赫俊國1，趙立功1，趙錳1，艾恒雨1，王紹文1，劉銳人2，夏志昌3
( 1.哈痘濱工業大學市政環境工程學院，黑龍江哈爾濱　150090；
2.哈爾濱市建筑工程質量監督站，黑龍江哈爾濱　150076；3.東方集團，黑龍江哈爾濱　150090)

　　摘　要： 針對油田采出廢水的水質特點，進行了強化混凝沉淀工藝的試驗。結果表明，通過加強亞微觀傳質擴散及控制微渦漩離心慣性效應可大幅加強有效碰撞和縮短絮凝時間、顯著節省藥耗。
　　關鍵詞：油田采出廢水；慣性效應；混凝；強化
　　中圖分類號：TU991
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)05-0080-03

　　中原油田是復雜斷塊油田，其采出廢水具有“四高一低”的特點：礦化度高［(4～15)×10⁴mg/L］、游離CO₂及HCO₃^-含量高(二者總量達300～1000mg/L)、某些金屬離子含量高(Ca²⁺、Mg²⁺總量達4000mg/L)、總鐵含量高(20～60mg/L)、硫酸鹽還原菌(SRB)含量高(10⁵個/mL)，pH值低(5.5～6.5)。這種廢水經重力除油、混凝沉淀、壓力過濾工藝處理后，實際出水水質不穩定，不能完全達到部頒標準，同時存在運行藥耗高、泥渣量大的問題。

1 　混凝沉淀工藝現狀

　　馬寨廢水處理站混凝沉淀罐結構如圖1所示。

　　向經重力除油后的原水投加4種藥劑：調整pH值的A劑(石灰)，混凝劑B劑(PAC)、絮凝調理劑C劑(活化硅酸)、D劑(PAM)，調理之后的廢水沿反應筒的切線進入，混合38s后進入中心配水筒，停留時間為20min，完成礬花對水中細小懸浮顆粒的吸附之后流入斜板沉降區沉降。
　　原混凝工藝未設置旋流混合設備，在工程改造中增加了混合裝置，保證了所投藥劑和廢水的充分混合，但在進入中心筒后水的流速僅為0.006m/s，不能有效地保證礬花的碰撞(即在中心筒內只是形成礬花，是一種藥劑作用下的自發狀態，此時礬花僅隨水流穩步下移，對水中的懸浮態顆粒和破乳油的吸附只是停留在低剪切運動水平，小礬花也很難長大)，顯然達不到工藝要求。

2 　機理試驗

2.1 機理分析
　　油田采出廢水中含有大量懸浮物、膠體顆粒、乳化油，而pH值調節、壓縮雙電層、吸附架橋、破乳等工藝過程均是多相共存體系，其處理實質是藥劑擴散、微小絮體凝聚長大和大絮體的分離過程，而體系中物相碰撞的動力學致因是慣性效應^［1］。在水流方向上垂直布置小孔眼格網可強化顆粒碰撞的效果，產生并控制渦漩尺度和強度，具有以下幾種動力學作用：①由于離心慣性效應，顆粒沿徑向運動，在由原速度區向新速度區運動時，因速度差異而與新速度區內的顆粒發生碰撞合并；②渦漩內相鄰的速度層間產生滑移為層與層間的顆粒碰撞提供了條件；③水流湍動使得渦漩離開原位置，這為不同渦漩內的顆粒合并提供了條件；④由于過網水流的慣性作用，礬花產生強烈的變形，使礬花中處于吸附能級低的部位，由于其變形揉動作用達到高吸附能級的部位，使得通過網格之后的礬花變得密實。
2.2 試驗工藝
　　試驗工藝設備簡圖見圖2。

　　試驗中加強了微渦漩、亞微觀傳質的動力學控制，高效利用各種藥劑并縮短了反應歷程；依靠小孔眼的網格生成渦漩，大幅增加高強度微渦漩，利用網格空間控制渦漩的強度和尺度，達到了最佳的混凝、絮凝狀態；沉淀工藝采用間距小、布水均勻的斜板，斜板傾角由60°改為66°，又因其無側向約束，因而排泥通暢。
2.3 檢測指標
　　依據《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》(SY/T 5329—94)中推薦的檢測指標(懸浮固體、油、pH值、溶解氧、總鐵、濾膜系數)，選用721分光光度計、0.41μm的纖維素微孔膜、測氧管及測鐵管等檢測設備。

3 　試驗結果

　　馬寨廢水處理站重力除油罐出水中含油為60～95mg/L，懸浮雜質為50～80mg/L，總鐵為8～15mg/L，顯然混凝沉淀對油和懸浮雜質的去除效果都要保證。圖3～5是試驗期間處理站原工藝和強化工藝出水水質的對比。
　　由圖3～5可明顯看出，強化工藝出水的各項指標較廢水處理站原工藝出水好，其懸浮雜質、油、總鐵的去除率分別可達到56%、98%、99%，而且由于總鐵大幅度減少，使得整個處理系統的出水在注水回用的過程中保持穩定，防止了二次污染的發生。

　　

　　試驗中對混凝強化前后水體中礬花的沉淀性能進行了對比。前者取自水廠投藥后進入沉降罐前的原水，后者是經試驗設備反應4min的混合水，分別置于兩個250mL的量筒，靜沉時間和清晰泥面高度的關系如圖6所示。

　　圖6中強化后的混合水靜沉4min即進入臨界沉降點，10min左右懸浮物的壓縮比可達20%，與試驗現場靜沉2h的壓縮比(15%)基本一致，較水廠混合后水中礬花的沉淀性能提高，由此可明顯看出經過混凝強化，礬花的沉淀性能得到了實質性改善。
　　為充分利用混凝沉淀罐的水平截面積和提高產水量，根據淺池理論選用板間距為1.5cm的斜 板進行泥水分離試驗，結果表明水體在斜板間流速≤1.8mm/s時，出水的懸浮物含量≤35mg/L，完全符合進入濾池的水體懸浮物濃度要求(≤50mg/L)，因此可將1.8 mm/s作為斜板負荷的設計參數，按此推算混凝沉淀罐經改造后處理水量可達8000m³/d，產水量提高了1倍。
　　由于混凝沉淀工藝對去除油、懸浮雜質的要求較高，因此投藥量相對較大，藥劑費成為制約廢水站經濟運行的瓶頸，而混凝沉淀的強化措施使得所投藥劑和水體充分混合、反應，在一定程度上減少了藥耗。強化工藝與原工藝投藥量及經濟分析的對比見表1。

表1 藥劑費用對比分析 投藥 A劑 B劑 C劑 D劑 水廠投量(mg/L) 300 150 50 4 試驗投量(mg/L) 250 120 35 2.5 節省藥量比例(%) 17 20 30 40 噸水節省費用(元/m³) 0.2 年節省費用(萬元) 4 000×0.2×365=24

　　另外，中原油田廢水的pH值較低，使廢水處理系統運行不穩，需要大量投加石灰來提高pH值才能減少不穩定因素的影響，據江漢石油學院作過的調查［1］，投加600mg/L的石 灰將水體的pH值提高到8.0以上可使處理后的水質保持穩定。試驗中成功地將石灰投量大幅降低，泥渣量也減少了50%以上，對實際生產運行十分有利。

4　結論

　　① 慣性效應是多相物系中顆粒碰撞的動力學致因。
　　② 加強亞微觀傳質促使顆粒充分接觸、碰撞，節省藥耗；微小渦漩的離心慣性效應為顆粒碰撞凝聚提供了動力學條件。
　　③ 合理的動力學控制使反應歷程由20.0min縮短至4.0min。
　　④ 小間距斜板沉淀池負荷較常規工藝負荷提高1倍，出水水質穩定、不積泥。
　　⑤ 同原工藝相比，強化工藝可節省A劑10%，B劑20%，C劑30%，D劑40%，顯著節省運行成本。
　　⑥ 泥渣量較原工藝降低50%，具有較強的實用性，且大大改善了處理后水質，使沉淀池出水各項指標達到或接近油田回注水標準，減小了后續過濾工藝的負荷，經濟、社會效益顯著。

參考文獻：

　　［1］ 王紹文.慣性效應在絮凝中的動力學作用［J］.中國給水排水，2000，16(1)：1-5.

---

　　電　話：(0451)6282109
　　E-mail:zha1975@263.net
　　收稿日期：2001-10-16