大庆油田普遍采用注聚合物驱油的开发方式，致使相应区块的采出含油污水中普遍见聚，含油污水含有聚合物后性质发生改变，黏度增加、油水乳化程度高、油珠颗粒细小难以聚并，含油污水中悬浮固体颗粒含量多且细小，在水中呈悬浮状态，导致油、水、悬浮固体分离更加困难，造成已建重力式沉降罐的分离效果变差、处理效率降低、水质达标困难。针对该生产实际问题，研究在沉降罐中增加气浮设施，通过对已建含油污水处理设备的改造和完善，有效提高沉降段的处理效率，以便改善最终回注水水质。
1、材料与方法
1.1 试验仪器与用水
悬浮固体膜滤器;AR1500ex流变仪;AE50型电子天平;7200分光光度计。
试验用水取自于大庆油田采油二厂A含油污水处理站，该站设计规模为40000m3/d，处理工艺为：来水→自然沉降罐→混凝沉降罐→一次核桃壳滤罐，原水聚合物体积浓度为187mg/L。
1.2 试验装置
该站有Ф21m×11.5m混凝沉降罐2座，改造其中1座，在混凝沉降罐内增加布气穿孔管，罐外设置气液多相泵，实现加压回流溶气气浮处理含油污水。另1座不改造，开展对比试验。混凝沉降罐加气浮结构示意图见图1。
1.3 试验方法
气液多相泵吸入沉降罐内经处理后的水及沉降罐外的空气，经泵混合后形成气水混合液，通过相应的管线及控制阀门分别进入沉降区的上层穿孔管或下层穿孔管，因突然减压至常压，使水中过饱和空气在释放过程中形成许多微小气泡，沉降区细小油滴吸附在气泡表面一起上浮，同时微小气泡在上浮过程中携带水中微细悬浮状的物质浮升到水面，形成浮渣被去除。
具体试验方法如下：
(1)上层布气穿孔管单独气浮处理含油污水现场试验。
(2)下层布气穿孔管单独气浮处理含油污水现场试验。
(3)上、下层布气穿孔管组合气浮处理含油污水现场试验。
(4)加药条件下的上层或下层穿孔管单独气浮处理含油污水现场试验。
1.4 分析方法
含油量、悬浮固体含量按照《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法(SY/T5329—2012)》检测;聚合物浓度按照《聚合物采出液化验方法(Q/SYDQ0928—2011)》检测。
2、试验结果分析
A污水站实际处理量为32000m3/d左右，在2座混凝沉降罐上开展加气浮与不加气浮对比试验，按照2罐水量均布的情况考虑，单座混凝沉降罐处理量16000m3/d左右。回流比是指气液多相泵的回流水量与混凝沉降罐处理量之间的百分比。虽然回流比大，整个溶气水量就多，加入更多微气泡，提高了与污染物碰撞结合机率，但过高的回流水量会影响罐内污水流态，也会干扰已结合微气泡的浮升分离，同时也会造成能耗更大。根据小型试验结果，气液多相泵的回流比宜小于30%，同时受到气液多相泵流量和台数限制，确定回流比为18%、26%。
2.1 上层穿孔管单独气浮沉降处理试验
(1)18%回流比气浮沉降试验。
单独运行上层穿孔管布气，处理量16000m3/d，溶气泵出口压力0.5MPa，回流比18%，试验结果见图2、图3。
从图2、图3数据可以看出：当来水含油浓度平均为3038.4mg/L，悬浮固体平均为50.2mg/L时，混凝沉降罐出水含油浓度平均为113.2mg/L，悬浮固体平均为26.2mg/L。实施上层穿孔管布气加气浮的混凝沉降罐出水含油浓度平均为102.8mg/L，悬浮固体平均为24.3mg/L，与不加气浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了9.2%，悬浮固体去除率提高了7.1%。
(2)26%回流比气浮沉降试验。
单独运行上层穿孔管布气，处理量16000m3/d，溶气泵出口压力0.5MPa，回流比26%，试验结果见图4、图5。
从图4、图5数据可以看出：当来水含油浓度平均为1215.8mg/L，悬浮固体平均为52.3mg/L时，混凝沉降罐出水含油浓度平均为91.7mg/L，悬浮固体平均为32.3mg/L。实施上层穿孔管布气加气浮的混凝沉降罐出水含油浓度平均为82.0mg/L，悬浮固体平均为28.7mg/L，与不加气浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了10.6%，悬浮固体去除率提高了11.1%。
2.2 下层穿孔管单独气浮沉降处理试验
2.2.1 18%回流比气浮沉降试验
单独运行下层穿孔管布气，处理量16000m3/d，溶气泵出口压力0.5MPa，回流比18%，试验结果见图6、图7。
从图6、图7数据可以看出：当来水含油浓度平均为2894.1mg/L，悬浮固体平均为54.3mg/L时，混凝沉降罐出水含油浓度平均为111.1mg/L，悬浮固体平均为33.3mg/L。实施下层穿孔管布气加气浮的混凝沉降罐加气浮出水含油浓度平均为95.0mg/L，悬浮固体平均为29.8mg/L，与不加气浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了14.5%，悬浮固体去除率提高了10.6%。
2.2.2 26%回流比气浮沉降试验
单独运行下层穿孔管布气，处理量16000m3/d，溶气泵出口压力0.5MPa，回流比26%，试验结果见图8、图9。
从图8、图9数据可以看出：当来水含油浓度平均为1008.2mg/L，悬浮固体平均为62.7mg/L时，混凝沉降罐出水含油浓度平均为79.4mg/L，悬浮固体平均为35.5mg/L。实施下层穿孔管布气加气浮的混凝沉降罐出水含油浓度平均为66.8mg/L，悬浮固体平均为30.2mg/L，与不加气浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了15.9%，悬浮固体去除率提高了15.0%。
2.3 上层和下层穿孔管组合气浮沉降处理试验
同时运行上、下两层穿孔管布气，处理量16000m3/d，溶气泵出口压力0.5MPa，回流比34%，试验结果见图10、图11。
从图10、图11数据可以看出：当来水含油浓度平均为1500.1mg/L，悬浮固体平均为47.2mg/L时，混凝沉降罐出水含油浓度平均为67.1mg/L，悬浮固体平均为31.1mg/L。实施上层和下层穿孔管同时布气加气浮的混凝沉降罐出水含油浓度平均为70.9mg/L，悬浮固体平均为29.7mg/L，与不加气浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了-5.7%，悬浮固体去除率提高了4.5%。
当采用上层和下层穿孔管同时气浮时，下层穿孔管布气释放的微气泡与油珠结合后，在浮升过程中，与上层穿孔管布气释放的微气泡碰撞，碰撞后结合体的浮升流态被打乱，使结合体破裂，扰乱了沉降的流态，并且由于沉降停留时间缩短，造成混凝沉降罐加气浮出水含油浓度升高，除油率降低。
2.4加药条件下的上层或下层穿孔管单独气浮沉降处理试验
取A污水站的原水，在室内开展不同加药浓度絮凝剂筛选试验。优选出投加有机干粉絮凝剂，加药浓度1.5mg/L时，处理效果最好。同时根据上层或下层穿孔管单独气浮沉降处理试验的结果，当回流比为26%时的处理效果优于回流比为18%时的处理效果，所以加药试验的回流比定为26%。
2.4.1 26%回流比上层穿孔管单独气浮沉降加药试验
在投加有机干粉絮凝剂1.5mg/L条件下，单独运行上层穿孔管布气，处理量16000m3/d，溶气泵出口压力0.5MPa，回流比26%，试验结果见图12、图13。
从见图12、图13数据可以看出：当来水含油浓度平均为1367.8mg/L，悬浮固体平均为47.0mg/L时，混凝沉降罐出水含油浓度平均为70.7mg/L，悬浮固体平均为29.2mg/L。实施上层穿孔管布气加气浮的混凝沉降罐加气浮出水含油浓度平均为57.6mg/L，悬浮固体平均为24.4mg/L，与不加气浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了18.6%，悬浮固体去除率提高了16.3%。
2.4.2 26%回流比下层穿孔管单独气浮沉降加药试验
在投加有机干粉絮凝剂1.5mg/L条件下，单独运行下层穿孔管布气，处理量16000m3/d，溶气泵出口压力0.5MPa，回流比26%，试验结果见图14、图15。
从图14、图15数据可以看出：当来水含油浓度平均为1815.8mg/L，悬浮固体平均为52.9mg/L时，混凝沉降罐出水含油浓度平均为84.6mg/L，悬浮固体平均为30.4mg/L。实施下层穿孔管布气加气浮的混凝沉降罐出水含油浓度平均为65.5mg/L，悬浮固体平均为23.9mg/L，与不加气浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了22.6%，悬浮固体去除率提高了21.2%。
2.5 混凝沉降罐实施不同方式加气浮沉降处理效果分析
根据上述现场试验法，加药和不加药条件下，不同气浮方式及不同回流比的试验结果汇总见表1。
由表1数据可以看出，在加药和不加药条件下，混凝沉降罐采用下层穿孔管布气加气浮方式，与上层穿孔管布气加气浮方式相比，含油和悬浮固体的去除率相对提高较多。
3、结论
(1)在气浮方式及其他条件相同条件下，回流比26%的处理效果优于回流比18%。
(2)在回流比及其他条件相同条件下，单独下层穿孔管气浮的处理效果优于单独上层穿孔管气浮或上层和下层穿孔管组合气浮。
(3)在气浮方式、回流比及其他条件相同条件下，投加有机干粉絮凝剂的处理效果优于不加药的处理效果。
(4)混凝沉降罐采用单独下层穿孔管气浮方式，当回流比为26%时处理效果最好。在都加药条件下，与不加气浮混凝沉降罐相比，含油去除率提高了22.6%，悬浮固体去除率提高了21.2%。(来源：大庆油田工程有限公司(大庆油田设计院)水化室)
