申请日2014.10.14
公开(公告)日2015.01.07
IPC分类号C02F9/02; C02F103/10; C02F9/04
摘要
本发明公开了一体化油气田废水处理系统，包括一体式箱体，设置在一体式箱体内通过管道顺次连接的预处理装置、除硬装置、同端进出水分离过滤膜系统，以及与预处理装置和除硬装置均连接的配电控制柜，其中，废水进水管与预处理装置连接，清水出水管与同端进出水分离过滤膜系统连接。本发明通过对水处理设备的设计和整合，将其各部件集中设计在一体式箱体内，基于固有空间分配各部件的安装位置，最大化地利用一体式箱体的空间，并使得整个系统设备能够较好地进行转移，能够非常有针对性地用于各个位置偏远的油气田，一部系统能够在多个油气田之间相互协调使用，有效地节省了设备投资，也节省了专用的占地开发资源。
权利要求书
1. 一体化油气田废水处理系统，其特征在于，包括一体式箱体，设置在一体式箱体内通过管道顺次连接的预处理装置、除硬装置、同端进出水分离过滤膜系统，以及与预处理装置和除硬装置均连接的配电控制柜，其中，废水进水管与预处理装置连接，清水出水管与同端进出水分离过滤膜系统连接。
2. 根据权利要求1所述的一体化油气田废水处理系统，其特征在于，所述预处理装置包括与一体式箱体连接的支撑架，设置于支撑架上部呈扁圆柱体形状的预处理池，设置于预处理池中心位置并与废水进水管连接的进水曝气室，设置于进水曝气室内的搅拌转轮和与搅拌转轮连接的供气装置，设置于预处理池上部沿其径向动作的清刮机构，设置于预处理池的径向靠外侧并与清刮机构位置对应的排泥槽，与排泥槽连接的排泥管，设置于预处理池底部并与排泥管连接的污泥沉积槽，以及设置于预处理池侧面的溢流槽，其中，进水曝气室上部直接与预处理池连通，进水曝气室底部通过回流管道与预处理池连通，溢流槽与除硬装置通过管道连接。
3. 根据权利要求2所述的一体化油气田废水处理系统，其特征在于，所述清刮机构包括与预处理池连接且其上具有轨道的连接架，安装在轨道上的清刮板，以及用于驱动清刮板沿轨道移动的驱动电机。
4. 根据权利要求2所述的一体化油气田废水处理系统，其特征在于，所述搅拌转轮包括中空的转轴以及数个与转轴固定连接的叶片，每个叶片上均设有与转轴中心和外部均连通的供气通道，所述供气装置与转轴中空部连通。
5. 根据权利要求2所述的一体化油气田废水处理系统，其特征在于，所述排泥管的另一端连接有储泥罐，且排泥管上具有一水平段，该段内设有螺旋推进器。
6. 根据权利要求1~5任一项所述的一体化油气田废水处理系统，其特征在于，所述除硬装置包括进水端与预处理装置连通的除硬罐体，与除硬罐体连接的加药器，以及设置于除硬罐体内的过滤器，其中，除硬罐体的出水端与同端进出水分离过滤膜系统连通。
7. 根据权利要求6所述的一体化油气田废水处理系统，其特征在于，所述除硬装置与同端进出水分离过滤膜系统之间设有过滤装置。
8. 根据权利要求7所述的一体化油气田废水处理系统，其特征在于，所述过滤装置包括与除硬装置出水端连通的机械过滤器，以及设置在同端进出水分离过滤膜系统进水前端并与机械过滤器连通的第一保安过滤器。
9. 根据权利要求8所述的一体化油气田废水处理系统，其特征在于，所述同端进出水分离过滤膜系统包括通过管道依次连通的一级同端进出水分离过滤膜柱组、缓冲水箱、第一增压泵和二级同端进出水分离过滤膜柱组，其中，一级同端进出水分离过滤膜柱组的进水端与第一保安过滤器连通，二级同端进出水分离过滤膜柱组的出水端与清水出水管连接。
10. 根据权利要求9所述的一体化油气田废水处理系统，其特征在于，所述同端进出水分离过滤膜系统还包括通过支路管道与一级同端进出水分离过滤膜柱组的进水端连接的第二保安过滤器，与第二保安过滤器连接的第二增压泵，以及与第二增压泵连接的清洗水箱。
说明书
一体化油气田废水处理系统
技术领域
本发明涉及油气田废水处理技术领域，具体地讲，是涉及一体化油气田废水处理系统。
背景技术
随着经济社会的发展,特别是科学发展观的提出，对社会生态和谐提出了更高的要求。在油气田废水处理过程中，如果油气田污水不合理处理回注和排放就会使油气田地面设施不能正常运行;另一方面也会造成对环境造成污染，十分不利于油气田的安全生产和环境保护，因此如何处理油气田水污染是本领域技术人员一直以来关注的一个重大课题。简单来讲，油气田废水治理工艺主要有回注、资源化回用及处理达标外排三种。目前油气田废水的最终处置方法仍以回注地层为主。但目前全球重视环境程度的提高，以及淡水资源越来越短缺，未来的发展方向为不外排、不浪费，尽量资源化回用。
具体地，现有常规的油气田废水主要由集气站分离污水、净化厂生产污水和残酸废液三大部分组成。集气站主要功能是收集气源，进行净化处理、压缩传输。集气站将各个气井的不同压力不同成分的天然气进行汇集、平压，再集中输送到净化厂进行处理，并在汇集的过程中进行初步的脱硫脱水处理，同时还要添加消泡剂等药剂。大部分原料气中的油气田水在集气站分排出，形成集气站分离污水。由于这些油气田水具有同地下岩层及天然气长期接触，所以其除含石油类物质外，还溶进了可溶性盐类、悬浮物、有害气体、有机物等杂物质，并且在采气过程中还可能被人为地加入各类添加剂，所以油气田水通常表现出以下四个特点：①石油类物质含量高，可达100~500 mg/L，石油类物质以悬浮态存在为主，部分为乳化态，乳化油分布稳定不易分离;②有机物含量较高，川西地区油气田废水COD基本在800~3000 mg/L之间，废水中可能存在一定量环状芳烃类衍生物，性质稳定，不易被氧化去除;③SS含量高，悬浮颗粒微小，粒径一般为1~100μm，废水总SS为300~2000 mg/L;④矿化度高，含多种盐类，每升废水氯离子浓度达到几万甚至十几万毫克。这些特点决定了油气田废水不能直接排放到环境中，必须妥善处理。
净化厂生产污水包括天然气净化厂中脱硫、脱水、硫磺回收、尾气处理等工艺装置的排水，脱硫、脱水等装置的检修废水，办公和食堂排出的生活污水，还有化验室废水、酸水汽提塔事故排水等，部分净化厂还有原料气带入的油气田水。其废水水质、水量波动大且含有大量难降解物质，如乙二醇、环丁砜、MDEA、TEG等特征污染物，难生物降解，经处理难以稳定达标排放。其产生的缘由是含硫原料天然气经集气干线末站进入工厂的原料气过滤分离设施，经重力沉降和过滤分离除去原料中挟带的杂质和部分游离水后，进入脱硫装置，用甲基二乙醇胺(MDEA)溶剂选择性脱除天然气中的H2S和CO2，湿净化气进入三甘醇(TEG)脱水装置，脱水后得到合格的产品气通过输气管线外供。
残酸废液是在油气田酸压施工过程中产生的废液，主要包括酸化作业的剩余酸液和酸化后的返排液。由于酸化时添加了酸液和添加剂，废液中主要有残酸、多种添加剂、残渣、石油类等。酸化废液的普遍特点是污染源点多面广，成分复杂，酸度大，氯根含量高达几万甚至十几万、粘度大，并含有H2S，直接排放会引起环境污染。残酸废液常规的处理手段包括中和、絮凝沉降、氧化、Fe/C微电解、H2O2/Fe2+催化氧化、吸附等。下表1可大概反映出气矿油气田水的水质指标：
污染物 油 COD S2- SS pH Fe Cl- 浓度范围 0.2~1310 20~22600 0.004~508 60~84100 4.5~8.5 0~88 20000+
表1油气田水中主要污染物浓度范围(单位mg/L，pH除外)
目前油气田废水的最终处置方法以回注地层为主。现有回注工艺存在如下几个缺点：一次性工程投资较高;无法实现污水资源化利用;可能对周边油田产生影响;可能对周边段油藏产生影响。随着越来越严苛的环境治理要求和水资源的短缺，发明人分析认为资源化回用工艺势必取代回注治理工艺。因此根据油气田废水水质复杂，水质波动较大，而且油气田大多处在偏远地区且较分散，发明人对能适应各种水质波动且方便于安装运输的资源化回用工处理方式和系统进行了深入研究。
发明内容
为了解决现有技术中油气田废水难以处理的问题，本发明提供一种能适应各种水质波动且方便于安装运输的一体化油气田废水处理系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一体化油气田废水处理系统，包括一体式箱体，设置在一体式箱体内通过管道顺次连接的预处理装置、除硬装置、同端进出水分离过滤膜系统，以及与预处理装置和除硬装置均连接的配电控制柜，其中，废水进水管与预处理装置连接，清水出水管与同端进出水分离过滤膜系统连接。该一体式箱体将各装置安置在其内，使系统结构排布更加紧凑，缩减整体占地面积，应用中更能便捷地将其整体搬移至不同地理位置的油气田进行废水处理，使一套系统设备充分发挥能动性优势，从而降低投资成本，该一体式箱体可以单独设计，也可以采用现有的集装箱箱体作为应用配置。
为了提高系统的进水品质，在实际应用中，油气田的废水储集池之后可以设置通过自流方式进水的沉淀调节池，在油气田当地进行对废水的前置处理，以除去废水中的大块明显的杂物，其具体操作可以采用安置在沉淀调节池上的刮扒装置进行，如格栅机等，也可以采用人工定期打捞排除的方式进行等。该一体化油气田废水处理系统使用时的进水则可取自该沉淀调节池。
具体地，所述预处理装置包括与一体式箱体连接的支撑架，设置于支撑架上部呈扁圆柱体形状的预处理池，设置于预处理池中心位置并与废水进水管连接的进水曝气室，设置于进水曝气室内的搅拌转轮和与搅拌转轮连接的供气装置，设置于预处理池上部沿其径向动作的清刮机构，设置于预处理池的径向靠外侧并与清刮机构位置对应的排泥槽，与排泥槽连接的排泥管，设置于预处理池底部并与排泥管连接的污泥沉积槽，以及设置于预处理池侧面的溢流槽，其中，进水曝气室上部直接与预处理池连通，进水曝气室底部通过回流管道与预处理池连通，溢流槽与除硬装置通过管道连接。排泥槽与溢流槽相互不干涉。
进一步地，所述清刮机构包括与预处理池连接且其上具有轨道的连接架，安装在轨道上的清刮板，以及用于驱动清刮板沿轨道移动的驱动电机。为了便于多方位的漂浮物清刮，在进一步的改进中，还可以在预处理池上设置同心的两道环形轨道，连接架则通过滚轮等活动部件安装在该环形轨道上，并在其上设置可以驱动连接架沿该环形轨道移动的动力装置，如电机等，以便清刮机构在需要时能够移动到预处理池上的不同位置进行工作，与之配合地，排泥槽环布在预处理池的径向靠外部分，而溢流槽可以设置在预处理池的靠外侧，也可以设置在预处理池的中间部位。
更进一步地，所述搅拌转轮包括中空的转轴以及数个与转轴固定连接的叶片，每个叶片上均设有与转轴中心和外部均连通的供气通道，所述供气装置与转轴中空部连通，其中供气装置可以选用空气压缩机等设备，转轴由电机等动力设备驱动。当叶片转动时，该室内的叶片后侧会形成真空区，供气装置提供的空气便由转轴的中空通道和叶片的供气通道进入水下，同时进入的空气也会被叶片转动击碎，形成微气泡，吸附在水中的固体悬浮物SS上使之上浮至水面，从而被清刮机构去除，而且还能够在工作时防止废水由供气通道倒灌。为了设备性能，转轴与叶片采用一体式设计，动力设备在液体外进行驱动，供气装置与转轴的连接位置靠近动力设备，以降低其密封性要求，在供气装置连接的位置，转轴壁上设有多个连通中空通道和转轴外的通气孔，转轴的该段外设有一封闭且与供气装置连通的壳体，以便在转动时供气。
更进一步地，所述排泥管的另一端连接有储泥罐，用于收集排放的污泥、SS等杂物，且排泥管上具有一水平段，该段内设有螺旋推进器，在该螺旋推进器的帮助下，污泥等杂物能够更快地进入储泥罐。在进一步的改进中，在排泥管该水平段的管壁可设置数个渗透孔，并在其外包裹设置一层密封的保护壳，且该保护壳与连接除硬装置的管道连通，由此在螺旋推进器推动污泥等杂物进储泥罐的过程中对这些杂物产生的挤压作用，使杂物中的液体由这些渗透孔被挤出，并在保护壳中被收集回送到后续工序中，同时还能降低这些污泥等杂物的水份含量，使进入储泥罐的杂物较干，以便于其在储泥罐中更好地被储存和后续更好地被处理。
更具体地，所述除硬装置包括进水端与预处理装置连通的除硬罐体，与除硬罐体连接的加药器，以及设置于除硬罐体内的过滤器，其中，除硬罐体的出水端与同端进出水分离过滤膜系统连通。除硬罐体可以采用常规罐体，通过加药器为废水中投加如碳酸钠Na2CO3等碱类物质来调节废水的pH值，并促使废水中的钙镁离子形成氢氧化镁Mg(OH)2、氢氧化钙Ca(OH)2等沉淀物，并经过滤器过滤掉。
更具体地，所述除硬装置与同端进出水分离过滤膜系统之间设有过滤装置。该过滤装置包括与除硬装置出水端连通的机械过滤器，以及设置在同端进出水分离过滤膜系统进水前端并与机械过滤器连通的第一保安过滤器。其中，机械过滤器采用石英砂过滤器，即在罐体内部填装石英砂作用过滤填料，截留除去水中悬浮物、有机物、胶质颗粒、微生物、氯嗅味及部分重金属离子;保安过滤器主要采用不锈钢等金属作为外壳，内部填装PP材质的喷熔滤芯，滤除之前步骤中遗留的细小物质，如微小的石英砂等，对后续步骤起到保护作用，其过滤精度达10~20μm，其中机械过滤器和保安过滤器可采用现有市面上能够符合前述要求的产品。
更具体地，所述同端进出水分离过滤膜系统包括通过管道依次连通的一级同端进出水分离过滤膜柱组、缓冲水箱、第一增压泵和二级同端进出水分离过滤膜柱组，其中，一级同端进出水分离过滤膜柱组的进水端与第一保安过滤器连通，二级同端进出水分离过滤膜柱组的出水端与清水出水管连接，一级、二级同端进出水分离过滤膜柱组均由多个同端进出水分离过滤膜柱并联而成，通常一级同端进出水分离过滤膜柱组中的同端进出水分离过滤膜柱要多于二级同端进出水分离过滤膜柱组中的，且二级同端进出水分离过滤膜柱组中的同端进出水分离过滤膜柱的过滤精度通常高于一级同端进出水分离过滤膜柱组中的。该同端进出水分离过滤膜柱包括通过上下端法兰密封的圆管承压外壳，分别设置于该圆管承压外壳内部上下两端的流体逆向盘，层叠于上下两个流体逆向盘之间的多个相互间隔的支撑导流盘和膜片，位于上下两个流体逆向盘之间的密封式圆管承压内壳，进液管，出液管，以及内拉杆。
更进一步地，所述同端进出水分离过滤膜系统还包括通过支路管道与一级同端进出水分离过滤膜柱组的进水端连接的第二保安过滤器，与第二保安过滤器连接的第二增压泵，以及与第二增压泵连接的清洗水箱，其中，清洗水箱可外接清洗液，清洗液通常由纯水和清洗溶剂配制而成。正常使用时，关闭支路管道上即第二保安过滤器前端的阀门即可，当需要清洗一级或二级同端进出水分离过滤膜柱组时，关闭一级同端进出水分离过滤膜柱组前端的阀门并打开支路管道的阀门即可进行清洗。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过对水处理设备的设计和整合，将其各部件集中设计在一体式箱体内，基于固有空间分配各部件的安装位置，最大化地利用一体式箱体的空间，并使得整个系统设备能够较好地进行转移，能够非常有针对性地用于各个位置偏远的油气田，一部系统能够在多个油气田之间相互协调使用，有效地节省了设备投资，也节省了专用的占地开发资源。
(2)本发明将特种膜技术运用到油气田废水的处理过程中，能够适应不同的水质要求，便于运输和管理，其先通过预处理去除油脂和固体悬浮物SS，再去除硬度，最后经过特种膜过滤使废水达到回用标准回用，系统出水水质好，而且出水水质稳定，完全能够满足废水资源化回用的标准和要求，适合广泛推广应用。
(3)本发明通过曝气方式使废水中的固态物质和大分子物质均上浮于水面，从而被清刮清除，处理效果好;搅拌转轮通过在水中旋转，使进水曝气室底部形成负压空间，来自供气装置的空气和进水曝气室外的废水能够分别通过途径进入，从而为水中供气和实现废水的反复处理，由此使得废水中的SS和大分子物质能够更好的被微气泡吸附上浮，提高预处理效果。
(4)本发明的螺旋推进器能够促进污泥杂物的收集，还能够降低收集物的水分，便于其后续处理。
(5)本发明中通过同端进出水分离过滤膜系统的两级过滤，对COD、无机盐的截留率最高可达99.5%以上，大大提高了出水水质，能够有效降低运行成本。
