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1、永宁污水处理方案研究,报 告 内 容,一、绪论二、现场调查三、室内研究四、污水处理方案五、结论,绪 论,永宁污水处理概况,永宁采油厂污水处理站与四号注水站由中原油田勘察设计研究院负责设计建造，于2003年建成后投入使用，四号注水站注水水源来源于污水处理站处理后的污水，控制的注水面积为7.8km2，有注水井32口，现日处理污水量在10001300m3左右，日配注水量875m3，受益油井77口，注入层系为延长组长6油层。剩余污水由停产报废井双16-J5回灌侏罗系延安组地层有效的解决了油田产出水的处理问题，同时扼制了对应77口受益油井的产量递减，并有部分油井产量得到回升。,产出液油、水,沉降罐分离油
2、、水、悬浮物,过滤器去除小颗粒,除油罐分离油、水、悬浮物,调节罐缓冲储水,四号站,外输泵,注水井,注水泵,注水泵,储水罐,过滤器,注水井,破乳剂、杀菌剂,除铁剂 A,储水罐,缓蚀阻垢剂、杀菌剂,除铁剂 B,工 艺 流 程,水,绪 论,产出液加破乳剂，根据来液量确定高效除铁A剂、B剂（QX511-HG、QX512-HG）杀菌剂（SS312-HG），加药量100kg；阻垢缓蚀剂用1倍清水稀释后，24小时不间断泵入，加药量75kg。,绪 论,加 药 情 况,一次性与罐车匹配倒入，存在破乳剂与来液混合不均匀问题,A剂用1倍清水稀释后，24小时不间断泵入除油罐，加药量100kg；B剂用1倍清水稀释后，2
3、4小时不间断泵入调节罐，加药量200kg；,系 统 防 腐 状 况,站内大部分管线及联合站至四号注水站管线为玻璃钢管线，回注管线采用高压玻璃钢管，污水低压管线采用低压玻璃钢管，站内新鲜水管线、加药管线采用衬塑铝合金管道 储水罐外保温采用厚50mm的岩棉板，保护层为蓝色彩钢瓦，内防腐采用玻璃钢结构 污水中加杀菌剂和阻垢缓蚀剂，起杀菌和缓蚀阻垢作用,绪 论,污水处理系统存在的问题,问题概括,滤后水质不合格，井口水质恶化严重，设备、管线腐蚀严重，注入压力上升速度快等，管理的难度大,具体表现,污水处理量超过设计处理能力，设备超负荷运转，造成水处理质量和管理质量下降污水处理流程老化，配套加药装置不全，无
4、前期水处理要求的设施四号注水站管线已发生数次腐蚀穿孔，造成配电柜烧毁数套。若高压管线腐蚀穿孔造成人身伤害则后果不堪设想四号注水站闸门腐蚀关闭不严，需停泵维修，影响正常注水。特别是回流闸门不严，造成无功回流四号注水站储水罐内防腐层与罐体脱离，防腐效果差、影响使用寿命、系统各个环节水质中悬浮物含量严重超标，细菌超标，水质黑色,绪 论,水质不达标的危害,输水管线结垢严重，输水泵压上升，能耗加大 设备及注水管线腐蚀严重，更换频繁，增加不必要的成本 高压设施的腐蚀穿孔，存在人身安全与事故隐患 注水系统不能正常运行，影响生产 油层堵塞，注水压力上升，无法完成配注，地层能量得不到及时补充，递减加快。,绪 论
5、,找出水质腐蚀原因、解决腐蚀问题找出水质结垢原因、解决结垢问题完善加药工艺、使滤后水质得到大幅度改善,可有效的降低生产成本与管理成本可避免人身与设备安全事故的发生可大幅度减轻油层污染、提高注水效率有利于油田稳产与经济效益的提高对其他采油厂的污水处理有指导意义,绪 论,项目的目标与意义,目标,意义,永宁污水处理流程中污水性质调查与测试分析,现场调查,为了比较全面的了解目前永宁污水处理的效果与存在问题，根据污水处理流程，设计对沉降罐、除油罐、调节罐、过滤器、储水罐、四号注水站进口、四号站注水泵、最远的注水井井口。实际取样中仅调节罐由于没有取样口未取样。,现场调查,1、来水的水质离子分析,处理污水的
6、pH值在6.5左右，显酸性；二氧化碳含量在5075mg/L之间；说明存在酸性腐蚀 总矿化在5104mg/L左右，说明污水存在盐腐蚀,沉降罐,除油罐,过滤器,四号站,储水罐,注水井,注水泵,现场调查,2、系统中铁离子分析,系统各个环节的水质中都含有Fe3+，说明系统存在氧腐蚀；沉降罐到除油罐，Fe2+与Fe3+增幅大氧与腐蚀；到过滤器后，铁离子含量下降过滤；到储水罐Fe3+增加，Fe2+减少余氧；到四号注水站，Fe2+与Fe3+增加，Fe3+增幅较大余氧与腐蚀；到注水泵Fe3+迅速增加，Fe2+略增说明曝氧严重；到注水井口铁离子急剧下降运行中铁离子沉积，主要是细菌的繁殖引起的硫化物沉淀。,现场调
7、查,3、系统中含氧量分析,整个流程的各个环节都含有一定量的氧，说明系统存在氧腐蚀；注水泵的含氧量高达0.4-0.6mg/L，说明四号站的储罐存在较严重的曝氧。,沉降罐,储水罐,四号站,注水泵,注水井,现场调查,4、系统中硫化物含量分析,系统中各个环节的含硫量普遍较高，大部分在5mg/L以上；注水井的含硫量明显增加，说明注水管线中细菌的繁殖严重，与铁离子含量的分析相符。,现场调查,5、系统中细菌含量分析,系统中SRB含量大于104个/mL，TGB含量在102-103个/mL范围较多；系统存在较严重的硫酸盐还原菌腐蚀；由于取样时，细菌含量的测试稀释倍数不够，因此不能分析细菌沿系统的变化规律。,沉降
8、罐,四号站,过滤器,注水泵,除油罐,注水井,现场调查,6、系统中悬浮物含量分析,系统各个环节的悬浮物含量都较高，大部分在200mg/L左右；过滤后的水质悬浮物含量均在250mg/L以上，原因：一是除油罐的沉降效果差，二是过滤器本身的过滤能力下降、存在污染；注水井井口水质的悬浮物普遍低于其他取样点，原因：一是污水在管线中的运行过程中自然沉降，二是由于细菌的繁殖，产生了大量的硫化铁，在管线中沉积起到了一定的净化作用。,注水泵,沉降罐,过滤罐,储水罐,除油罐,四号站,注水井,现场调查,7、系统中油含量分析,系统中的各个环节含油量大部分在150mg/L以上；沉降罐含油量较高，说明沉降罐除油效果有限，分
9、析引起的原因可能是沉降罐液位波动大或者破乳效果达不到要求；过滤罐除油达不到要求，与除油罐含有高有关，与本身效率下降有效；储水罐之后含油基本上稳定，与系统实际情况相符。,现场调查,8、系统中滤膜截留物分析,滤膜截留物基本上溶于有机溶剂与酸，说明大部分是油，微生物，水份，水溶性盐，酸溶性物质；,乙醇-酸溶物中碳酸钙含量很少，说明系统中悬浮物中无机沉淀物的形成不是碳酸钙结垢引起的；乙醇-酸溶物中硫化铁含量高打35%以上，说明系统中悬浮物中无机沉淀物的形成主要是铁的硫化物结垢引起的，（但不除有少量三价铁离子的沉淀化合物）；乙醇-酸溶物中其他的物质（除可酸溶无机盐外）认为主要是油，微生物，水溶性盐。,现
10、场调查,9、系统中残余氧化剂分析,过滤器残余氧化剂的分析说明系统中不存在过剩的氧化剂，现场投加的除铁剂没有形成过剩。说明系统没有过剩氧化剂造成的腐蚀。,现场调查,10、现场水的腐蚀实验,静态挂片腐蚀 实验数据,注水井井口水的腐蚀性比沉降罐来水的腐蚀性要强，分析原因是注水井井口水由于细菌的繁殖，腐蚀性增强；按照NACE标准，腐蚀性接近严重腐蚀。动态腐蚀速率一般高于静态腐蚀速率。,现场调查,永宁污水调查总结,永宁污水含有一定量的二氧化碳，pH值在6.5左右，矿化度在5104mg/L左右，说明有酸性腐蚀与盐腐蚀，是系统存在腐蚀的一个原因，应考虑投加缓蚀剂控制腐蚀；系统中各个环节的氧含量测定说明普遍存
11、在曝氧，应考虑氧的腐蚀与对水质的影响；系统中各个环节的三价铁离子含量较高，证明了系统有曝氧，应考虑稳定三价铁离子，一方面防止氢氧化铁沉淀的产生，另一方面减少三价铁离子的生成；系统中各个环节的硫酸盐还原菌含量较高，井口水质中的硫化氢含量大幅增加，说明系统细菌繁殖比较严重，存在细菌腐蚀，应考虑杀菌；系统悬浮物含量高，沉淀物中无机盐以铁的化合物占主导，而且沉淀物为黑色，说明悬浮物增加的原因是铁的硫化物产生的。应考虑防止硫化铁沉淀的生成；沉降罐油含量较高，影响净化剂的颗粒聚集与沉降效果，污染滤罐中的滤料，应考虑如何提高沉降罐的破乳效果，降低沉降罐水质中的含油，使油含量达到500mg/L左右。除油罐进、
12、出口水质悬浮物含量变化小，说明净化效果差，应考虑提高净化处理效果。,现场调查,永宁污水处理工艺要解决的问题,首先解决沉降罐含油高的问题-破乳问题与供水稳定问题；污水显酸性，含二氧化碳，应考虑投加适应性强的缓蚀剂；由于无法解决曝氧问题，则必须考虑如何稳定二价铁离子与三价铁离子；对于氧化除铁应考虑如何提高氧化剂的除铁效果，降低二价铁离子含量，防止残余氧化剂对水质造成不利影响；控制系统细菌的生长与细菌腐蚀，减少硫化亚铁的生成；优选净水剂与净化工艺，提高净化效果。,室内研究,不同氧化剂的除铁效果评价实验,室内进行了双氧水，高锰酸钾，氯酸钠，二氧化氯，过硫酸铵，高铁酸钾的除铁实验，目的是通过氧化剂对二价
13、铁离子的去除效果优选能够有效氧化二价铁离子的氧化剂,蒸馏水中氧化剂的除铁效果实验,单一氧化剂除铁效果实验,了解各种氧化剂的除铁效果,除铁效果：高锰酸钾双氧水高铁酸钾，但高铁酸钾价格高，溶液不稳定，不适应现场使用,室内研究,不同氧化剂的除铁效果评价实验,复合氧化剂除铁效果实验,高锰酸钾与双氧水复合，除铁效果非常好，等量加入后，二价铁离子的去除率测试值达到了100%。,永宁污水中氧化剂除铁效果实验,高锰酸钾：双氧水1:5，除铁效果非常好，铁离子0.1mg/L,小 结,室内研究,不同氧化剂的除铁效果评价实验,实验筛选了适合永宁污水的高效除铁剂配方：1份KMnO4，5份H2O2，使用时先加KMnO4，
14、后加H2O2,不除铁水质对注水水质的影响,油井产出液由于腐蚀，含有一定量的亚铁离子，系统各个环节进行的水质调查反映不但含氧，而且细菌繁殖严重，达到了104个/mL以上,氧的存在可以逐渐的把Fe2+氧化成Fe3+，生成Fe3+的氢氧化物沉淀（如Fe(OH)3）；细菌的存在使水中硫酸根转化成硫离子，硫离子含量增加，导致铁的硫化物沉淀的生成（如FeS）。结果是：水质中悬浮物含量大幅增加，垢下细菌繁殖与垢下腐蚀严重，需清洗才能彻底解决。否则用药剂大且防腐与杀菌效果差；Fe2+氧化成Fe3+的存在还增加介质的腐蚀性。,室内研究,室内研究,不除铁水质对注水水质的影响,氧的渗入对含Fe2+污水的影响,污水浊
15、度增加，悬浮物含量增加,硫离子的增加对含Fe2+污水的影响,污水浊度增加，悬浮物含量增加,小 结,室内研究,不除铁水质对注水水质的影响,细菌繁殖对含Fe2+污水的影响,二价铁离子浓度增加，悬浮物含量增加,Fe2+对污水腐蚀性的影响,氧的渗入与细菌的繁殖会导致水质中悬浮物含量增加。二价铁离子会增加水质的腐蚀性与细菌繁殖。,二价铁离子浓度增加，腐蚀速率增加,室内研究,除铁水质对注水水质的影响,污水除铁方法：有沉淀法与氧化法。沉淀法除铁的方法：未采用。加碱除铁pH值需大于8.4才能完全沉淀Fe2+，可能与地层不配伍，污泥量大，增加二次处理费用与环境污染；加硫化钠，但硫离子的过剩给水质带来的不稳定性比
16、铁离子的危害更大。氧化法除铁的方法：国内普遍采用。永宁污水中的亚铁离子变化幅度在1-7mg/L。因此，不是剩余铁离子，就是剩余氧化剂。过量的氧化剂会增加系统的腐蚀，而且过量的氧化剂会将二价铁离子氧化成三价铁离子，使污水中悬浮物增加-铁离子的氢氧化物沉淀。,小 结,室内研究,除铁水质对注水水质的影响,氧化剂过量对水质的腐蚀性影响,氧化剂加入，腐蚀性增加10mg/L时，有点蚀,氧化剂过量对水质的悬浮物影响,氧化剂浓度增加，悬浮物含量增加,系统出现氧化剂过量是不可避免的，过量氧化剂除增加腐蚀外，还增加水质中悬浮物含量,小 结,室内研究,不除铁水质的稳定方法研究,氧的作用，硫化氢的作用导致产生铁的沉淀
17、物，必须稳定二价铁离子,防止产生硫化铁沉淀实验,含二价铁离子的污水中加入L1、L2络合剂后，加入一定量硫离子不产生沉淀，说明可以防止铁的硫化物沉淀生成。,防止氧的氧化沉淀实验,污水中加入L1、L2络合剂，可以防止铁的硫化物与氧化物沉淀生成,含二价铁离子的污水中加入L1L5络合剂后，空气中氧的渗透不产生沉淀，说明可以防止铁的氢氧化物沉淀生成。,小 结,室内研究,不除铁水质的稳定方法研究,氧化剂的作用，导致产生铁的氢氧化物沉淀生成,3、4号去除剂过量30%，可有效的去除残余氧化剂 0.5mg/L,防止氧的氧化沉淀实验,5、6共2种稳定剂可以防止氧化物沉淀的产生,残余氧化剂的去除实验,投加残余氧化剂
18、去除剂3、4号，稳定剂W1、W2，可以控制残余氧化剂引起的悬浮物增加,室内研究,净化处理剂适用性实验与工艺要求实验,无机净水剂的净化效果实验,有机净水剂的净化效果实验,聚合硫酸铁，聚合氯化铝铁效果好,阳离子聚丙烯酰胺非离子聚丙烯酰胺阴离子聚丙烯酰胺。效果不如无机净水剂,室内研究,以阴离子聚丙烯酰胺复合效果好,无机、有机净水剂复合的净化效果实验,室内研究,聚合硫酸铁聚合氯化铝铁，二者效果好,详细对比实验,室内研究,不同厂家净水剂的效果实验,聚合氯化铝铁中1号好,聚合硫酸铁中7号好,聚丙烯酰胺中11号好,有机聚合物分子量对净化效果的影响,分子量的增加，净化效果增加，但1600-2000万分子量的聚
19、丙烯酰胺效果增加幅度较小,室内研究,加药浓度的筛选实验,聚合氯化铝铁加量在100-125mg/L之间，聚合硫酸铁加量 在70-90mg/L之间，聚丙烯酰胺加量为1.5mg/L，完全达到要求。在此基础上加量增加效果不明显；量大反而使水的浊度增大。,室内研究,混合速度对净化的影响的实验,无机搅拌速度达到70-90r/min，即可保证好的效果 有机搅拌速度达到90r/min，即可保证好的效果 过大，过小效果显著下降,混合时间对净化的影响的实验,无机净水剂反应时间在3-5min 有机净水剂反应时间在1-2min,室内研究,永宁污水除铁净化与不除铁净化稳定性实验,除铁净化悬浮物含量低，浊度小，久置稳定；
20、不除铁净化的水质悬浮物含量高，浊度大，在放置的过程中，水色渐渐变白变浊，久置变差,室内研究,聚合氯化铝铁与聚合硫酸铁净化稳定性实验,聚合氯化铝铁净化的污水，硫离子去除少，放置中很快被氧化，水变浊。聚合硫酸铁净化的污水，硫离子去除多，初期变清，到16小时后因Fe2+的氧化开始变浊。说明聚合硫酸铁净化效果优于聚合氯化铝铁。,污水处理方案,方 案一、目前条件下现场污水处理工艺与设备改造要求,污水处理加药方案,污水处理方案,方 案一、目前条件下现场污水处理工艺与设备改造要求,1、沉降罐后加一定量的无机碱氢氧化钠，使污水的pH值提高到接近7；2、沉降罐后加两种氧化剂高锰酸钾与双氧水，比例为1:5，先加高
21、锰酸钾；3、沉降罐后加无机净水剂聚合硫酸铁/聚合氯化铝铁；5、除油罐前加有机净水剂；6、过滤罐前加水质稳定剂（去除残余氧化剂，稳定Fe2+与Fe3+，杀菌，缓蚀）；7、滤罐每天必须反冲洗，定期加滤料清洗剂（现场试验确定，一般是2-3天一次）；8、考虑到外输四号站管线污染，四号站滤前加助凝剂，储水罐前投加水质稳定剂；9、四号站过滤罐必须进行反冲洗与定期投加滤料清洗剂。滤料不及时清洗，会出现滤料板结，过滤效果差，同时细菌的繁殖相当严重，导致过滤后污水变差。10、为了减少外输管线中垢对处理后污水的影响（垢下腐蚀与细菌繁殖），必须进行管线清洗，清洗时要注意硫化氢泄露的防护。建议开展有关清洗技术研究。,
22、污水处理加药方案,污水处理方案,方 案一、目前条件下现场污水处理工艺与设备改造要求,系统必须进行的改造,A、沉降罐后分别，先加碱-加氧化剂加无机净水剂；B、除油罐前加有机净水剂，保证无机净水剂的反应时间达到2-3min；C、其他加药点按图中要求正常设置；D、所有大罐必须设计排污装置，定时排污，否则，运行效果无法保证；E、无机与有机净水剂、助滤剂加药之后设置静态混合器，提高药剂效果；F、原油破乳改造：产出液先进入1号沉降罐，从1号沉降罐提升到2号沉 降罐，在泵前设置破乳剂加药点。保证供液稳定与破乳效果。G、沉降罐后加提升泵，确保供水平稳，否则加药浓度与效果得不到保证；H、对所有的输水管线进行除垢
23、清洗，切记硫化氢泄露有可能导致人员伤亡，如果不清洗，结果是前功尽弃。建议开展有关清洗技术研究。,污水处理方案,方 案二、确保水质达标的流程改造,系统必须进行的改造,改造后的流程图,污水处理方案,方 案二、确保水质达标的流程改造,系统必须进行的改造,1）增加一个储液罐，储存产出液，输液基本稳定，加药均匀，效果好，节约成本；2）增加一个净化沉降罐，解决净化能力不足的问题，同时除油罐的停留时间使氧 化剂作用比较完全，提高了氧化剂的应用效果；3）增加烧结陶瓷过滤器，提高过滤效果，而且，该过滤器易清洗；4）大罐必须采取阴极极保护，因罐壁附着垢物，缓蚀剂基本无效。建议采用外加 电流阴极保护，保护周期长，保
24、护效果好且可监控。牺牲阳极保护则达不到；5）第一个加药点的目的是提高水的pH值，除铁净化；6）第二个加药点的目的是更好的净化与杀菌。减少氧化剂消耗有机净水剂；7）第三个加药点的目的是确保外输水稳定，防止铁垢生成，减缓腐蚀与细菌生长；8）第四个加药点的目的是净化由于管线污染增加的悬浮物；9）第五个加药点的目的是考虑到在四号站的储罐中水质储存时间较长，存在曝氧，需对水质进行稳定，防止细菌生长，Fe2+、Fe3+的沉淀物生成。,结 论,项目取得的研究成果,污水中含二氧化碳，说明存在酸性腐蚀有一定的矿化度，说明存在盐腐蚀系统各个环节含有氧，含较高的Fe3+，说明存在氧腐蚀与铁的氢氧化物垢 系统各个环节
25、细菌含量较高，说明存在较严重的细菌腐蚀与铁的硫化物垢 滤后水质悬浮物含量严重超标，是系统结垢的 一个主要原因,1、通过现场调查与室内实验，摸清了永宁污水腐蚀与结垢的原因,结 论,项目取得的研究成果,2、实验研究了除铁水质与不除铁水质的注入性与稳定性，反映：不除铁污水悬浮物增加的主要原因是氧的渗入与细菌繁殖；除铁水质主要是剩余氧化剂的腐蚀问题。但除铁水质比不除铁水质稳定3、筛选了高效除铁剂，以高锰酸钾与双氧水复合使用，除铁可达到100%4、筛选了无机净水剂与有机净水剂，以聚合硫酸铁与阴离子聚丙烯酰胺（分子量2000万）复合使用效果最佳，并提出了现场加药浓度范围5、对净化处理剂的混合速度、混合时间
26、对净化效果的影响进行了详细实验研究，提出了无机净水剂与有机净水剂的有效混合时间与混合速度,结 论,项目取得的研究成果,6、实验研究筛选了除铁水质稳定剂，能够有效的去除残余氧化剂，稳定三价铁离子，不产生铁的氢氧化物沉淀 7、实验研究筛选了不除铁水质稳定剂，能够有效的稳定二价铁离子，不被氧氧化，不产生铁的硫化物沉淀 8、实验研究筛选出水质稳定剂，具有缓蚀、杀菌、稳定水中铁离子，防止铁的氢 氧化物沉淀与硫化物沉淀，一剂多效，节约了加药设备的投资与维护费 9、提出了现有条件下的水处理防腐与防垢工艺流程10、提出了污水处理水质达标与稳定的处理工艺与流程改造,结 论,项目需要进一步完善与开展的研究工作,1、对现场进行进一步的调查与分析实验，验证现场影响腐蚀与结垢的因素和规律2、加碱对净化的影响，对除铁的影响，管线加药点附近局部结垢的可能，提高pH值对腐蚀的影响 3、采用动态的方法进一步评价水质的腐蚀性与药剂的缓蚀性 4、进一步评价筛选高效的杀菌剂 5、进行助滤剂的筛选评价 6、完善稳定铁离子，防止硫化铁、氢氧化铁沉淀的效果评价方法与处理剂的筛选,谢谢,各位专家,各位领导,
