油田回注水
综述
我国大部分油田已经进入开发的中、后期，采出油中的含水量为60～80%，有的油田甚至高达90%。如果这些含油污水未经处理直接排放，将造成严重的环境污染，也是水资源的极大浪费。因此，对油田采出水必须进行处理回用，含油污水常规处理流程是：
来水 → 缓冲调储 → 除油、沉降 → 过滤 → 回注、回用或排放。
缓冲调储的目的是对来水进行均质、均量，也兼有预处理目的。 除油沉降的目的是去除水中大部分油和悬浮物。 过滤是进一步去除水中细粒径的油和悬浮物，起到水质把关的作用。
由于回注对含油及悬浮物指标要求都十分严格，因此油田含油污水处理工艺中的除油和过滤技术也就成为整个工艺的关键和难点。
回注水水质标准
（行业标准《碎屑岩油藏注水水质推荐指标 SY/T—5329—94》）中A2级标准
CODcr≤100mg/ L
油≤6mg/ L
SS≤2mg/ L
PH:6.5-7.5
粒径中值≤1.5μm
多年来，国内外很多专家、学者对油田注水的深度处理进行了广泛研究。包括采用有机和无机材质的膜为过滤介质的过滤器。有机膜主要采用中空纤维超滤膜，而无机膜主要采用陶瓷微孔膜。试验结果表明，油田采出水经过常规过滤处理后，再通过膜过滤装置处理后的水质足可以满足SY/T5329-94《碎屑岩油芷注水质推荐指标及分析方法》A1级标准要求。
虽然膜过滤技术得到专家及用户一致公认，但还有不足之处影响了大规模推广，所谓的不足之处主要表现在：
工艺流程不匹配。
第二 选择的膜性能不适用油田污水的特殊性，如：抗油污能力、耐55℃以上高温等。
第三 选择的膜形式不适合油田污水，例如很多试验用膜均为陶瓷膜、中空纤维膜、和卷式膜，而很少采用有机管式膜或其他能够达到精度的过滤材料。
第四 膜再生性能较差。缺少有效的专用清洗剂，难以长期保持膜通量。
第五 设备初期投入和运行费用较高，难以大面积普及。
面对以上问题，解决问题的思路一是正面技术攻关，二是采用其他新技术，因为只要达到
行业标准SY/T—5329—94SS，CODcr≤100mg/ L， 油≤6mg/ L ， 特别是 SS≤2mg/ L ，
粒径中值≤1.5μm，采用任何设备技术都是可能的，本公司的节能微滤技术和设备。在微量油和细小悬浮物方面具有独到的技术优势和性价比。该技术设备系统适合回注水终端处理。
问题现状
回注水主要污染物当属各种油类物质，其中有90%以上为悬浮态油，漂浮物在污水表面，或以微小油珠形态悬浮于水中，油珠粒径在10～150μm；这部分油易浮上水面然后刮除；另有5～8%油为乳化态油，以极小微粒油珠状态稳定地形成乳化液，这部分油必须经过药剂破乳，才能从水中分离，后有1～20mg/L的油在水中是以溶解态存在的。如果回注水中油的含量过高，会使回注水的COD增加，可导致回注水的微生物滋生，生物粘泥增多，容易堵塞地层空隙影响采油量。
过滤工艺是油田水处理中广泛采用的工艺，一般流程中过滤器是油田污水处理后一道除油除悬浮物的重要工序。目前油田普遍使用的过滤器有多层滤料（石英砂、无烟煤）过滤器和核桃壳过滤器等。核桃壳过滤器除油效果相对较好，但是控制悬浮物能力较差，多层滤料过滤器比核桃壳过滤器控制悬浮物能力好，但除油效果不佳，核桃壳、煤、石英砂等颗粒滤料存在一些共同的缺点：
● 难以满足低渗透油田回注水对悬浮物含量及颗粒直径指标的控制要求
● 由于粒度小（为0.6～1.5mm之间）易破碎，反冲洗时易流失，需要经常补充滤料。
● 对于稠油污水及原油中沥青和胶质含量较高的采出水，以上滤料容易出现板结问题，常使过滤设备难以正常进行。
油田用户期待着有更好更经济更有效的除油除悬浮物的设备系统。
问题分析
纵观上述问题可以分析出；
◎滤料的材质（核桃壳，石英砂，无烟煤），
◎滤料的颗粒大小，
◎过滤精度，
◎除油效果，
◎反冲恢复能力，
◎滤料流失，
◎滤料板结，
这几个关键因素相互联系又相互制约，同时还相互矛盾，很难找到同时解决所有问题的方式，例如，为了提高过滤精度，过滤材料的粒径必须小（直到0.5mm）， 但是越细小就越容易流失和板结，越难以承担含有一定胶体的水质，核桃壳虽然过滤精度不够但是除油效果优于石英砂和无烟煤，还不能去除这一工艺。长期以来人们做了大量的科学研究工作，分别取得了不同的技术进步，例如，采用微滤膜甚至超滤膜进行过滤，满足了出水悬浮物的要求，但是随之带来了较高的预处理技术要求，以降低膜组件承担的截留胶体和油的工作强度，随之是如何解决膜堵塞，膜清洗，膜恢复，维持膜通量，降低投资，降低运行费用，延长膜组件寿命等一系列问题，这似乎选入了一个怪圈，解决了一个问题却多出了更多问题。看来还应该在技术路线上开拓思路，而思路决定出路。总结上述各种过滤方式的优点可以看出：
1 核桃壳的比重1.2—1.4 g/c m³, 比重比石英砂多介质（2.6 g/c m³）轻，因而容易反冲洗或者反冲洗节能节水。
2 石英砂多介质称之为不定形滤料，比较微滤膜超滤膜虽然过滤精度低，但是不需要经常药剂清洗，不存在膜通量的下降或定期更换，投资和运行费用低。
3 微滤膜过滤精度可达到0.1—0.5微米，超滤膜可以达到0.1---0.01微米，过滤精度完全满足回注水对悬浮物的要求（悬浮物颗粒中径1.5微米），但是投资和运行费用比砂滤要高得多。长期使用面临着水通量的衰减难题。
总结上述各种过滤器的优点集合在一起，希望有这样的过滤设备：
1 过滤材料比重轻，容易反冲洗，反洗节能节水。
2 属于不定形滤料，反洗容易恢复流量，减少更换率滤材。
3 精度达到0.1微米，满足过滤悬浮物和吸附截留水中油的需要。
山东循江节能科技有限公司的节能微滤系统具备了上述的各项特点，
1采用了轻质微孔复合材料，比重控制在1.1---1.2 g/c m³，比核桃壳滤料还轻。
2 滤料平均粒径3mm,表面多微孔，是一种新型的不定形过滤材料。
3过滤精度可以达到0.1微米，接近了管式微滤膜或超滤膜精度，完全满足回注水要求。
节能微滤系统已经在很多行业进行了推广应用，效果显著。
技术线路
一 除油技术路线
回注水处理终端采用核桃壳过滤除油已经很普遍，吸附效果随着时间的延长会逐渐降低，因为总有吸附饱和的时候，尽管不理想也还在用，主要是没有突破性技术创新，水处理终端的油含量已经很少，但又难以去除，因为大多细小且与水混合在一起，之所以采用核桃壳主要是利用其吸附特性，从水中吸附油污粘泥悬浮物，实际上是希望将水和油分离开，或者说是将二种液体分离开，将其中小部分的液体-----油吸附滤除，为了维持吸附特性，科技工作者和使用者都在研究各种新的脱附清洗再生方法，以其延长核桃壳的使用寿命。
我公司的科技人员提出；能不能换一种思路或者技术路线呢？将现在的油水分开转变固液分开，因为固液分离的难度远小于液液（油水）分离的难度，具体实施的技术路线是：将经过特殊加工的复合絮凝剂，以添加絮凝剂的方式混合在回注水中，利用复合絮凝剂的亲油和吸附性能，将水中的油吸附集合成油污，然后滤除。这样做的优点是：
1 对滤料的要求降低了，只要求过滤功能，忽略吸油性能，因而具有可操作性。
2 通过水反冲洗可以完全恢复性能，不必考虑传统的再生或药剂清洗。
3 除油效果稳定且持久，去除效果不依赖于滤料的吸附饱和，仅与添加的超细粉数量有关。
二 除悬浮物技术路线
添加的复合絮凝剂平均中径小于1微米，添加混合在水中后，水质SS大于100mg/L，浊度大于100NTU，这样的条件进入目前普遍应用的多介质过滤罐显然是不可行的，因为多介质过滤罐一般进水浊度均在5NTU左右，提高进水浊度会导致出水不合格或者短时间内堵塞滤层。因此，选用了我公司的节能微滤罐，这种微滤罐过滤精度可以达到0.1微米，容许进水SS数值高达1000mg/L， 但是出水仍然可以达到设计标准。这种工艺参数的设计实际上带来了更多的技术和经济优势，容许高进水浊度，意味着可以不经过预先处理或者沉淀工艺，因此，本 工艺设计中没有传统加药过程中的搅拌池，沉淀池。在提升泵前加入复合絮凝剂后直接进入微滤罐，大大降低了投资或运行费用。这一特性还特别适应油田的移动特性，一套设备可以装在移动平台上任意拖动，更换油井继续工作。
三 合二为一的技术路线
核桃壳+多介质的技术路线，实质是以核桃壳为多介质的预处理，核桃壳过滤罐用于除油和除一定的悬浮物，而多介质作为终端除悬浮物的终端设备，除油则是次要的。当采用新型的投加复合絮凝剂+节能微滤工艺后，可以将此前的核桃壳+多介质二级过滤工艺合并为一级过滤，二套系统改为一套系统，简化了工艺流程，减少了占地面积，降低了投资，降低设备运行的管理费用。
核桃壳与多介质过滤器都要进行反冲洗，由于石英砂的比重大，因此要消耗较大的反洗水耗和能耗，一般反洗水量约占产水量的5---7%。技改后只有一套微滤罐，反冲洗主要依靠气体，反洗水仅为产水的0.5%，经过处理后可实现反洗水零排放，采用反洗排污快速沉降罐浓缩含油污泥，污泥可以自然风干也可以适度挤压后卫生填埋，还可以燃烧后粉体回用，至此实现了反洗水量排放，污泥回用零排放。
核桃壳的出水含油量很大程度上取决于滤料的新旧老化或吸附饱和程度，而新工艺出水含油量仅与添加的复合絮凝剂数量有关，而添加量是可以精确控制的，只要超过一定的量，出水含油量则一直会保持稳定。
节能微滤的过滤精度可达到0.1微米，远高于普通砂滤，因此实现彻底去除悬浮物，确保回注水SS≤2mg/L。
前文提到采用微滤膜效果也很好，但是却带来一系列新的问题，那么采用节能微滤会不会也带来一系列新问题呢？例如：连续不沉淀的高浊度进水能维持正常过滤吗？过滤精度能够保证吗？微滤罐的容垢量如何保证长时间运行？反洗周期会不会很短，反冲洗后真能恢复吗？特别是不定型滤料怎么可能达到0.1微 米的精度呢？即使达到如此精度滤料是不是太细了？会不会冲出来跑料？会不会把板结？反冲水这么少能冲洗干净吗……等等？由此可能引发更多的技术和生产工艺问题。事实上也确实存在上述问题甚至不止这些问题。很多看似小问题但是不解决或解决不理想导致了设备难以正常运行，例如：节能微滤采用轻质微孔复合材料，大的直径3mm，规格小的为1mm， 反冲洗采用了气体可以完全在水中浮起来，这本来是好事，对于排出积累的污泥是好事，但是如何挡住滤料不随着污水排除呢？一般理解当然可以安装不锈钢网挡住，但是在实际运行中发现，由于进水浊度高，排污也很浓，因此不锈钢网很快堵塞，几乎完全不透水，从而使反洗排污难以顺利实施。就是这样看似一个小问题， 但是导致设备停机难以运行，类似的问题还很多。好在已经全部攻克了。现在节能微滤可以在高浊度，高难度，高纤维含量，高温，含有油墨纸浆石灰粉条件下长期正常工作。
方案实施
一 工艺系统图示
说明：
1 来水经提升泵进入微滤系统，在水泵的进口注入复合絮凝剂，利用水泵叶轮高速搅拌使之瞬间与水均匀混合，水泵的剪切力有利于粉体与油结合在一起。加入粉体的数量决定除油的效果
2 泥水混合液不经过沉淀直接进入微滤罐过滤。调整流量、压力或粉体的种类或细度，可以达到不同的悬浮物去除率或含油去除率，可分别达到A3，A2，A1标准。
3 按时间设定自动反洗，单个罐反洗需要停机，当设计N+1个罐时，N个罐始终工作可以满足24小时不停机。其中会有一个罐定时启动反洗程序，典型反洗设计为工作23个小时反洗30分钟。
4 反洗以压缩空气为主作为托起滤料的动力，反洗进水为辅用于排出污物的载体。反充气压力0.6—0.8Mpa反冲强度：2L/㎡.S。反洗水压力0.1-0.2Mpa,反洗强度2L/㎡.S。
5 反洗水进入配套的锥底沉降罐，沉淀后的上清水返回集水池，锥底污泥可以长时间沉淀浓缩后适当处理。
6 污泥含油，可以燃烧后对粉体破碎筛分后继续回用，也可以将污泥用一般污水厂通用方式处理。
二 移动平台式设备系统
说明：
1 移动平台式回注水处理系统是将全套设备系统坐落在一个可以移动的平台上，用拖车可以任意移动到新的油井，接通电源即可工作。
2 平台包括微絮凝+微滤设备系统，污泥沉降罐和污泥脱水设备，终端形式为袋装的污泥。
3 平台可以做成符合交通规则的外形尺寸，也可以按用户要求做成大型非标尺寸规格。
4 在实际工程中可以几个平台并列运行，移动时则分别进行。形成组合形式便于配套流量。
技术特点
一 关于技术路线
将微絮凝+微滤技术引进到回注水除油去悬浮物领域，从回注水品质和保证产油量分析，回注水含油和悬浮物越低越好，絮凝+微滤技术符合这一要求，采用颗粒状轻质微孔复合材料作为过滤材料，过滤精度可达0.1微米，但仍保持了不定性滤料的特点，避免了管式微滤膜的弊病。一道工艺可以替代传统的核桃壳与多介质过滤器二道工艺。将传统的核桃壳吸附微量油的液液分离，改为添加复合絮凝剂吸油后截留的固液分离。避免了核桃壳吸附逐渐饱和降低除油效率的问题，为回注水的高品质提供了技术保证。
二 吸油措施
研制了具有吸油功能的复合絮凝剂，在提升泵的进口添加，利用高速旋转水泵叶轮（2850转/分）瞬间完成混合搅拌。无需专门的搅拌设备。由于水和油的比重不同，水泵叶轮的剪切力有利于油水分离和复合絮凝剂的吸附。
三 高浊度进水
加入复合絮凝剂的水浊度升高到100NTU以上，节能微滤系统容许不经过沉淀直接进入微滤罐，比较一般多介质罐的要求（≤20NTU）无需设置预沉淀设施，比较管式微滤膜则省略了预处理系统。
四 高精度过滤
采用不定形滤料——平均直径3mm左右，但是可以达到0.1微米的过滤精度，从而确保出水悬浮物平均中经小于1.5微米。
五 滤料颗粒尺寸
比传统多介质小0.5mm滤料，节能微滤的过滤材料可达到3mm,这样带来了更大的孔隙，提高了单位体积的溶垢率，从而延长了反冲周期。
六 高浊度进水
节能微滤系统容许高浊度进水，高可承受1000NTU，正因为有这样的特性，所以省略了传统工艺中的搅拌池，沉淀池，实现了泵前混合直接进入微滤罐。
七 抗堵塞和板结
作为不定型滤料，节能微滤彻底解决了板结和堵塞难题，这得益于独家研制的反冲洗方式和设备，每一次反冲洗都会非常彻底，过滤材料在罐内循环移位，做到了恢复设计流量。
八 控制了滤料流失
不定型滤料容易在反冲洗时产生漏沙，大多数是由于反冲洗破坏了原始颗粒级配，导致细小颗粒逐渐移到了填料区，也有的是长柄滤头变形导致漏料，一滴水的节能微滤罐采用的是均质滤料，从根本上不存在颗粒乱层问题，同时采用特殊设计的防止漏砂的结构件。
九 极低的运行费用
将核桃壳与多介质过滤工艺合二为一，降低了投资和运行管理费用，同比减少了反洗设备和反洗水量。微滤罐的过滤材料一般不会流失，无需更换，正常工作仅用产水和压缩空气反冲洗即可。过滤压降仅为0.05Mpa甚至更低。同比多介质过滤罐，节能微滤可以节约80%反冲洗水耗和能耗。同比管式微滤膜，则无需频繁的药剂清洗，无需定期更换膜组件，不存在膜通量下降的难题。由于采用了全智能化控制运行，因此设备可以长期运行在佳参数条件下。稳定可靠，日常无需人工干预运行。
