中原油田污水站改造完善工程设计总结

李昭 程振华 严红萍 高常庆
（中原石油勘探局勘察设计研究院）

　　摘　要：本文主要阐述了文一污、文明污及胡二污三座污水处理站改造完善中所遇到的问题，并针对各自存在的具体问题，采用了针对性的技术和解决方法，有力的解决了三座站所疑难问题，经过实际运行检验，效果良好。
　　关键词：概况 存在问题 指导思想 运行检验 结论

概　况

　　中原油田文一联污水处理站（简称文一污）、文明污水处理站（简称文明污）、胡二污水处理站（简称胡二污）分别隶属于采油一厂、采油三厂和采油五厂。文一污于1991年底建成投产，设计规模为12000m³／d，目前实际水量为11000m³／d；文明污于1989年底建成投产，设计规模为16000m³／d，目前实际水量为12000m³／d；胡二污于1992年底建成投产，设计规模为8000m³／d，整个站承接的污水总量已达8000－9000m³／d。这三座污水站分别于1995、1996年实施了“水体改性工业性实验”改造工程。现只有胡二污水站超负荷运行，其余两个污水站还没有达到设计规模。“水体改性工业性实验”工程实施后，为控制系统腐蚀和结垢，要求将水体PH控制在8.5－9.0之间，向水中投加大量石灰乳，这三座站均将原站内500m3加高收油罐改造为一次沉降罐，500m3斜管沉降罐改造为二次沉降罐，站内无收油设施，无法收油，水中处理药剂与浮油形成吸附性悬浮物，在水中悬而不沉；由于石灰乳投量太大，水中固体悬浮物含量剧增，大大超过沉降罐原设计处理负荷，经常堵塞甚至压塌斜管，造成停产事故。沉降罐沉降效果差，还影响到后续处理设备压力滤罐的过滤效果和出水水质，全站不能实现水质稳定达标，进而影响到文中、文明、卫城、胡状、庆祖等油田注水效率和原油采收率的提高。为彻底解决这些问题，中原油田勘察设计研究院做了大量研究工作，进行了近三年的刻苦攻夫，通过室内实验和现场实验取得了多项成果，并和采油厂密切合作，经过大量的调查研究和细致深人的论证探讨，提出《文一污、文明污、胡二污水处理站改造完善工程设计方案》，采取有针对性的技术措施和先进高效处理设备，提高了污水站自动化程度，取得了可喜成果，三座污水处理站均实现了长时间水质稳定达标，全局水质监测排名分别为第一、第三和第四名，使中原油田污水处理技术再上新台阶，取得了十分可观的经济和社会效益。

1 改造前三座污水处理站共同存在的主要问题

1.1 加药系统经常发生故障，无法实现pH准确控制
　　“水体改性技术”实施后，加药自控系统靠内探头连锁计算机远传实现自动控制，整个系统运转不灵，经常发生故障。叫探头寿命短，易损坏，价格高，每支近千元，但半月左右就需更换新探头。自控系统发生故障后，由于无设计程序和相关资料，且原制造单位设置了密码系统，无法自己维修，自控系统经常处于瘫痪状态，pH自控难以实现，pH忽高忽底，无法合理加药。且高pH污水与低PH污水混台后发生二次沉降，严重影响水质达标。
1.2 沉降罐分离效果差，处理效率低，排污困难
　　三座污水处理站沉降罐采用传统的同向流沉降模式，即沉降罐内水流方向与固体悬浮物沉降方向一致。这种沉降方式以去除原水中污油和有机悬浮物为主，以去除ss为辅。但三座污水处理站自1995年开始陆续实施“水体改性工业性实验研究工程”以来，力控制腐蚀与结垢，在水中投加较大剂量石灰乳，以将水体pH控制在8.5－9.0之间。这一处理工艺使处理站污泥量剧增，大大超过沉降罐原设计排污负荷（原设计排污负荷为处理水量的3％，水质改性后污泥量为水量的12％－15％），罐内大量污泥沉降，斜管被污泥堵塞甚至压塌，经常需停产清淤，更换斜管，严重影响污水站正常生产运行。沉降罐排污系统运行效果差，排污常发生短路，在排污阀周围形成漏斗，排污率仅3％左右，罐底污泥堆积达2－2.5m，不仅缩小了罐内有效沉降容积，减小了沉降时间，还增加了滤罐负荷，缩短了滤罐反洗周期，滤后水质恶化。为了方便清淤，有些站不得不修建了排污明沟。而这是不符合规范要求的。
1.3 压力滤罐运行负荷高，处理效率低，滤料流失严重
　　滤罐是污水处理最后一道关口，直接关系到水质能否达标。三座污水站改造前共有22座滤罐，滤料采用单一石英砂滤料，处理效率较低。原滤罐采用喇叭口或挡板布水，穿孔管集水。单滤料比重相同，粒径不同，在反冲洗流化状态下底层细滤料易与上层粗滤料发生混层，大大减小了滤床有效过滤深度。喇叭口或挡板布水效果不理想，降低了滤罐有效利用容积。反冲洗配水采用穿孔管，阻力较大，配水不均，反冲洗效果不理想，旦易造成滤料流失，每运行2－3个月就需补充滤料。
1.4 全站自动化程度低
　　由于污泥量大，沉降罐底每个排污阀每两小时就需启闭一次。每座压力滤罐反冲洗操作每8h（个别站水量差时4h）左右进行一次才能保证滤料及时再生，保证过滤效果，因此排污阀和滤罐操作阀启闭十分频繁，人工管理难度大，易发生人为因素造成的水质超标问题。
　　以上几方面问题严重干扰污水站正常生产运行，影响水质稳定达标，进而影响到油田的开发和生产，必须尽快解决。

2 改造前三座污水处理站分别存在的主要问题

2.1 胡二污水站处理站超负荷运行
　　胡二污水站主要负责处理现胡十二掺所辖油区产出水5500m³／d，设备冲洗水200-500m³／d，二矿及庆泪油田洗井回收水600m3／d，过滤罐反冲洗水量800-1000m³／d，污泥浓缩池上清液回收水量1000m³／d，合计水量8000-9000m³/d，超过原设计处理能力（8000m³／d）整个站超负荷运行，严重影响水质稳定达标。
2.2 胡二污水处理站无事故流程
　　胡二污水处理站是全局唯一没有事故流程的污水站，一旦发生事故情况，胡十二掺水站来水就没有出路，给整个生产带来被动局面。
2.3 胡二污、文明污污泥排放池容积小，污泥沉降时间短，处理程度较低
　　“水体改性技术”实施后，污水站悬浮物含量剧增，排污量大。站内各处理构筑物每2h排污一次，每次排污量300-500m³左右，而原建排污池容积仅500m³，为保证排污正常进行，只能随排污随提升，否则就会制约排污，造成污泥排放不及时，因此污泥浓缩池污泥静沉时间短，污泥含水率高，压滤效果差。且设备运行负荷高，造成了电能浪费。
2.4 文一联、文明联来水含油过高
　　文一联、文明联由于建设较早，三相分离器分离效果较差，再加上洗并回收水进站，使文一污、文明污来水含油量经常超过2000mg/L，大大超过规范所规定的进站指标，进入污水处理站后使含油污水处理设备超负荷运行，处理效率降低，处理后水质不能稳定达标。
2.5 文一污、文明污没有收油设施
　　由于“水质改性工业性试验”工程实施后，将石灰乳加在了原收油罐前，使石灰乳吸附水中的原油而形成松软的团状悬浮物，悬浮在水体中，既不上浮也不沉降，使得水中的原油回收变得非常困难，原收油罐己基本丧失了原有的收油功能。

3 文一、文明、胡二污水处理站改造设计指导思想

3.1 改进工艺技术，提高设备处理效率
　　（1）三座污水站均采用新型逆向流分离沉降科研成果，提高混凝沉降设备分离效率；
　　（2）胡二污扩建两台ψ3.0压力滤罐；对三座站原建压力滤罐的集配水系统进行改造，更换滤料，采用三滤料过滤技术，提高滤罐过滤效率和效果，
　　（3）胡二污、文明污各增建排污池一座；
　　（4）文一污、文明污新建旋流分离器，提高除油效率。
3.2 提高工艺自动化水平
　　为提高污水处理系统运行效率及管理水平，减轻人为因素对水质达标的影响，降低工人劳动强度，主要工艺过程采用自动化控制形式
　　（1）计量加药调节自动化。
　　（2）沉降罐排污系统自动化。
　　（3）过滤反冲洗自动化。
3.3 较为彻底、有效地解决污泥排放和处理问题
　　（1）、加大沉降罐排污系统运行强度。
　　（2）文明污、胡二污各扩建一座500m³污泥浓缩池，设配套污泥处理设施，减缓排污矛盾，提高污泥处理深度，降低污泥含水率。
3.4 文一、文明、胡二污水处理站改造完善工程主要工程量

文一联污水处理站主要工程量表 序号 主要工程量 1 在文一联站内增设收油设施
1. XL1000WI旋流除油器 2台 φ1000mm
2. DF155-30x3耐腐蚀泵 3台 H=90m n=1450r/min
　　　　　　 P=75Kw Q=190m³/h 防爆
3.改造一座5000m³高含水油罐为收油罐 2 一次沉降罐四座（原500m³加高收油罐）改造为逆向流分离结构
1.进出水管集配水结构进行高速改造，改为下集水上布水，集配水支管上增加配水喇叭口；
2.增加排污冲洗管， 3.自动排污。 3 二次沉降罐（原斜板沉降罐）改造3座
1.内构件改造，同向流改逆向流；
2.排污环管改造；　 3.增加斜管 4 管网改造：必要的管线改造 5 滤罐改造10座 自动过滤反冲洗 滤料改造为三层滤料 集配水系统改为不锈钢腮管 6 空气风系统一套：空压机1台 过滤器3台 冷干机1台
　　　 后冷却器1台　 缓期冲罐2座

文明污水处理站主要工程量表 序号 主要工程量 1 在明一联站内增设收油设施
1. XL1000WI旋流除油器　 2台 φ800mm
2.DF155-30x3耐腐蚀泵　 3台 H=90m n=145r/min
　　　　　 P=75Kw　 Q=190m³/h　 防爆
3.改造一座5000m³高含水油罐为收油罐 2 一次沉降罐4座（原500m³加高收油罐）心造为逆向流分离结构
a.进出水管集配水结构进行调整改造，改为下集水上布水，集配水支管上增加配水喇叭口；b.增加排污冲洗管 c.增加自动排污 3 排污设施扩建：a.增建排污池32.5m×6m×3.0m1座，利用已建污水泵b.L链条式利油刮泥机GX-6.01台 c.污泥提升泵QGB2700.1 Q=80m3/h h=80M 2台 d.征地1.0亩，围墙80m e.配电箱及电缆 4 管网改造：a.增设一次沉降罐到排污池的排污管：DN200 PN0.6 100m b.冲洗水管网： DN150 PN0.6 100m 5 二次沉降罐（原斜板沉降罐）改造3座
1.内构件改造，同向流改逆向流；
2.排污环管改造； 3.增加斜管 6 事故排放池改造：把原有2格事故池改造为事故沉降处理池
1. 污水泵F200-34 P=75Kw　 3台 新建泵房4.2×6.6m 1栋
2.挡泥墙高1.0m　 3.配电柜及电缆 4.污泥提升泵QGB1450.1 2台 7 滤罐改造8座 自动过滤反冲洗 滤料更换为三滤料 8 空气风系统一套：空压机1台 过滤器3台 冷干机1台
　　　 后冷却器1台 缓冲罐2座 9 混合罐 φ2.6m 1座

胡二污水处理站主要工程量表 序号 主要工程量 1 混合罐 　Φ2.4m 1座 2 一次沉降罐（原500m3加高收油罐）改造2座为逆向流结构
a.进出水管集配水结构进行调整改造，改为下集水上布水，集配水支管上增加配水喇叭口；
b.增加排污冲洗管　 c.自动排污。 3 排污设施扩建：a.增建排污池24m×8m×3.0m 1座，利用已建污水泵b.GX-4.0 2台 c.污泥提升泵 QGB1450.2　 d.配电箱及电缆 4 管网改造：必要的管线改造 5 事故排放池：新建60×30×2.5m事故排放池 1座
a.污水泵F200-34 P=75Kw 3台 新建泵房4.2×6.6m 1栋
b.配电柜及电缆 6 滤罐改造4座 新建2座滤罐 集配水系统改造 自动过滤反冲洗 滤料改造为三滤料 7 新建300m3清水罐一座 清水泵2台（为方便站内生产、生活用水，应甲方委托设计，建在胡二注水站内） 8 空气风系统一套：空压机1台 过滤器3台 冷干机1台 后冷却器1台 缓冲罐2座

3.5 改造工艺流程
　 （1）胡二污主体工艺流程为：

　

　　(2) 文一污、文明污主体工艺流程为：

3.6 采用的新技术
　　(1)加药工艺实现自动化
　　在来水管路安装流量计量仪表，将来水信息传递给计算机控制系统，由计算机将处理后信息反馈给变频调速器，由变频调速器控制加药泵流量，从而实现对PH的控制。这套自控系统现场使用方便，质量可靠，操作简便，能够准确控制PH，合理加药。
　　（2）将主要处理构筑物——沉降罐结构改造为新型逆向流沉降模式
　　为解决高含固体悬浮物污水处理问题，使沉降罐功能转化为以去除ss为主，将原同向流沉降罐改造为逆向流沉降罐，即调整进出水方位和有效沉降距离，由下部进水，上部出水，使Tss在下部己预沉50－60％，水流经过斜板时，细粒径ss在斜板上沉降下来。这一处理工艺可提高ss去除率30％左右，出水ss含量可控制在50mg/l以内，大大减轻斜板运行负荷，减轻滤超过滤压力。
　　(3)加大排污强度，增设冲洗系统，实现排污自动化
　　原沉降罐底部设置两圈穿孔排泥营，两个排泥总管对称布置。由于布置方式不符和加碱后污泥特性，排污效率很低。本次系统治理在罐底设置三圈穿孔排泥管，将罐底排污分为四个分区，设四个排泥总管，对称布置，由PLC程控器对排污阀实现定时自动启闭，分区排污。排污管路上同时设手动和自动阀门，自控系统检修时可人工操作。这套系统不需操作人员在现场手动启闭阀门，由PLC程控器定时实现阀门启闭，排污时间和周期可根据现场情况人工设定。非正常情况需手动时，操作工可通过仪表盘上按钮启动沉降罐排污阀。罐底设滑泥坡，由加压泵出水管路引入冲洗营，可正冲和反冲，加大污泥流动性，以利排污。
　　（4）采用三层滤料过滤技术，改造滤罐内构件，实现反冲洗自动化
　　三滤料滤罐上层采用轻质、大粒径滤料无烟煤，中层采用石英砂，下层采用铝矾土，以有效提高滤床深度，避免反冲洗流化状态下滤料混层，提高出水水质，延长过滤周期。
　　将滤罐底部集水穿孔管改造为缠绕腮丝不锈钢穿孔管，上部配水喇叭门采用特制缠绕腮丝不锈钢球面布水，这样不仅可有效减小出水和反洗时滤料流失，坯可提高集、配水均匀性，延长内构件使用寿命，提高过滤效果，保证出水水质。
　　过滤反洗采用PLC程控器控制，由PLC按程序设定好的操作顺序，依次实现过滤罐阀门的开启和关闭，非正常情况需手动时操作工可通过仪表盘上的按钮启动过滤罐阀门，此时滤罐不按定时器设定时间自动操作。
　　（5）湖二污、文明污增建污泥排放池，设污泥配套处理设施
　　污泥处理流程框图为：

　　　

　　对排污池容积小、制约排污的污水处理站，新建一座排污池，（胡二污分为两格，可交替使用，文明污由于受场地限制，只建一格），以保证污泥有定够的静沉的时间，排污池上设链条式刮泥机，将上层浮渣和上清液刮入回收地，底部污泥刮入泥斗。回收池回收的上清液打入处理流程，池边设污泥提升泵，将污泥提升至板框压滤机压滤成泥饼。经污泥浓缩池沉降后，污泥含水率可由99％－98％降至96％－92％左右，经处理后泥饼含水率较低，一般可达70％－50％，可用于铺设路基、低热值燃料或回填。
　　（6）在文一污、文明污采用了新型高效油水分离设备旋流分离器；
　　（7）在自动控制上采用了计算机、变频器、PLC控制器等；
　　（8）在设计上为了防止高矿化度污水对工艺管道的腐蚀，工艺管道均采用了机制玻璃钢管道。

4　经济效益分析

　　文一、文明、胡二污水处理站改造完善工程完成后，实现了处理后水质全面、稳定达标，对提高原油注采率，改善地层注入环境起到积极作用。改造工程采用的污水处理新工艺、新设备，运行费用低，自动化程度高，节能效果好，处理效率大幅度提高，且工艺先进，管理方便。加药自动化的实现，可准确控制PH，有效减缓系统腐蚀和结垢，延长洗井周期，注入水性能得到彻底改善。逆向流沉降罐的应用彻底解决了高含ss污水难度大、堵塞斜管等问题，提高ss去除率30%左右。排污自动化和反冲洗自动化提高了处理效率和污水站科学管理水平，减轻了一线工人劳动强度和污水站管理难度，效果是十分显著的。设计实施后，相关注水站所辖油区每年可节省管线清洗费100万元，污水、注水系统防腐及维修费1000万元。污水站每年可节约设备维修及改造费1600万元，年回收污油近12000吨，总计每年可取得直接经济效益4140万元左右。更重要的是，注入水水质达标，有效地减小地层污染，改善了油田勘探开发环境，间接的经济和社会效益更是难以估算。

5 主要水质指标分析

　　文一、文明、胡二污水处理站改造完善工程主体工程完工后，运行情况良好，实现了水质稳定达标。特别是1999年4月系统治理全部完成后，效果更为喜人，DO含量检测为0，机杂含量稳定控制在3mg/l以下，滤膜系数稳定控制在30以上，含油量小于5mg/l，各项指标完全达到且部分指标超过部颁中低渗透油层注水指标，三个站均实现了水质二十四小时稳定达标。1999年5月设计院委托有关检测单位对胡二污水站水质做了检测，结果见表一。胡二污水处理站5月份全局十二座污水站水质曾查排名第二，6、7月份上升至第一，文一污从97年的最后一名上升为第五名，文明污上升到第三名（见表二5月份全局水质普查公报）。由于站内水质稳定达标，沿线注水管网及井筒水质也趋于稳定，5月份系统抽查两次，水质指标见表三。

表一、胡二污水处理站水质检测情况一览表（1999.5.5）

指标

项目 PH DO
mg/l S
mg/l 机杂
mg/l 含油
mg/l MF Fe
mg/l ∑Fe
mg/l SRB
个/ml TGB
个/ml 标准 7.0-9.5 ≤0.05 ≤10 ≤3 ≤10 ≤15 　 ≤0.5 ≤00 ≤100 来水 6.5 - 2.1 43 58 - 1.7 23 100 100 滤后 8.5 0 0 1.6 2.7 37.5 0.1 0.4 10 10

表二 一九九九年五月三座污水处理站水质普查指标

指标

项目 PH DO
mg/l S
mg/l 机杂mg/l 含油
mg/l MF Fe
mg/l ∑Fe
mg/l SRB
个/ml TGB
个/ml 胡二污 标准 7.0-9.5 ≤0.05 ≤10 ≤3 ≤10 ≤15 　 ≤0.5 ≤100 ≤100 来水 6.5 - 1.1 22.5 130 - 0.39 31 10 10000 滤后 8.5 0 0.02 1.0 1.37 35.3 0.15 0.2 0 100 文明污 标准 7.0-9.5 ≤0.05 ≤10 ≤3 ≤10 ≤15 　 ≤0.5 ≤100 ≤100 来水 6.5 - 15.3 32.5 130 - 4.56 45 10 10000 滤后 8.5 0 9.15 1.2 3.06 30.3 0.89 0.5 0 100 文一污 标准 7.0-9.5 ≤0.05 ≤10 ≤3 ≤10 ≤15 　 ≤0.5 ≤100 ≤100 来水 6.5 - 1.5 22.5 130 - 0.87 31 10 10000 滤后 8.5 0 0.03 1.6 4.51 29.6 0.21 0.4 0 100

6 结束语

　　（1）文一、文明、胡二污水处理站改造完善工程设计方案针对性强，措施有效，工艺及设备先进，为中原油田污水站改造和挖潜提供了可靠的经验和参考；
　 （2）改造工程完成后，回注水质各项指标全部达到且部分指标超过部颁中、低渗油层注水水质指标，水质稳定，抗环境能力强，可有效减缓系统腐蚀，减小地层污染，提高油田开发效果；
　　（3）自动化程度高，处理效率显著提高，管理方便，大幅度降低一线工人劳动强度，提高了中原油田污水处理水平和科学管理水平。系统治理实施后，将对油田开发和生产形成良性循环起到促进作用。