油田洗井废水处理的投药控制研究

陈文兵，荣宏伟，吕炳南
（哈尔滨工业大学市政与环境工程学院，黑龙江 哈尔滨 150090）

　　摘要：在油田洗井废水处理及回用的过程中，利用了移动式处理装置。由于洗井废水水质复杂、变化范围大，一般的投药控制方法难以应用。通过对絮凝剂性能的研究及水质变化的统计分析，在处理过程中采用了分时段不同投药量的投药控制方法，可以满足处理要求，降低了药耗，具有实际应用价值。
　　关键词：油田注水井；洗井废水；废水处理；投药控制；污水回用
　　中图分类号：X74
　　文献标识码：A
　　文章编号：1009-2455(2001)03-0036-03

A Study of Dosage Control for Treatment of
Waste Water from Wash Water Injection Well in Oil Field
CHEN Wen-bing，RONG Hong-wei，LU Bing-nan
(School of Municipal & Environmental Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China)

　　Abstract:Portable treatment units were used in the the treatment and resue of the waste water from the wash water injection wells in oil fields．As the quality of the waste water from wash water injection wells is complicated and has a wide range of variation，it is difficult to use usual methods for the controlling of dosing．Based on the study of the performances of flocculents and the statisical analyses of the variation of the auality of the water，a method of using different dosage in different periods of time swa used for the control of dosage，which satisfied the reauirements for treatment，reduced the consumption of chemicals and is，therefore，practically applicable．
　　Key words:water injection well in oil field；waste water from wash water injection well；waste water treatment；dosage control；reuse of wastewater

1 问题的提出

　　我国油田现在大多采用注水开发方式生产。对注水井需定期进行清洗以清除井内沉积污物，从而产生了洗井废水。在小断块油田，由于油田断块较分散，一般不设洗井回水管线，通常将洗井废水直接排入井场附近的废水坑进行自然蒸发和渗透，或利用罐车收集进行集中处理。为此，我们与华北油田某采油厂合作进行了用于洗井废水实时处理、循环回用的车载移动式处理装置的研究开发工作，以解决油田生产中的实际问题。
　　华北油田洗井废水水质情况比较复杂，水温在35℃左右，PH值在7.5～8.0的范围内，洗井废水中的主要污染物质为悬浮固体和油类物质，水质浓度受多种因素影响，对于不同的注水井，在2～4h的洗并过程中油类物质和悬浮固体浓度变化从每升上百毫克到上万毫克。洗井用水主要水质要求为：浊度≤10NTU，油浓度≤30mg/L；洗井水量为30m³/h。移动式处理装置的工艺流程见图1：

　　在此工艺中各处理单元均为物理化学处理，因此进行合理的投药是强化处理工艺、保证处理效果的关键。为此我们进行了洗井废水处理的投药控制研究。

2 投药控制技术分析

　　在水处理中，应用效果较好的投药控制方法有水质数学模型混凝控制技术、流动电流混凝控制技术和絮凝检测控制技术。数学模型法是前馈控制方法，其建模周期长、检测仪表多且适应性较小^[1]；流动电流控制技术和絮凝检测控制技术均是前馈－后馈复合控制方法，比较先进。前者适用于以胶体电中和脱稳凝聚为主的混凝过程，易受有机物和油类物质的干扰，比较适合用于较清洁的水^[2]；后者是通过分析检测反映悬浮液中颗粒聚集状态及变化情况的透光相对脉动值R来进行投药控制，具有流过式在线控制特点，同时检测值不受电子元件漂移和透光壁面的沾污的影响，可应用于给水和污水处理，且在油田一般含油废水处理中得到了应用^[3]。
　　由于洗井废水出水水质变化快、变化范围大、不同的洗井废水出水水质差异较大，同时在洗井前无法预先得知水质情况，利用移动式处理装置进行处理无法对水质进行调节，这种水质特点及处理特点，使得无法采用流动电流或透光脉动絮凝检测等先进的在线检测投药控制技术，同时也无法得到精确的投药控制数学模型进行前馈投药控制。因此，要根据所选絮凝剂的性能及洗井废水水质变化特点确定适宜的投药控制方法。

3 絮凝剂性能分析

　　在洗井废水处理中我们选用了JSB-2絮凝剂。JSB-2絮凝剂是一种两性型水溶性聚电解质，在同一聚合物链上同时含有阳离子基团和阴离子基团，阳离子基因可以捕捉带负电荷的有机悬浮物，阴离子基团可以促进无机悬浮物的沉降。JSB-2絮凝剂适应pH值范围为3～12，投加JSB-2絮凝剂后所形成的絮体密实，沉降快速。
　　JSB-2絮凝剂在不同水质条件下的最佳投药量受多种因素的影响，主要与水质油浓度、悬浮固体浓度以及油类物质与悬浮固体之间的交互作用有很大关系，同时也受到污染物质成分变化的影响。通过进行不同水质情况下的单因素投药量实验，得出了最佳投药量与水质浓度综合指标的回归曲线，见图2。

　　图2的回归方程的表达式如下：
　　　　y=84ln(x)-512 （1）
　　式中：y－最佳投药量，mg/L；
　　　　　x－水质浓度综合指标，为水样油浓度与悬浮固体浓度之和，mg/L；
　　回归方程相关系数r为O.89，样本数n=16，r＞r_0.01，说明回归方程成立。
　　由公式（1）计算得知，y=0时，x=444，此计算结果是不符合实际的，根据实验结果确定公式（1）的适用范围为x≥804、y≥50。
　　在利用移动式处理装置对洗井废水进行处理及回用过程中进行投药，主要是为了破坏污染物质的胶体稳定性、降低水中油类物质的乳化性，从而充分发挥各处理单元的作用，缩短处理时间。从这一角度考虑，公式（1）有一定的实际应用价值，将据此来确定投药控制参数。

4 洗井废水水质变化统计分析结果

　　华北油田小断块油田注水井井内空间容积一般为15m³，洗井水量一般为30m³/h，每完成一次洗井循环，大约需要0.5h，从而使得出水水质变化呈现一定的规律。可将出水过程分为水质浓度增高时段、高含油高悬浮物时段、水质浓度降低时段以及洗并完成时段。洗井过程结束前1h为洗井完成时段，对于不同的注水井，水质浓度降低时段持续时间为0～2h。各出水时段水质变化统计分析结果见表1。
　　表1中水质指标为水质浓度综合指标，同公式（1）。表1中水质浓度增高时段、高含油高悬浮物时段和洗井完成时段的统计范围为所有进行过水质调查的洗井过程，水质浓度降低时段的统计范围为洗并持续4h的洗井过程。

　　从表1中的数据可以看出，对于不同的洗井废水，虽然出水水质差异较大，但各出水时段的水质特点较明显，可据此进行投药控制方式的确定。

5 投药控制方式的确定

　　根据洗井废水水质的时段变化特点，在洗井废水处理过程中采用了分时段、不同投药量的前馈控制方法，各时段的投药量根据各时段出水水质统计分析结果进行确定。利用流量变送仪的电信号控制压力投药管道上的阀门开启度，实施比例投加。
　　洗井过程以4h计，各时段投药量的确定见表2。

　　表2中前4个时段的计算投药量，以表1中水质浓度增高时段、高含油高悬浮物时段、水质浓度降低时段1和水质浓度降低时段2累积出现频率为80％时所对应的综合水质指标值，按公式（1）来进行计算，控制投药量从便于实际控制角度出发进行确定；第5时段的投药量，按洗井完成时段累积出现频率为80％时所对应的综合水质指标来进行确定，因此值超出公式（1）的适用范围，不进行计算，取控制投药量为50mg/L。
　　对于不同的注水井，井内污物沉积情况不同，洗井过程持续时间将不同。在实际运行操作中，确定投药控制调整方法为：在洗井1.0h以后，每隔20min，用油份浓度测定仪间歇测定洗井出水油浓度，用浊度仅测定出水浊度；当油浓度的测定值小于175mg/L（1/2的洗井完成时段累积出现频率为80％时所对应的综合水质指标值）时，将投药量直接调整为50mg/L；在处理2h后，当出水浊度小于10NTU、油浓度小于30mg/L时结束洗井过程。

6 结论

　　在利用移动式处理装置进行小断块油田注水井洗井废水处理过程中，采用自动与手动相结合的分时段不同投药量的前馈控制方法，同时在实际运行中根据出水水质变化情况进行调整。这种投药控制方法可以满足实际处理要求，具有实际应用价值。

参考文献：
　　[1]叶昌明．自控系统在城市净水厂的应用探讨[J]．中国给水排水，1995,(6)：26～29．
　　[2]崔福义，李圭白．流动电流混凝控制技术在我国的应用[J]．中国给水排水，1999,(7)：24－26．
　　[3]杨艳玲，李星，李圭白，等．油田含油污水混凝投药自控技术[J]．中国给水排水，1999,(7)：41－42．

作者简介：
　　陈文兵（1967－），男，哈尔滨工业大学市政与环境工程学院，博士生。