板框厢式隔膜压滤机
引言
元 坝 气 田 作 为 国 内 第 二 大 高 含 硫 气 田，气 藏 已 进入 开 发 中 期，气 井 产 水 特 征 表 现 日 益 明 显，加 大 了 污 水处 理 负 荷，增 加 了 污 泥 处 理 成 本，特别是高含硫污水处理 形 势 严 峻。目 前，污水处理工艺主要有沉淀法以及氧 化 法。沉淀法会在污泥中引入新的离子，造 成 二次 污 染；氧化法中的氧化剂选型又是制约产泥量的重要 因 素。因 此，有必要针对性地开展气田污水处理方式 及 污 泥 减 量 化 开 展 对 策 研 究。本 研 究 以 元 坝 气田 污 水 为 对 象，深入分析元坝气田污水种类，结 合 目 前污 水 处 理 技 术 难 点，以降低产泥量为出发点，分 别 针 对不 同 类 型 污 水 优 选 药 剂 配 方 与 反 应 条 件，优 化 药 剂 配比，得到含硫污水与批处理残液两种污水处理方式，并结 合 工 艺 手 段，优 选 压滤板框压滤机，合理配比普通污泥 与 含 油 污 泥，最大程度降低压滤后污泥含水率，达 到污 泥 减 量 化 效 果，以 期 降 低 污 泥 处 理 成 本，高 效 开 发 元坝 气 田。１元坝气田污水处理现状元 坝 气 田 污 水 种 类 主 要 包 括４种：返 排 残 酸、凝 析水、地 层 水 及 批 处 理 残 液。考 虑 到 元 坝 气 田 投 产 近５年，气井返排残酸阶段基本已经结束，气 井 产 水 以 凝 析水 或 地 层 水 为 主，两者均以含硫污水的形式通过地面集输系统进入污水处理站，同时随着地面集输管线缓蚀剂连续加注以及批处理作业，周 期 性 地 产 生 乳 状 油性 批 处 理 残 液，通过车拉的方式进入污水处理站单独进 行 处 理。因 此，含硫污水以及批处理残液已成为目前元坝气田污水处理的主要对象。
１．１含硫污水处理现状元坝气田含硫污水的主要水质分析。含 硫 污 水 除 硫 工 艺 采 用“汽 提＋氯 化 锌 沉 淀”方法，初期通过汽提塔汽提的方式初步降低含硫污水中硫化物质量浓度至５００～８００ｍｇ／Ｌ，减 轻 污 水 处 理 负荷，汽 提 前、后水质变化所 列。含硫污水经汽提初步降低硫含量后，在 混 凝 沉 降池 中 投 加 氯 化 锌 作 为 除 硫 剂，将 污 水 中Ｈ２Ｓ转 化 为 硫化 锌 沉 淀，通 过 絮 凝 沉 降 手 段，实 现 固 液 分 离，液 相 通过泵输或车拉方式回注地层或经低温蒸馏回收利用，固 相 污 泥（以 下 统 称“普 通 污 泥”）经压滤后作为危废处理，其 反 应 原 理 如 式（I）：Ｈ２Ｓ（溶 液）＋ＺｎＣｌ２→ＺｎＳ↓＋ＨＣｌ（溶 液）（I）但 是，实 际 运 行 过 程 中，利 用 氯 化 锌 作 为 除 硫 剂，产 生 污 泥 量 较 大，主要表现为吨水产泥量较高，且 污 泥含 水 率 较 高，增 加 污 泥 处 理 成 本，同时将二价锌离子带入 污 泥 中，容 易 引 起 二 次 污 染。
１．２批处理残液处理现状元坝气田集输管线批处理作业频繁，呈 现 出 周 期性，批处理残液每月近１００ｍ３。目 前，采 取 先 沉 淀 的 方式，实现残液固液初步分离，上 部 液 相 作 为 含 硫 污 水 处理，下 部“批 处 理 油 泥”通 过 与“普 通 污 泥”一 定 体 积 比例 混 合 压 滤。但是在实施过程中，由 于 批 处 理 残 液 中，通 过 沉 淀 的 方 式 仅 能 保 证 总 体 积２０％～３０％水 相 分离，剩 余７０％～８０％均 为“批 处 理 油 泥”，且 含 水 率 较高，黏 度 较 大。同 时，“普 通 污 泥”量 有 限，无 法 达 到 充分 的 混 合，压 滤 工 艺 无 法 有 效 实 施，同体积混合 压 滤 后污泥含水率达到６５％，增加处理成本。
２元坝气田污泥减量对策研究
２．１含硫污水处理优化含 硫 污 水 处 理 后，形 成 上 部 清 液 以 及 下 部 污 泥 两部 分，为了保证含硫污水处理后有较低的产泥量，需 要在 污 水 处 理 环 节 开 展 药 剂 选 型 优 化、药剂用量优化及反 应 条 件 优 化，得到含水率较低的下部污泥，为 后 续 污泥 进 一 步 减 量 化 创 造 条 件。
２．１．１除 硫 剂 选 型 优 化为 了 避 免 二 次 污 染 风 险，优先考虑从优选药剂出发，将“沉 淀 型”除 硫 剂 更 换 为“氧 化 型”除 硫 剂。分 别选 择 臭 氧、次 氯 酸 钠、双 氧 水、高锰酸钾以及三氯异晴尿 酸 等５种强氧化剂与汽提后污水做氧化脱硫实验。取 实 验 标 准 用 量 气 田 水（体 积１００ｍＬ，硫 化 物 质 量 浓度６６４ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值 为６．５，悬浮物质量浓度３８２ｍｇ／Ｌ），分 别 与 以 上５种 氧 化 剂 反 应２０ｍｉｎ，并 调 节ｐＨ值 至６～８，加 入１０％（ｗ）ＰＡＣ与０．２％（ｗ）ＰＡＭ，投 加 比 例 分 别 为２ｍＬ／Ｌ与１ｍＬ／Ｌ，搅 拌１ｍｉｎ，絮 凝沉 淀５ｍｉｎ。测 定 处 理 后 水 中 悬 浮 物 以 及Ｓ２－含 量。采 用 氯 化 锌、臭 氧、双 氧 水 以 及三 氯 异 晴 尿 酸 能 够 大 幅 度 降 低 含 硫 污 水 中Ｈ２Ｓ含 量，去 除 率 达 到９６．５％以 上，但 从 污 泥 产 生 量 上 来 看，沉淀 型 除 硫 剂 氯 化 锌 产 生 污 泥 量 较 大，氧化型除硫剂产泥 量 较 小，且 三 氯 异 晴 尿 酸 产 泥 量 最 少，从 成 本 以 及 制取 工 艺 来 讲，三氯异晴尿酸以及臭氧不适合作为除硫剂；从絮凝沉降后悬浮物以及水质外观来讲，沉 淀 型 除硫剂对悬浮物的去除率更高，氧化型除硫剂无法保证较高的悬浮物去除率，这是因为沉淀型除硫剂自身二价金属离子对絮凝起到一定的积极作用。为了进一步提高除硫效果，降 低 污 泥 量，考 虑 采 取氧 化 除 硫＋沉淀除硫相结合的方式。因 此，将 选 择 等量不同类型氧化剂与沉淀型除硫剂混合，进 行 污 水 除硫 方 式 的 进 一 步 摸 索。取实验标准用量气田水，分 别加 入 双 氧 水、双 氧 水（过 量）＋氯 化 锌、氯 化 锌 反 应２０ｍｉｎ，并 调 节ｐＨ值 至６～８，加 入１０％（ｗ）ＰＡＣ与０．２％（ｗ）ＰＡＭ，投 加 比 例 分 别 为２ｍＬ／Ｌ与１ｍＬ／Ｌ，搅 拌１ｍｉｎ，絮 凝 沉 淀５ｍｉｎ，测定处理后水中悬浮物以 及Ｓ２－含 量。根据以上实验结果，结 合 目 前 污 水 处 理 工 艺，综 合考 虑 除 硫 效 果、产 泥 量 以 及 悬 浮 物 去 除 率，可 以 采 取 双氧 水 氧 化 预 除 硫＋氯化锌沉淀除硫相结合的方式，降低 硫 化 物 含 量，保 证 悬 浮 物 去 除 率 更 高。
２．１．２药剂加注量及反应条件优化为了选择合理反应条件，优 化 药 剂 加 注 量，取 实 验标 准 用 量 气 田 水，分 别 加 入 质 量 浓 度 为２７．５％的 双 氧２ｍＬ、４ｍＬ、５ｍＬ、６ｍＬ以 及７ｍＬ，调 整ｐＨ值 至７～８，分析不同反应时间条件下上清液硫化物含量，绘制 不 同 双 氧 水 加 注 量 条 件 下，脱硫率随时间变化的关系 曲 线，如 图２所 示。同 时，待 反 应 稳 定 以 后，重 新 调整ｐＨ值 至６～８，以 投 加 比 例２ｍＬ／Ｌ、１ｍＬ／Ｌ加 入１０％（ｗ）ＰＡＣ与０．２％（ｗ）ＰＡＭ，搅 拌１ｍｉｎ，絮 凝 沉降 一 定 时 间 后 观 察 沉 降 效 果。可 知，硫化物的去除率受双氧水加注量以及 反 应 时 间 的 影 响 较 大。随 着 反 应 时 间 的 增 加，脱 硫率逐 渐 增 大，在 反 应１２ｍｉｎ以 后 基 本 趋 于 稳 定。为 保证 单 位 时 间 内 水 处 理 量 最 大 化 以 及 反 应 完 全，确 定 最佳 反 应 时 间 为１５ｍｉｎ。根 据 实 验 现 象 来 看，单纯使用双氧水作为脱硫剂，由 于 双 氧 水 能 够 自 动 分 解 为 氧 气，导致整个絮凝沉降的 效 果 不 佳，大 量 的 悬 浮 物 悬 浮 在 水 体 中，且 过 量 加 注双 氧 水 还 会 导 致 污 泥 上 浮。因 此，采用双氧水氧化预除硫＋氯化锌沉淀除硫以及絮凝沉降手段进一步开展实验 验 证，探索最佳药剂加注量。取 实 验 标 准 用 量 气田 水，制 得５份 样 品，设 计 表５所 列 实 验 方 案，并 调 节ｐＨ值７～８，以 投 加 比 例２ｍＬ／Ｌ、１ｍＬ／Ｌ加 入１０％（ｗ）ＰＡＣ与０．２％（ｗ）ＰＡＭ，搅 拌１ｍｉｎ，絮 凝 沉 降５ｍｉｎ后 观 察 沉 降 效 果。
２．２批处理残液处理优化结 合 元 坝 气 田 集 输 工 艺 特 征，批 处 理 残 液 的 主 要成 分 为 老 化 油、油 基 类 缓 蚀 剂、地 层 返 排 物 以 及 硫 单 质等，其 构 成 复 杂，形成了油包水的悬浮乳状体系，水 在内 部，油 泥 在 外 部，普通方法破乳效果较差，直 接 压 滤无 法 实 施。因 此，需 要 优 选 破 乳 剂，实 现 水 和 油 泥 分离，降 低 压 滤 难 度。
２．２．１破 乳 剂 优 选为了实现将油泥中水剥离的目的，先 后 采 用 强 酸、强 碱 进 行 破 乳，将 强 酸、强 碱 与 油 泥 以 相 同 的 比 例 混合，搅 拌，反应初期较为剧烈，部 分 油 类 物 质 发 生 反 应。但 是，油泥整体破乳效果较差，没 有 实 现 油 泥 与 水 分离，仅 剪 切 力 相 对 降 低，油 泥 内 部 结 构 未 发 生 实 质性 变 化，通 过 分 析 油 泥 的 成 分，气田水乳化物在乳化剂作用 下，形 成 了 界 面 膜，在 膜 表 面，水 相 稳 定 分 散 在 油 相中，破 乳 的 过 程 即 为 破 坏 该 界 面 膜，实 现 油、水、泥 再 次分 离 的 过 程。因 此，为 了 提 高 破 乳 效 果，破 乳 剂 应 该 具有 亲 水 性，羟 基（－ＯＨ）中的氧原子电负性较强，且 孤对 电 子 易 与 水 分 子 形 成 稳 定 的 氢 键，考 虑 到 羟 基（－ＯＨ）特 殊 结 构，并 且 破 乳 剂 必 须 在 与 油、水 互 溶 的低 毒 有 机 物 中 选 择，同时小分子更加容易吸附重新形成 小 液 滴，且 布 朗 运 动 明 显，增加了液滴之间的有效碰撞 概 率，破 乳 效 果 更 好。通 过 筛 选，小 分 子 复 合 破 乳 剂ＥＥＡ满 足 以 上 条件，设 定 如 下 实 验，将ＥＥＡ与 油 泥 按 体 积 比１∶１混合，通 过 搅 拌、静 置 及 过 滤 后，观察其破乳效果。从 实 验 结 果（见 表６）可 以 看 出，采 用 小 分 子 复 合破 乳 剂ＥＥＡ作 为 破 乳 剂，成功实现了油泥的油、水、泥 三 相 自 然 沉 降 和 分 离，底部沉降的固相体积小于油泥 初 始 体 积 的１／２，达 到 压 滤 条 件。通 过 中 试 实 验，处理 油 泥６００Ｌ，使 用ＥＥＡ共 计４００Ｌ，破 乳 澄 清 后，底部 油 泥５～８ｃｍ，约１００Ｌ破 乳 后 的 油 泥，８０％以 上 油泥 被 破 乳，实 现 油、水、泥 三 相 分 离。
２．２．２药 剂 配 比 优 化通 过 对 比，说明碱性环境更有利于破乳。为 了 降低 药 剂 使 用 成 本，寻找最佳的反应条件以及药剂用量，分别设计不同碱液浓度条件下，复 合 破 乳 剂ＥＥＡ、水以 及 油 泥 不 同 配 比 的 破 乳 效 果，如 表７所 列。由 表７可 以 得 到，在 碱 性 环 境 中，使用复合破乳剂ＥＥＡ与 水 的 最 佳 体 积 比 为１∶１，反 应 环 境ｐＨ值 应 保持 为９～１０，能够保证最大的油泥处理体积为同等药剂 的 体 积。为了更进一步优化加碱量以及反应时间，采 取 复 合 破 乳 剂 与 水 的 体 积 比 为１∶１，药 剂 与 油 泥 的体 积 比 为１∶１，研 究 不 同 的 反 应 环 境 与 加 碱 量 对 实 验效 果 的 影 响。
２．３污 泥 压 滤 工 艺 优 化含硫污水以及批处理残液经药剂预处理以及破乳处理 后，均 会 产 生 大 量 的 沉 淀 物。经过污水处理站脱硫 处 理 后 的 沉 淀 物 由 硫 化 物、药剂以及悬浮杂质组成，其 中 包 含 钡、锶 等 重 金 属，对环境存在较大的威胁。因此，为 了 达 到 对 污 泥 无 害 化 处 理，采用的污泥处理工艺流 程 为：污 泥→浓 缩→药 剂 絮 凝→机 械 脱 水→无 害 化处 理。但 由 于 污 泥 主 要 成 分 为 硫 化 锌 沉 淀，易 吸 附 水分 子，普 通 叠 螺 机 无 法 满 足 工 艺 要 求，且压滤后含水率超 过７０％，总 的 污 泥 产 量 仍 较 高。为 了 摸 索 不 同 除 硫 剂、不同压滤设备以及不同压滤 工 艺 条 件 下 的“普 通 污 泥”压 滤 效 果，分 别 测 试 板 框式 压 滤 机 单 独 压 滤、叠 螺 机 单 独 压 滤、特种压榨设备以及 叠 螺 机 初 次 压 滤＋特种压榨设备二次压滤后的污泥含 水 率，结 果 如 表８所 列。
根据不同压滤设备以及压滤条件中试实验结果对比，虽然采用板框式压滤工艺与采用叠螺式压滤机初次 压 滤＋特 种 压 榨 设 备 二 次 压 榨 工 艺 对“普 通 污 泥”处理 效 果 较 为 接 近，但是考虑元坝气田生产实际以及“含油 污 泥”处 理 现 状，“普 通 污 泥”均采用板框式压滤机单独 压 滤 方 式。对 于“含 油 污 泥”的 处 理 方 式，根 据 前 期实 验 结 果，将 采 用 优 化“普 通 污 泥”与“含 油 污 泥”比 例，联 合 压 滤 方 式 开 展。
元 坝２９污水处理站使用板框污泥压滤机进行压滤后污泥含水率平均值为５２％～５３％，大 坪 污 水 处 理站压滤后污泥平均含水率为４８％，与 中 试 实 验 效 果 一致。但 元 坝２９污水处理站污泥中含有油性污泥，压 滤过程中容易沾粘滤布，堵 塞 滤 布，增 加 滤 布 清 洗 频 率。
４结 论（１）元 坝 气 田 污 水 种 类 包 含４种，即 返 排 残 酸、凝析水、地 层 水 以 及 批 处 理 残 液。污泥来源主要包括含硫污水处理后产生的普通污泥以及批处理残液处理后产 生 的 含 油 污 泥。（２）通 过 小 试 与 中 试 试 验 研 究，含 硫 污 水 采 用 汽提 初 步 脱 硫，双 氧 水＋氯 化 锌 深 度 脱 硫，脱 硫 率 达 到９６．５％以 上，最 佳 反 应 时 间 为１５ｍｉｎ，优 选 板 框 式 压滤 机 压 滤“普 通 污 泥”，含 水 率 可 达 到５０％以 下。（３）优 选 出 的 复 合 破 乳 剂ＥＥＡ与 水 以 体 积 比１∶１混 合 后，在 加 碱 量 为１．５％，ｐＨ值 为１０～１１的 条件 下，完 全 反 应２０ｍｉｎ，破乳剂对同比例油泥能够达到 较 好 的 破 乳 效 果，且“含 油 污 泥”与“普 通 污 泥”在 混合 比 例 小 于１∶２，压 滤 时 间 大 于７．５ｈ，泵 压 大 于０．４６ＭＰａ条 件 下，能 够 实 现 压 滤 后 含 水 率 为５０％～５５％。（４）现 场 跟 踪 表 明，污泥压滤效果与中试效果基本 保 持 一 致，仅 油 泥 压 滤 过 程 中，容 易 堵 塞 滤 布，清 洗频 次 需 进 一 步 提 高。
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