含油污水處理系統(tǒng)沉降節(jié)點水質(zhì)提升方法

　　老區(qū)油田由于已建設施適應能力下降和采出液含聚濃度上升，部分污水處理站的運行工藝及設計參數(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有水質(zhì)的要求，處理后水質(zhì)不達標。因此，本次選取的研究對象為污水處理工藝中的沉降節(jié)點，針對其存在的問題，進行影響因素分析，提出合理的工藝優(yōu)化措施，以達到改善沉降節(jié)點后續(xù)水質(zhì)和提高工藝適應性的目的。

　　1、污水處理工藝及沉降節(jié)點水質(zhì)現(xiàn)狀

　　對部分污水處理站沉降節(jié)點水質(zhì)情況進行化驗分析，其中一沉含油去除率最高可達92.94%，最低則為-10.62%;一沉懸浮物去除率最高可達72.54%，最低則為7.46%;二沉含油去除率最高可達79.7%，最低則為2.51%;二沉懸浮物去除率最高可達66.67%，最低則為-13.56%。

　　通過分析現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，沉降節(jié)點含油和懸浮物去除率波動范圍較大，且部分污水處理站沉降節(jié)點去除率偏低，處理后水質(zhì)不達標，應確定影響沉降節(jié)點水質(zhì)的關(guān)鍵因素，提出相應改進措施。

　　2、沉降節(jié)點水質(zhì)影響因素分析

　　影響沉降節(jié)點水質(zhì)的主要因素為沉降罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)及沉降時間。

　　由于重力式沉降罐只靠油水密度差來實現(xiàn)油水分離，因此沉降罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接影響沉降罐分離效率的好壞，其中主要包括配液管、集水管、集油槽等，各部件的的形狀、數(shù)量及相對位置均會對沉降罐的除油效果有影響。污水中含油和懸浮物含量隨沉降時間的延長而減少。沉降罐內(nèi)油層和泥層會侵占罐內(nèi)有效空間，減少有效沉降距離，縮短沉降時間，使得沉降罐沉降分離效果變差。

　　3、沉降節(jié)點水質(zhì)提升技術(shù)措施

　　3.1 沉降罐配水裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化

　　3.1.1 沉降罐配水裝置結(jié)構(gòu)的改進形式

　　沉降罐配水裝置由配水干管、配水支管及配水口組成，其作用是將待處理的含油污水穩(wěn)定而均勻地分配到整個分離區(qū)的過流斷面上。圖1是相關(guān)學者應用軟件模擬出來的配水裝置改進前后罐內(nèi)速度矢量圖，原型沉降罐內(nèi)配水裝置與油層之間速度矢量線縱橫交錯，十分混亂，沉降區(qū)存在明顯漩渦流和返混流，配水裝置改進后，配水裝置上方的速度矢量方向變化減少，沉降區(qū)速度矢量方向大體向下，流動特性良好，為油水分離提供了有利條件。從中可見，配水裝置是影響罐內(nèi)流態(tài)變化的主要因素，其結(jié)構(gòu)將直接影響罐內(nèi)流場分布和油水分離效果。

　　污水沉降罐配水裝置多采用梅花點式喇叭口配水形式，開口朝上布置。油水混合物由配水口進入罐內(nèi)后，由于存在向上的初速度，會在配水口與罐頂油層之間形成復雜流動場，擾動油層，影響油水分離。針對該問題，確定了兩種解決辦法：

　　1)改變配水口布置方向，配水口向下布置，出口處設置擋板，以確保水流方向向上;

　　2)改變配水形式，降低配水口初速度;取消喇叭口配水時的向上管道，增加配水口與罐頂油層之間距離。

　　優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)為兩圈同心圓的穿孔管，每個圓周上的配水管由四段弧形配水管組成。處于罐體同一四分之一結(jié)構(gòu)中的內(nèi)外兩根弧形配水支管與同一根配水干管相連，配水干管與進液分配斗(或中心反應筒)相連接。

　　3.1.2 沉降罐配水裝置仿真模擬分析

　　應用Fluent軟件模擬計算配水裝置結(jié)構(gòu)改變前后配水口初速度大小。根據(jù)配水裝置實際尺寸建立幾何模型，選擇Mixture混合物模型、標準k-ε湍流模型、三維穩(wěn)態(tài)、隱式耦合求解器、SIMPLE算法進行數(shù)值計算。

　　仿真模擬計算時，為了更好的對比結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后配水裝置內(nèi)的速度分布情況，配水干管入口處取相同速度值，設置配液管上開孔的總面積與原結(jié)構(gòu)相同部分開孔的總面積相同。按照配水形式的不同，共分為四種情況進行仿真分析。軟件計算得到的配水裝置內(nèi)速度分布情況，見表1。

　　從分析結(jié)構(gòu)可以看到，油水混合物在進入配水裝置后，流速沿著流動方向逐漸降低;優(yōu)化后弧形配水支管內(nèi)油水混合物流速要明顯小于優(yōu)化前配水支管內(nèi)流速;三種穿孔管配水裝置內(nèi)速度分布情況相差不大;對四種配水形式各配水口處速度分布取加權(quán)平均，穿孔管(a)式及穿孔管(c)式配水在增加布水輻射面積的同時配水口平均流速均小于原喇叭口式配水，且穿孔管(c)式內(nèi)外弧流速差值及外弧平均流速均更小，各配水口流速分布又較為均勻，因此最終選擇變孔徑布置的穿孔管(c)式配水作為配水裝置的改進形式。

　　3.2 混凝沉降罐中心反應筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

　　混凝沉降罐中心反應筒的作用是為了達到流體的緩沖，讓來水與所加藥劑能夠充分混合，并不起沉降作用。因此，選擇在中心反應筒內(nèi)加裝斜板，并增加一組配水口，實現(xiàn)一次預分離。

　　油水混合物由進水口流入中心反應筒，流經(jīng)斜板后，斜板既能對流體起到緩沖作用，又可實現(xiàn)筒內(nèi)預分離，加劇細小油滴間的聚結(jié)。預分離后輕質(zhì)相從上配水口排出，此部分將在沉降區(qū)快速分離;筒底部的混合液含水率較高，整體混合液粘度較之前降低，此部分混合液由下配水口排至沉降區(qū)進行油水分離，由于混合液粘度降低，分離速度也會較之前有所提高?？偟膩碚f，中心反應筒加裝斜板后既能加快分離速率又能提高分離效率。

　　3.3 沉降罐排泥工藝改進

　　大罐排泥方式主要有兩種，一是靜壓穿孔管排泥，二是泵抽排泥。靜壓穿孔管排泥是依靠大罐液位壓力將污泥壓入穿孔管內(nèi)，利用瞬時壓力將污泥排出罐外，一旦污泥在罐底大量堆積、壓實后，該排泥方式排泥困難;泵抽排泥需配套新建集泥坑，當污泥堆積一定高度后，由排泥泵抽出至罐外，該排泥方式受集泥坑分布情況影響，管壁處污泥有堆積，排泥效果差[2]。結(jié)合上述兩種工藝自身特點，對排泥工藝進行優(yōu)化。

　　一是采用靜壓排泥改良技術(shù)中的滑泥坡，在罐底修建錐形坡體，坡體表面采用非金屬小摩阻材質(zhì)，確?；嗥聟^(qū)域沉積泥能順利滑落至坡底，提高集泥效率;二是在滑泥坡上方增設液力旋轉(zhuǎn)沖泥裝置，該裝置以罐中心為軸，兩側(cè)沖泥管噴嘴的方向相反，沖泥管可自動旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)全區(qū)域、無死角的沖泥效果;三是在滑泥坡間布置半圓形排泥管，配合罐外排泥泵，構(gòu)成吸泥系統(tǒng)。新型排泥工藝的沖泥系統(tǒng)、吸泥系統(tǒng)采用同一臺離心泵。

　　整套排泥裝置具有沖洗與強排雙重流程，系統(tǒng)排泥時可先運行沖泥裝置進行液力旋轉(zhuǎn)沖泥，排泥方式采用靜壓排泥，沖泥完成后，排泥泵入口自動切換至與排泥管連接，實現(xiàn)泵吸排泥。

　　應用新型排泥技術(shù)進行排泥時無需停罐，污泥能及時排出沉降罐，利于改善水質(zhì);沉降罐利用率高，不會影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

　　4、幾點認識

　　(1)優(yōu)化沉降罐配水裝置結(jié)構(gòu)，將梅花點式喇叭口配水更改為變孔徑雙弧形穿孔管配水，可降低配水口處流速，減輕對罐頂油層的擾動，提高油水分離效果。

　　(2)根據(jù)斜板沉降理論，在混凝沉降罐中心反應筒加裝斜板，實現(xiàn)一次預分離，可提高罐內(nèi)空間利用率，加快油水分離速率，改善油水分離效果。

　　(3)新型排泥工藝由滑泥坡、液力旋轉(zhuǎn)沖泥裝置、吸泥系統(tǒng)、罐外動力泵組成，具有沖洗與強排雙重流程，排泥時無需停罐，污泥能及時排到罐外，確保沉降罐有效沉降空間，利于改善水質(zhì)。

　　(4)強化水質(zhì)過程控制，實施沉降節(jié)點水質(zhì)提升技術(shù)措施，可改善沉降節(jié)點出水水質(zhì)，促進水質(zhì)全程達標。(來源：大慶油田有限責任公司第六采油廠規(guī)劃設計研究所)