引言

元 壩 氣 田 作 為 國(guó) 內(nèi) 第 二 大 高 含 硫 氣 田，氣 藏 已 進(jìn)入 開(kāi) 發(fā) 中 期，氣 井 產(chǎn) 水 特 征 表 現(xiàn) 日 益 明 顯，加 大 了 污 水處 理 負(fù) 荷，增 加 了 污 泥 處 理 成 本，特別是高含硫污水處理 形 勢(shì) 嚴(yán) 峻。目 前，污水處理工藝主要有沉淀法以及氧 化 法。沉淀法會(huì)在污泥中引入新的離子，造 成 二次 污 染；氧化法中的氧化劑選型又是制約產(chǎn)泥量的重要 因 素。因 此，有必要針對(duì)性地開(kāi)展氣田污水處理方式 及 污 泥 減 量 化 開(kāi) 展 對(duì) 策 研 究。本 研 究 以 元 壩 氣田 污 水 為 對(duì) 象，深入分析元壩氣田污水種類，結(jié) 合 目 前污 水 處 理 技 術(shù) 難 點(diǎn)，以降低產(chǎn)泥量為出發(fā)點(diǎn)，分 別 針 對(duì)不 同 類 型 污 水 優(yōu) 選 藥 劑 配 方 與 反 應(yīng) 條 件，優(yōu) 化 藥 劑 配比，得到含硫污水與批處理殘液兩種污水處理方式，并結(jié) 合 工 藝 手 段，優(yōu) 選 壓濾板框壓濾機(jī)，合理配比普通污泥 與 含 油 污 泥，最大程度降低壓濾后污泥含水率，達(dá) 到污 泥 減 量 化 效 果，以 期 降 低 污 泥 處 理 成 本，高 效 開(kāi) 發(fā) 元壩 氣 田。１元壩氣田污水處理現(xiàn)狀元 壩 氣 田 污 水 種 類 主 要 包 括４種：返 排 殘 酸、凝 析水、地 層 水 及 批 處 理 殘 液。考 慮 到 元 壩 氣 田 投 產(chǎn) 近５年，氣井返排殘酸階段基本已經(jīng)結(jié)束，氣 井 產(chǎn) 水 以 凝 析水 或 地 層 水 為 主，兩者均以含硫污水的形式通過(guò)地面集輸系統(tǒng)進(jìn)入污水處理站，同時(shí)隨著地面集輸管線緩蝕劑連續(xù)加注以及批處理作業(yè)，周 期 性 地 產(chǎn) 生 乳 狀 油性 批 處 理 殘 液，通過(guò)車?yán)姆绞竭M(jìn)入污水處理站單獨(dú)進(jìn) 行 處 理。因 此，含硫污水以及批處理殘液已成為目前元壩氣田污水處理的主要對(duì)象。

１．１含硫污水處理現(xiàn)狀元壩氣田含硫污水的主要水質(zhì)分析。含 硫 污 水 除 硫 工 藝 采 用“汽 提＋氯 化 鋅 沉 淀”方法，初期通過(guò)汽提塔汽提的方式初步降低含硫污水中硫化物質(zhì)量濃度至５００～８００ｍｇ／Ｌ，減 輕 污 水 處 理 負(fù)荷，汽 提 前、后水質(zhì)變化所 列。含硫污水經(jīng)汽提初步降低硫含量后，在 混 凝 沉 降池 中 投 加 氯 化 鋅 作 為 除 硫 劑，將 污 水 中Ｈ２Ｓ轉(zhuǎn) 化 為 硫化 鋅 沉 淀，通 過(guò) 絮 凝 沉 降 手 段，實(shí) 現(xiàn) 固 液 分 離，液 相 通過(guò)泵輸或車?yán)绞交刈⒌貙踊蚪?jīng)低溫蒸餾回收利用，固 相 污 泥（以 下 統(tǒng) 稱“普 通 污 泥”）經(jīng)壓濾后作為危廢處理，其 反 應(yīng) 原 理 如 式（I）：Ｈ２Ｓ（溶 液）＋ＺｎＣｌ２→ＺｎＳ↓＋ＨＣｌ（溶 液）（I）但 是，實(shí) 際 運(yùn) 行 過(guò) 程 中，利 用 氯 化 鋅 作 為 除 硫 劑，產(chǎn) 生 污 泥 量 較 大，主要表現(xiàn)為噸水產(chǎn)泥量較高，且 污 泥含 水 率 較 高，增 加 污 泥 處 理 成 本，同時(shí)將二價(jià)鋅離子帶入 污 泥 中，容 易 引 起 二 次 污 染。

１．２批處理殘液處理現(xiàn)狀元壩氣田集輸管線批處理作業(yè)頻繁，呈 現(xiàn) 出 周 期性，批處理殘液每月近１００ｍ３。目 前，采 取 先 沉 淀 的 方式，實(shí)現(xiàn)殘液固液初步分離，上 部 液 相 作 為 含 硫 污 水 處理，下 部“批 處 理 油 泥”通 過(guò) 與“普 通 污 泥”一 定 體 積 比例 混 合 壓 濾。但是在實(shí)施過(guò)程中，由 于 批 處 理 殘 液 中，通 過(guò) 沉 淀 的 方 式 僅 能 保 證 總 體 積２０％～３０％水 相 分離，剩 余７０％～８０％均 為“批 處 理 油 泥”，且 含 水 率 較高，黏 度 較 大。同 時(shí)，“普 通 污 泥”量 有 限，無(wú) 法 達(dá) 到 充分 的 混 合，壓 濾 工 藝 無(wú) 法 有 效 實(shí) 施，同體積混合 壓 濾 后污泥含水率達(dá)到６５％，增加處理成本。

２元壩氣田污泥減量對(duì)策研究

２．１含硫污水處理優(yōu)化含 硫 污 水 處 理 后，形 成 上 部 清 液 以 及 下 部 污 泥 兩部 分，為了保證含硫污水處理后有較低的產(chǎn)泥量，需 要在 污 水 處 理 環(huán) 節(jié) 開(kāi) 展 藥 劑 選 型 優(yōu) 化、藥劑用量?jī)?yōu)化及反 應(yīng) 條 件 優(yōu) 化，得到含水率較低的下部污泥，為 后 續(xù) 污泥 進(jìn) 一 步 減 量 化 創(chuàng) 造 條 件。

２．１．１除 硫 劑 選 型 優(yōu) 化為 了 避 免 二 次 污 染 風(fēng) 險(xiǎn)，優(yōu)先考慮從優(yōu)選藥劑出發(fā)，將“沉 淀 型”除 硫 劑 更 換 為“氧 化 型”除 硫 劑。分 別選 擇 臭 氧、次 氯 酸 鈉、雙 氧 水、高錳酸鉀以及三氯異晴尿 酸 等５種強(qiáng)氧化劑與汽提后污水做氧化脫硫?qū)嶒?yàn)。取 實(shí) 驗(yàn) 標(biāo) 準(zhǔn) 用 量 氣 田 水（體 積１００ｍＬ，硫 化 物 質(zhì) 量 濃度６６４ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值 為６．５，懸浮物質(zhì)量濃度３８２ｍｇ／Ｌ），分 別 與 以 上５種 氧 化 劑 反 應(yīng)２０ｍｉｎ，并 調(diào) 節(jié)ｐＨ值 至６～８，加 入１０％（ｗ）ＰＡＣ與０．２％（ｗ）ＰＡＭ，投 加 比 例 分 別 為２ｍＬ／Ｌ與１ｍＬ／Ｌ，攪 拌１ｍｉｎ，絮 凝沉 淀５ｍｉｎ。測(cè) 定 處 理 后 水 中 懸 浮 物 以 及Ｓ２－含 量。采 用 氯 化 鋅、臭 氧、雙 氧 水 以 及三 氯 異 晴 尿 酸 能 夠 大 幅 度 降 低 含 硫 污 水 中Ｈ２Ｓ含 量，去 除 率 達(dá) 到９６．５％以 上，但 從 污 泥 產(chǎn) 生 量 上 來(lái) 看，沉淀 型 除 硫 劑 氯 化 鋅 產(chǎn) 生 污 泥 量 較 大，氧化型除硫劑產(chǎn)泥 量 較 小，且 三 氯 異 晴 尿 酸 產(chǎn) 泥 量 最 少，從 成 本 以 及 制取 工 藝 來(lái) 講，三氯異晴尿酸以及臭氧不適合作為除硫劑；從絮凝沉降后懸浮物以及水質(zhì)外觀來(lái)講，沉 淀 型 除硫劑對(duì)懸浮物的去除率更高，氧化型除硫劑無(wú)法保證較高的懸浮物去除率，這是因?yàn)槌恋硇统騽┳陨矶r(jià)金屬離子對(duì)絮凝起到一定的積極作用。為了進(jìn)一步提高除硫效果，降 低 污 泥 量，考 慮 采 取氧 化 除 硫＋沉淀除硫相結(jié)合的方式。因 此，將 選 擇 等量不同類型氧化劑與沉淀型除硫劑混合，進(jìn) 行 污 水 除硫 方 式 的 進(jìn) 一 步 摸 索。取實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)用量氣田水，分 別加 入 雙 氧 水、雙 氧 水（過(guò) 量）＋氯 化 鋅、氯 化 鋅 反 應(yīng)２０ｍｉｎ，并 調(diào) 節(jié)ｐＨ值 至６～８，加 入１０％（ｗ）ＰＡＣ與０．２％（ｗ）ＰＡＭ，投 加 比 例 分 別 為２ｍＬ／Ｌ與１ｍＬ／Ｌ，攪 拌１ｍｉｎ，絮 凝 沉 淀５ｍｉｎ，測(cè)定處理后水中懸浮物以 及Ｓ２－含 量。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié) 合 目 前 污 水 處 理 工 藝，綜 合考 慮 除 硫 效 果、產(chǎn) 泥 量 以 及 懸 浮 物 去 除 率，可 以 采 取 雙氧 水 氧 化 預(yù) 除 硫＋氯化鋅沉淀除硫相結(jié)合的方式，降低 硫 化 物 含 量，保 證 懸 浮 物 去 除 率 更 高。

２．１．２藥劑加注量及反應(yīng)條件優(yōu)化為了選擇合理反應(yīng)條件，優(yōu) 化 藥 劑 加 注 量，取 實(shí) 驗(yàn)標(biāo) 準(zhǔn) 用 量 氣 田 水，分 別 加 入 質(zhì) 量 濃 度 為２７．５％的 雙 氧２ｍＬ、４ｍＬ、５ｍＬ、６ｍＬ以 及７ｍＬ，調(diào) 整ｐＨ值 至７～８，分析不同反應(yīng)時(shí)間條件下上清液硫化物含量，繪制 不 同 雙 氧 水 加 注 量 條 件 下，脫硫率隨時(shí)間變化的關(guān)系 曲 線，如 圖２所 示。同 時(shí)，待 反 應(yīng) 穩(wěn) 定 以 后，重 新 調(diào)整ｐＨ值 至６～８，以 投 加 比 例２ｍＬ／Ｌ、１ｍＬ／Ｌ加 入１０％（ｗ）ＰＡＣ與０．２％（ｗ）ＰＡＭ，攪 拌１ｍｉｎ，絮 凝 沉降 一 定 時(shí) 間 后 觀 察 沉 降 效 果。可 知，硫化物的去除率受雙氧水加注量以及 反 應(yīng) 時(shí) 間 的 影 響 較 大。隨 著 反 應(yīng) 時(shí) 間 的 增 加，脫 硫率逐 漸 增 大，在 反 應(yīng)１２ｍｉｎ以 后 基 本 趨 于 穩(wěn) 定。為 保證 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 水 處 理 量 最 大 化 以 及 反 應(yīng) 完 全，確 定 最佳 反 應(yīng) 時(shí) 間 為１５ｍｉｎ。根 據(jù) 實(shí) 驗(yàn) 現(xiàn) 象 來(lái) 看，單純使用雙氧水作為脫硫劑，由 于 雙 氧 水 能 夠 自 動(dòng) 分 解 為 氧 氣，導(dǎo)致整個(gè)絮凝沉降的 效 果 不 佳，大 量 的 懸 浮 物 懸 浮 在 水 體 中，且 過(guò) 量 加 注雙 氧 水 還 會(huì) 導(dǎo) 致 污 泥 上 浮。因 此，采用雙氧水氧化預(yù)除硫＋氯化鋅沉淀除硫以及絮凝沉降手段進(jìn)一步開(kāi)展實(shí)驗(yàn) 驗(yàn) 證，探索最佳藥劑加注量。取 實(shí) 驗(yàn) 標(biāo) 準(zhǔn) 用 量 氣田 水，制 得５份 樣 品，設(shè) 計(jì) 表５所 列 實(shí) 驗(yàn) 方 案，并 調(diào) 節(jié)ｐＨ值７～８，以 投 加 比 例２ｍＬ／Ｌ、１ｍＬ／Ｌ加 入１０％（ｗ）ＰＡＣ與０．２％（ｗ）ＰＡＭ，攪 拌１ｍｉｎ，絮 凝 沉 降５ｍｉｎ后 觀 察 沉 降 效 果。

２．２批處理殘液處理優(yōu)化結(jié) 合 元 壩 氣 田 集 輸 工 藝 特 征，批 處 理 殘 液 的 主 要成 分 為 老 化 油、油 基 類 緩 蝕 劑、地 層 返 排 物 以 及 硫 單 質(zhì)等，其 構(gòu) 成 復(fù) 雜，形成了油包水的懸浮乳狀體系，水 在內(nèi) 部，油 泥 在 外 部，普通方法破乳效果較差，直 接 壓 濾無(wú) 法 實(shí) 施。因 此，需 要 優(yōu) 選 破 乳 劑，實(shí) 現(xiàn) 水 和 油 泥 分離，降 低 壓 濾 難 度。

２．２．１破 乳 劑 優(yōu) 選為了實(shí)現(xiàn)將油泥中水剝離的目的，先 后 采 用 強(qiáng) 酸、強(qiáng) 堿 進(jìn) 行 破 乳，將 強(qiáng) 酸、強(qiáng) 堿 與 油 泥 以 相 同 的 比 例 混合，攪 拌，反應(yīng)初期較為劇烈，部 分 油 類 物 質(zhì) 發(fā) 生 反 應(yīng)。但 是，油泥整體破乳效果較差，沒(méi) 有 實(shí) 現(xiàn) 油 泥 與 水 分離，僅 剪 切 力 相 對(duì) 降 低，油 泥 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 未 發(fā) 生 實(shí) 質(zhì)性 變 化，通 過(guò) 分 析 油 泥 的 成 分，氣田水乳化物在乳化劑作用 下，形 成 了 界 面 膜，在 膜 表 面，水 相 穩(wěn) 定 分 散 在 油 相中，破 乳 的 過(guò) 程 即 為 破 壞 該 界 面 膜，實(shí) 現(xiàn) 油、水、泥 再 次分 離 的 過(guò) 程。因 此，為 了 提 高 破 乳 效 果，破 乳 劑 應(yīng) 該 具有 親 水 性，羥 基（－ＯＨ）中的氧原子電負(fù)性較強(qiáng)，且 孤對(duì) 電 子 易 與 水 分 子 形 成 穩(wěn) 定 的 氫 鍵，考 慮 到 羥 基（－ＯＨ）特 殊 結(jié) 構(gòu)，并 且 破 乳 劑 必 須 在 與 油、水 互 溶 的低 毒 有 機(jī) 物 中 選 擇，同時(shí)小分子更加容易吸附重新形成 小 液 滴，且 布 朗 運(yùn) 動(dòng) 明 顯，增加了液滴之間的有效碰撞 概 率，破 乳 效 果 更 好。通 過(guò) 篩 選，小 分 子 復(fù) 合 破 乳 劑ＥＥＡ滿 足 以 上 條件，設(shè) 定 如 下 實(shí) 驗(yàn)，將ＥＥＡ與 油 泥 按 體 積 比１∶１混合，通 過(guò) 攪 拌、靜 置 及 過(guò) 濾 后，觀察其破乳效果。從 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果（見(jiàn) 表６）可 以 看 出，采 用 小 分 子 復(fù) 合破 乳 劑ＥＥＡ作 為 破 乳 劑，成功實(shí)現(xiàn)了油泥的油、水、泥 三 相 自 然 沉 降 和 分 離，底部沉降的固相體積小于油泥 初 始 體 積 的１／２，達(dá) 到 壓 濾 條 件。通 過(guò) 中 試 實(shí) 驗(yàn)，處理 油 泥６００Ｌ，使 用ＥＥＡ共 計(jì)４００Ｌ，破 乳 澄 清 后，底部 油 泥５～８ｃｍ，約１００Ｌ破 乳 后 的 油 泥，８０％以 上 油泥 被 破 乳，實(shí) 現(xiàn) 油、水、泥 三 相 分 離。

２．２．２藥 劑 配 比 優(yōu) 化通 過(guò) 對(duì) 比，說(shuō)明堿性環(huán)境更有利于破乳。為 了 降低 藥 劑 使 用 成 本，尋找最佳的反應(yīng)條件以及藥劑用量，分別設(shè)計(jì)不同堿液濃度條件下，復(fù) 合 破 乳 劑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 堿 性 環(huán) 境 中，使用復(fù)合破乳劑ＥＥＡ與 水 的 最 佳 體 積 比 為１∶１，反 應(yīng) 環(huán) 境ｐＨ值 應(yīng) 保持 為９～１０，能夠保證最大的油泥處理體積為同等藥劑 的 體 積。為了更進(jìn)一步優(yōu)化加堿量以及反應(yīng)時(shí)間，采 取 復(fù) 合 破 乳 劑 與 水 的 體 積 比 為１∶１，藥 劑 與 油 泥 的體 積 比 為１∶１，研 究 不 同 的 反 應(yīng) 環(huán) 境 與 加 堿 量 對(duì) 實(shí) 驗(yàn)效 果 的 影 響。

２．３污 泥 壓 濾 工 藝 優(yōu) 化含硫污水以及批處理殘液經(jīng)藥劑預(yù)處理以及破乳處理 后，均 會(huì) 產(chǎn) 生 大 量 的 沉 淀 物。經(jīng)過(guò)污水處理站脫硫 處 理 后 的 沉 淀 物 由 硫 化 物、藥劑以及懸浮雜質(zhì)組成，其 中 包 含 鋇、鍶 等 重 金 屬，對(duì)環(huán)境存在較大的威脅。因此，為 了 達(dá) 到 對(duì) 污 泥 無(wú) 害 化 處 理，采用的污泥處理工藝流 程 為：污 泥→濃 縮→藥 劑 絮 凝→機(jī) 械 脫 水→無(wú) 害 化處 理。但 由 于 污 泥 主 要 成 分 為 硫 化 鋅 沉 淀，易 吸 附 水分 子，普 通 疊 螺 機(jī) 無(wú) 法 滿 足 工 藝 要 求，且壓濾后含水率超 過(guò)７０％，總 的 污 泥 產(chǎn) 量 仍 較 高。為 了 摸 索 不 同 除 硫 劑、不同壓濾設(shè)備以及不同壓濾 工 藝 條 件 下 的“普 通 污 泥”壓 濾 效 果，分 別 測(cè) 試 板 框式 壓 濾 機(jī) 單 獨(dú) 壓 濾、疊 螺 機(jī) 單 獨(dú) 壓 濾、特種壓榨設(shè)備以及 疊 螺 機(jī) 初 次 壓 濾＋特種壓榨設(shè)備二次壓濾后的污泥含 水 率，結(jié) 果 如 表８所 列。

根據(jù)不同壓濾設(shè)備以及壓濾條件中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，雖然采用板框式壓濾工藝與采用疊螺式壓濾機(jī)初次 壓 濾＋特 種 壓 榨 設(shè) 備 二 次 壓 榨 工 藝 對(duì)“普 通 污 泥”處理 效 果 較 為 接 近，但是考慮元壩氣田生產(chǎn)實(shí)際以及“含油 污 泥”處 理 現(xiàn) 狀，“普 通 污 泥”均采用板框式壓濾機(jī)單獨(dú) 壓 濾 方 式。對(duì) 于“含 油 污 泥”的 處 理 方 式，根 據(jù) 前 期實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果，將 采 用 優(yōu) 化“普 通 污 泥”與“含 油 污 泥”比 例，聯(lián) 合 壓 濾 方 式 開(kāi) 展。

元 壩２９污水處理站使用板框污泥壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾后污泥含水率平均值為５２％～５３％，大 坪 污 水 處 理站壓濾后污泥平均含水率為４８％，與 中 試 實(shí) 驗(yàn) 效 果 一致。但 元 壩２９污水處理站污泥中含有油性污泥，壓 濾過(guò)程中容易沾粘濾布，堵 塞 濾 布，增 加 濾 布 清 洗 頻 率。

４結(jié) 論（１）元 壩 氣 田 污 水 種 類 包 含４種，即 返 排 殘 酸、凝析水、地 層 水 以 及 批 處 理 殘 液。污泥來(lái)源主要包括含硫污水處理后產(chǎn)生的普通污泥以及批處理殘液處理后產(chǎn) 生 的 含 油 污 泥。（２）通 過(guò) 小 試 與 中 試 試 驗(yàn) 研 究，含 硫 污 水 采 用 汽提 初 步 脫 硫，雙 氧 水＋氯 化 鋅 深 度 脫 硫，脫 硫 率 達(dá) 到９６．５％以 上，最 佳 反 應(yīng) 時(shí) 間 為１５ｍｉｎ，優(yōu) 選 板 框 式 壓濾 機(jī) 壓 濾“普 通 污 泥”，含 水 率 可 達(dá) 到５０％以 下。（３）優(yōu) 選 出 的 復(fù) 合 破 乳 劑ＥＥＡ與 水 以 體 積 比１∶１混 合 后，在 加 堿 量 為１．５％，ｐＨ值 為１０～１１的 條件 下，完 全 反 應(yīng)２０ｍｉｎ，破乳劑對(duì)同比例油泥能夠達(dá)到 較 好 的 破 乳 效 果，且“含 油 污 泥”與“普 通 污 泥”在 混合 比 例 小 于１∶２，壓 濾 時(shí) 間 大 于７．５ｈ，泵 壓 大 于０．４６ＭＰａ條 件 下，能 夠 實(shí) 現(xiàn) 壓 濾 后 含 水 率 為５０％～５５％。（４）現(xiàn) 場(chǎng) 跟 蹤 表 明，污泥壓濾效果與中試效果基本 保 持 一 致，僅 油 泥 壓 濾 過(guò) 程 中，容 易 堵 塞 濾 布，清 洗頻 次 需 進(jìn) 一 步 提 高。

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