油田含油污水處理渦旋式多介質過濾器的應用

隨著我國對油田的開采力度不斷地增大，油田污水問題的處理也越來越難，如今已經威脅到生態(tài)環(huán)境的正常循環(huán)和社會的和諧發(fā)展。油田注水技術的不斷發(fā)展造成油田對注水質量的要求也越來越高，污水處理問題也得到了越來越多的關注。近幾年來，油田采出水深度處理工藝中多介質過濾器是主要的過濾設備。但隨著污水水質復雜性的增大，傳統(tǒng)多介質過濾器也表現出了一定的局限性。

為了提高采出水處理效率及過濾設備的經濟適用性，研究人員對傳統(tǒng)過濾器進行了不斷改進：如VehashkayaAmiadSinun較早研制出一種自動反沖洗過濾器，JanHermene針對一種自清洗連續(xù)過濾系統(tǒng)，解決了濾網堵塞問題等。中國專利CN201216893Y公開的“雙濾料過濾器”，其結構解決反沖洗濾料流失問題；又如中國專利CN201525788u公開的“雙濾料污油污水過濾裝置”，罐體進口為防沖板結構、內填石英砂及磁鐵礦濾料；除此外還有中國專利CN20126409Y公開的“雙濾料高效過濾器”以及中國專利ZL200720148615.4公開的“攪拌式多介質過濾器”。以上幾種過濾器在油田污水的處理工藝中存在以下問題：a.耐污、抗沖擊能力差，濾料易結板失效；b.反沖洗再生能力差，造成設備反沖洗頻繁、濾料使用壽命短。造成這些過濾設備除油、過濾效率低，導致處理水較難滿足油田中、高滲透層回注水的水質要求。

針對目前我國多介質過濾器普遍存在的問題，迫切需要研發(fā)一種具有抗油污沖擊力強、過濾效率高、濾料再生能力好，出水水質穩(wěn)定，自動化監(jiān)測控制系統(tǒng)程度高的新型過濾器。為此本公司根據市場需求及掌握的技術資料，通過現場調研，研發(fā)了一種渦旋式多介質過濾器。實驗表明，同等條件下，渦旋式多介質過濾器除油除懸浮物的效果明顯優(yōu)于其他雙濾料過濾器。其內部采用的新型復合濾料延長了濾料的使用壽命，提高了設備的經濟性。新增的水力旋流搓洗器提高反洗效率，延長設備的反沖洗間隔時間。

1、渦旋式多介質過濾器基本工作原理

1.1 設備工作原理

下圖1和2分別為傳統(tǒng)多介質過濾器及新研發(fā)的渦旋式多介質過濾器的組成結構示意圖。

傳統(tǒng)多介質過濾器工作原理是：過濾層內部采用兩種以上的介質作為過濾層。當原水自上而下通過不同密度、不同粒徑的濾料時，水中懸浮物由于吸附和機械阻流作用被濾層表面截留下來，從而得到澄清的水質。但是，傳統(tǒng)的多介質過濾器濾料易板結，反沖洗再生能力較差，這就造成設備反沖洗頻繁、濾料的使用壽命短。

渦旋式多介質過濾器內部上方增設微渦反應器，微渦反應器對污水進行預處理。濾料采用經過特殊工藝處理的多層復合濾料，過濾效果好，使用壽命長。濾料內部又設有水力旋流搓洗器，在反洗時對濾料進行搓洗，提高了反洗效率。

1.2 微渦反應器工作原理

在渦旋式多介質過濾器內部上方增設微渦反應器，進水口增設流量計可根據流量判斷過濾是否偏流及濾料污染情況。微渦反應器采用旋流分離的原理，來水在微渦反應器中形成渦流，油水在離心力的作用下得以初步分離。另外，在進口管線加藥（高效絮凝劑），使得來水在微渦反應器內充分反應絮凝沉降，從而破壞污油、懸浮物及其他機械雜質在水中的穩(wěn)定性，達到對污油、懸浮物的預處理作用，從而提高設備對油、懸浮物的抗沖擊能力。

1.3 多層復合濾層

在濾料層過濾中，通過濾料空隙的絮粒、油粒、懸浮物、微生物以及膠體顆粒被截留在濾料表面，從而達到過濾的目的。渦旋式多介質過濾器根據吸附、截留、深床三重作用的過濾機理，采用特殊工藝生產的新型復合材料，這種材料耐油能力強、不易板結、耐腐蝕、耐磨性好，大大提高了過濾效率，延長了濾料的使用壽命。復合濾層由四層濾料組成，一層為除油層，二層為吸附截留層，三、四層均為截留層，濾料級配合理，增強過濾效果。

1.4 水力旋流搓洗器

由于濾池反沖洗水頭由出水槽水位決定，易造成濾料在水力反沖時對濾料沖刷不足和不均勻流化的現象，導致污物形成的泥球通過上層濾料下沉并積聚在細濾料頂部而形成交界層“板結”現象。為解決濾料易出現板結造成過濾能力下降的問題，在渦旋式多介質過濾器內部設有水力旋流搓洗器。

水力旋流搓洗器由數根在同一水平面內等長的篩管和噴嘴組成，噴嘴的噴口順時針或逆時針朝向同一圓周方向。隨著運行時間的增加，截留的懸浮物增多，使得運行壓差增大，流量減小，此時水力旋流搓洗器根據水力射流、旋轉原理，達到反洗時對濾料搓洗、提高反洗效率的目的。一方面通過大流量的方向進水，使得濾層膨脹松動，另一方面利用高壓泵通過水力旋流搓洗器使輕質濾料旋轉，高速水流進入濾層，攪動過濾器內的濾料形成旋流。濾料在高速水流沖擊作用下產生濾料與濾料間的相互碰撞、摩擦，使粘附于濾料表面的油滴、固體雜質及膠狀物質從濾料表面剝離，經排污口排出，從而完成整個清洗過程。同時，罐體上下布水器均采用不銹鋼篩管，有效防止濾料的流失。

2、渦旋式多介質過濾器處理油田污水的應用研究

利用渦旋式多介質過濾器在現場進行工業(yè)性試驗，處理對象為油田含油污水。設備的主要技術參數為：處理量：10m3/h，濾速：8~10m/h，反沖洗強度：12-16L/m2?s，反洗時間：15min，反沖洗周期：24h，處理效果見下表1。

由表1可看出，渦旋式多介質過濾器過濾效果顯著，對懸浮固體的去除率更是達到了85%以上，處理水均能滿足現場回注水的要求。同時，相較于傳統(tǒng)過濾器的70%的去除率，渦旋式多介質過濾器表現出明顯的優(yōu)勢。

經檢驗，來水水質相同的條件下，新型的渦旋式多介質過濾器除油除懸浮物的效果明顯優(yōu)于其他雙濾料過濾器。由特殊工藝生產的耐油能力強、抗腐蝕、耐磨的新型復合濾料大大延長了濾料的使用壽命，提高了設備的經濟性。內設的水力旋流搓洗器提高反洗效率，使得設備的反沖洗間隔時間延長了一倍，反沖洗水量減少了30%，能源消耗減低10%，濾料使用壽命提高了一倍。

3、結論

（1）渦旋式多介質過濾器因其獨特的內部結構具有抗油污沖擊力強、過濾效果高、濾料再生能力好、出水水質穩(wěn)定等優(yōu)勢，是一種新型高效的過濾器。

（2）渦旋式多介質過濾器對懸浮固體的過濾能力可達到85%以上，有很好的過濾效果。

（3）渦旋式多介質過濾器能縮短反沖洗間隔時間，減少反沖洗水量，提高反沖洗效率。

（4）渦旋式多介質過濾器適合處理油田含油污水，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多介質過濾器，具有很高的推廣應用價值。（來源：浙江金龍自控設備有限公司）