 |
≥7 000 |
≥800 |
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其他性質稠油廢水 |
含較高氯根和二氧化硅和硫化物 |
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注 ①含鹽此處指可溶性固體物。②硬度以CaCO3計。 |
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廢水類型 |
評估 |
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低含鹽、低硬度 |
易軟化，不需預軟化，處理成本低，宜作為鍋爐回用水 |
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低含鹽、中等硬度 |
易軟化，需預軟化，處理成本較低，宜作為鍋爐回用水 |
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低含鹽、高硬度 |
需特殊預軟化，處理成本較高，可作為鍋爐回用水 |
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中含鹽、低硬度 |
較難軟化，需脫鹽，處理成本較高，稀釋后可作為鍋爐回用水 |
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中含鹽、中等硬度 |
較難軟化，需脫鹽，處理成本較高，稀釋后可作為鍋爐回用水 |
|
高含鹽、高硬度 |
很難軟化，需脫鹽，處理成本很高，不宜作為鍋爐回用水 |
4 稠油廢水的處理流程
處理流程主要分三部分，即除油部分、除懸浮物部分和軟化部分，軟化后廢水進熱采鍋爐。
各單元處理工藝如下：
① 調節和緩沖
水量變化應根據生產情況實測，調節水量一般為處理規模的10%～15%可滿足要求。均質措施主要是確定次流程出水達到一定含油和懸浮物指標，送回主流程時不會對主流程水質產生沖擊。
調節罐宜設置一備一用，便于檢修清泥，罐內設伴熱和收油設施。
廢水經調節罐后，均質、均量供給后段工藝。
② 斜板除油罐
重力除油一直是國內外含油廢水處理首選的初級處理單元，其效率高、運行穩定。通過這一單元處理，可以去除大部分浮油和分散油；加入適當的破乳劑，可去除部分乳化油。
斜板除油罐有重力式和壓力式，重力式斜板除油罐上部設有收油設施和加熱設施；中部為斜板的沉降區；底部設置錐型排泥斗，罐中心設反應筒。
③ 浮選
試驗和實踐證明，誘導浮選(IGF)十分適用于油水密度差小的稠油廢水處理。近年來，溶氣浮選(DAF)和渦凹浮選(CAF)也引入油田廢水處理。
誘導浮選，浮選劑投加在浮選機的進水管，經靜態混合器混合即可，不需特制藥劑反應裝置；溶氣浮選，最好在進浮選前設藥劑混合和反應裝置，國產浮選劑投加量一般為10～20 mg/L。
④ 過濾
經浮選處理后，廢水進入核桃殼過濾器，進一步除油和懸浮物。全自動核桃殼壓力過濾器工作濾速為25～30 m/h，強制濾速35～40 m/h。反洗時，反洗水中投加5 mg/L的濾料清洗劑，在濾料攪拌裝置的作用下，對核桃殼進行徹底反洗。
核桃殼過濾器出水含油＜5 mg/L，懸浮物在10～20 mg/L。
廢水經核桃殼過濾器后，加入助濾劑1～5 mg/L進入全自動雙濾料(無煙煤和石英砂)壓力過濾器進行微絮凝過濾，進一步去除懸浮物和油。
雙濾料過濾出水含油＜2 mg/L，懸浮物＜5 mg/L。雙濾料過濾器設空壓機對濾料進行表面和深層輔助清洗。
廢水經雙濾料過濾器處理后，進入軟化處理部分。
⑤ 軟化
選擇稠油廢水離子交換軟化工藝取決下列因素：鍋爐給水標準、廢水TDS、硬度、硬度與堿度之比。選擇軟化工藝一般原則見表4。
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TDS |
硬度 |
軟化工藝 |
|
≤2000 |
≤100 |
強酸聚合母體單床樹脂 |
|
700～5000 |
≤2000 |
上流式串聯床強酸樹脂 |
|
5000～10000 |
≤500 |
單床弱酸樹脂 |
|
5000～10000 |
500～2 000 |
強酸樹脂+弱酸樹脂串聯 |
|
10000～50000 |
≤2 000 |
串聯床弱酸樹脂 |
|
≥50000 |
≤500 |
單床螯合樹脂 |
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注①硬度以CaCO3計；②此表為參照美國兩家設計公司選擇軟化工藝的數據。 |
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是否進行化學沉降分離預軟化處理，還取決于原水中TDS、總硬度、堿度、SiO2 和金屬離子的含量。
根據遼河油田曙四聯稠油廢水離子交換軟化的工業試驗和工程實踐，總礦化度＜7 000 mg/L，硬度＜500 mg/L時：
a.001×7強酸陽離子樹脂和大孔弱酸樹脂D113能與稠油廢水相適應，軟化后可達到進熱采鍋爐水質指標。
b.樹脂可承受一定量的有機物，這種暫時性污染對交換過程影響不大，但懸浮物不應過高(不宜超過10 mg/L)。
c.廢水中COD＜300 mg/L對樹脂沒有明顯污染作用。
d.001×7強酸陽離子樹脂的軟化過程，工作濾速可按清水軟化設計濾速設計；樹脂裝填高度應高出清水軟化樹脂裝填高度200～
e.大孔弱酸樹脂D113用于稠油廢水軟化的交換容量可高出001×7樹脂的1～1.5倍，抗污染能力強于001×7樹脂，具有再生徹底等特點，它適用于廢水中含長鏈有機物。
f.移動床軟化比固定床軟化提高交換效率0.5～1.0倍，再生與清洗徹底，可防止樹脂板結，適用于含污染物多的稠油廢水。
5 工程實踐和效益分析
遼河油田對稠油廢水深度處理回用于熱采鍋爐，現已建成曙四聯8000m3/d廢水深度處理站1座和洼一聯6000m3/d廢水深度處理站1座，正處于試運投產階段，基本可實現稠油廢水回用于熱采鍋爐。
以歡三聯2×104m3/d稠油廢水深度處理回用熱采鍋爐為例，經濟效益如下：
a.熱能的利用：2920萬元/a(稠油污水溫度55℃，清水溫度15℃，燃料油700元/t計)。
b.排污費的節省：73萬元/a(達標外排費0.1 元/m3，暫不計污染費)。
c.回收原油費：回收原油10 t/d，225萬元/a(原油700元/t計)。
d.節省清水資源費：1022萬元/a(水價1.4元/m3)。
合計：4 270萬元/a。
與年運行費用2 477.64萬元對比，可以看出有較大效益。
6 結語
美國、加拿大利用稠油廢水處理后回用熱采鍋爐的技術已有20余年的歷史，從工藝流程(包括廢液和廢泥處理工藝)、設備、自動控制都有完整配套技術，有成熟的運行經驗，生產實踐證明了它的可靠性、實用性和經濟效益。我國從事這項技術的試驗研究和工程實踐較晚，與國外比還有一定差距，主要表現在：
① 稠油廢水的水質成分復雜，波動性大；
② 廢水處理設備質量較差；
③ 我國還沒有針對稠油廢水特點開發的離子交換樹脂；
④ 處理流程整體自控水平還很低。
總之，稠油廢水處理回用于供熱采鍋爐用水，是目前解決大量稠油廢水排放污染的經濟、可行的出路，在我國稠油油田應大力推廣。
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