作者：王 凯 林建明 吴延武 杜可正 田 源 （北京格兰特膜分离设备有限公司，北京 100029）

摘 要：随着我国经济的快速发展，对能源等需求也越来越大，随着油田开采的逐年提升，采油废水等综合治理 也摆在越来越突出的地位。特别是稠油开采中，注水，注气对水质的要求也越来越高。常规稠油废水采用除油软化工 艺，出水水质较差，不能满足回注等需求。针对此问题，开发除油、除硅、除硬预处理-MCM 生物处理-OEB 生物处理UF-RO-EDI 工艺处理稠油开采废水，通过实验验证工艺，优化各工艺运行参数，并降低运行成本。实验结果表明，该 工艺设备出水效果后、运行稳定可靠。经除硬除硅沉淀后，出水 COD124mg/L，MCM 出水 COD67mg/L，OEB 出水 COD26mg/L，EDI 出水电导小于 0.06us/cm，二氧化硅小于 10ug/cm。满足注气站锅炉进水要求。

关键词：稠油废水；回用；除硬；锅炉补水;超滤；反渗透；EDI

我国油田稠油多采用注水注气输油的方式，开采过 程中需要注入蒸汽，随着稠油的采出，会产生大量的污 水。随着开采时间的增加，耗水量也越来越高[1]。生产蒸 汽需要消耗大量的淡水资源，将蕴含较高热量值的高含 盐稠油污水处理为蒸馏水回用注气锅炉[2]。既解决了污 水的去向问题，同时也能够节省宝贵的水资源。为维持 原油产量，国内油田开始逐步采用蒸汽辅助重力泄油热 采技术[3]，但制约热采工艺油田领域的推广难题在于，该 工艺采油过程中会产水高盐、高温、高硅的含油废水有 效处理和回用[4]。针对某油田稠油联合站采油废水 COD 难于降解、硅含量较高、现有脱盐水处理系统污堵严重 等特点，决定采用如下中试工艺流程：混凝沉淀（包括镁 剂除硅）+MCM （A/O）+ GRT-OEB+UF+一级 RO+二级 RO+EDI。通过实验，验证工艺可行性，考察和优化各工 艺参数流程，为污水处理工程提供最适宜工艺流程及可 信赖技术参数。

1 中试过程与结论

1.1 采油废水进出水水质 试验用采油废水来自稠油联合站出水，经检测，主要 水质指标如下： Ca2+ 87.8mg/L 硅(以 SiO2 计) 140.1mg/L HCO3 - 1714.9 mg/L COD ＜200mg/L 油类 2.8mg/L 硬度 580mg/L 浊度 200 NTU 试验出水主要用作供锅炉补给水，具体水质要求如 下： 电导率（25℃）<0.2μs/cm SiO2 ≤20μg/L 铁≤50μg/L 铜≤10μg/L 硬度≤2μmol/L

1.2 试验水处理工艺方案 水中的杂质包括了悬浮物、胶体、溶解性有机物和溶 解性无机盐。其中，悬浮物可以采用沉淀、过滤技术（包 括微滤和超滤膜技术）除去；对于胶体需要通过投加絮 凝剂与胶体反应形成固体悬浮物，然后用除去悬浮物的 方法加以去除；对于溶解性有机物可以用生化法（包括 膜生物反应器）、活性炭吸附法或反渗透法去除；对于溶 解性无机盐可以用离子交换、电渗析和反渗透法去除。 综合分析水质特点，本方案拟采取以下技术措施： a. 混凝沉淀池：去除水中 SS、胶体、大部分硅、油、硬 度和碱度； b. MCM 生物膜反应器：降解水中可生化部分 COD； c. GRT-OEB 二级组合：通过高级氧化和生物滤池， 进一步降解水中难生化的 COD；d. 超滤系统：拦截 SS、胶体等，保证出水 SDI 小于 3； e. 二级反渗透：脱盐率 98%，出水含盐量低于 5ppm； f. EDI：深度除盐，产水满足锅炉补给水要求，出水电 导率低于 0.2us/cm。 工艺流程见图 1。 1.3 主要试验装置 1.3.1 除硅、软化沉淀系统 稠油废水的预处理技术包括加药混凝澄清法、镁剂 法等[5]。试验采用氢氧化钠-镁剂除硅软化，试验设备为 高密度澄清池，配套 NaoH 加药装置，MgCl2 加药装置、 PAC 加药装置、PAM 加药装置和盐酸加药装置。装置运 行流量 1.8m3 /h。

1.3.2 MCM 生化系统 MCM 缺氧/厌氧反应器利用 MCM 填料，以固定床的 方式将不同种类的微生物固定在填料表面或填料内部。 本 试 验 的 MCM 好 氧-缺氧耦合反应器 （本 公 司 专 200710195135.8） 采用复合功能型填料 （本公司专利号 201020204406.9）。由于在水流方向、填料内外均存在不 同的溶解氧梯度，因此，微生物种群比常规生化工艺丰 富得多，使难降解废水中的有机污染物得以去除。 MCM 生物系统好氧出水硝化液回流至缺氧区，缺氧 区不设曝气，溶解氧控制在 0.1-0.3mg/L，好氧区设置曝 气，溶解氧控制在 2-3mg/L。MCM 系统处理量 1.8m3 /h。

1.3.3 OEB 系统 该工艺利用臭氧预氧化作用，使水中难以生物降解 的有机物断链、开环，转化成简单的脂肪烃，改变其生化 特性，在客观上可以增加小分子的有机物，使活性炭的 吸附功能得到更好的发挥。活性炭能够迅速地吸附水中 的溶解性有机物，同时也能富集微生物，使其表面能够 生长出良好的生物膜，靠本身的充氧作用，炭床中的微 生物就能以有机物为养料大量生长繁殖好氧菌，致使活 性炭吸附的小分子有机物充分生物降解。 OEB 系统集合了臭氧和曝气生物滤池系统，臭氧为 下向流。曝气生物滤池为上向流，曝气池底部设置薄膜 曝气装置，提供溶解氧。出水溶解氧 1～3mg/L。OEB 系统 处理量 1.8m3 /h。

1.3.4 UF 超滤系统 原水经超滤处理后纯水可以保证 SDI<3，明显提高反 渗透膜寿命。 UF 超滤系统为中空纤维外压式超滤，选用坎普尔 1060A 膜组件。超滤为恒流运行，超滤系统处理量 1.8m3 / h。

1.3.5 RO 反渗透系统 反渗透为两级反渗透，每级反渗透系统通过浓水循 环，模拟工程项目最后一只膜的运行状况。一级反渗透 产水流量 1.2 m3 /h，回收率 70%，二级反渗透产水量 1.1 m3 /h，回收率 90%。

1.3.6 EDI 系统 EDI 系统模块选用坎普尔 CP1000S，产水流量 1.0 m3 /h。

1.4 试验数据及分析 1.4.1 除硅、软化沉淀系统 对来水投加 NaoH 调节 PH，加 MgCl2 使硅变成沉淀， 产生的絮体投加 PAC 和 PAM，降低来水中的悬浮物、胶 体和溶解硅，并去除部分 COD，减轻后续丹元负荷，也减 缓膜系统堵塞[6]。除硅、软化沉淀系统在传统混凝除硬沉 淀系统中，加上除硅环节。除硅、软化沉淀系统运行效果 如图 2 所示。 来水硬度基本处于 200-400mg/L，个别时间进水 COD 超出 500mg/L。来水总硅处于 100-150 mg/L，总硅含量波动较小。从除硅、软化系统沉淀结果来看，出水硬 度 50mg/L 左右，硬度绝对去除值为 450 mg/L 左右，去除 率 88.9%，去除效果良好。出水总硅 45.4mg/L，总硅绝对 去除值为 78 mg/L，去除率 63.2%。去除效果明显。此外 沉淀系统含油从 25.4mg/L 下 降 到 1.1mg/L, 浊 度 从 260.7NTU 下降到 3.99NTU。试验表明，除硅、软化沉淀系 统作为预处理，对整个系统稳定运行，发挥着不可替代 的作用。

1.4.2 MCM 生化系统 MCM 生化系统主要是降解水中溶解性可生化部分 的 COD，减轻后续深化处理 COD 压力。 MCM 生 化 系 统 平 均 进 水 124.57mg/L， 平 均 出 水 COD67.4mg/L，去除率 45.9%,COD 绝对去除值为 57.1mg/ L；平均进水含油 1.09mg/,平均出水含油 0.003mg/L，去除 率 99.7%；进水浊度 3.99NTU，出水浊度 0.78NTU，去除率 80.5%。 MCM 生化系统降低 COD 的同时，沉淀系统出水残 留的含油在生化段进一步除去，减小油膜对滤池、膜系 统的影响。

1.4.3 OEB 系统 OEB 系统为此工艺系统预处理最为关键的环节，臭 氧投加量 10mg/L，出水效果达到预定要求。具体数据如 图 3 所示。 图 3 OEB 系统数据图 由图 3 可以看出，OEB 系统最大进水 COD74mg/L， 最小进水 COD52mg/L，平均进水 COD62.4mg/L。OEB 系 统最大出水 COD49mg/L,最小出水 COD10mg/L,平均出水 COD31.6mg/L，系统平均去除率 49.3%。 OEB 深度处理单元对全膜法系统的稳定运行发挥了 重要作用。

1.4.4 超滤 UF 系统 超滤作为反渗透预处理系统，经过超滤处理后可以保证 其出水 SDI 小于 2，以提高反渗透膜的寿命。 超滤压差基本稳定在 68kpa 左右，压差出现波动原 因为 CEB 清洗前后压差的波动。经过正常反洗或 CEB 反洗均能下降至正常水平，这代表膜的运行是正常的， 压差是可恢复的。

1.4.5 反渗透 RO 系统 反渗透设计为两级反渗透。一级反渗透回收率 70%， 脱盐率 98%，二级反渗透回收率 90%，脱盐率 99%。 反渗透为恒流运行，通过压力变化及电导脱盐率来 判断膜运行状况。即固定产水流量，浓水流量及错流量， 通过压力变化及电导脱盐率来判断膜运行状况。 中试运行中，一级反渗透进水电导 6500-8000us/cm， 出水电导维持在 200us/cm -250us/cm。二级反渗透出水 电导 10us/cm -30us/cm，进水电导随着温度及前段预处 理效果有小幅度变化。具体数据如图 4、5。

图 4、图 5 可知，一级反渗透运行稳定，出水水质符合 设计要求。无论进水电导怎么变化，脱电导率都在 96% 以上。一级反渗透平均进水压力 11.0bar，平均段间压力 10.8bar,平均浓水压力 10.4bar，压力变化平稳。 一级反渗透运行稳定，与工艺前端的预处理有很大 关系，特别是 OEB 工艺段。良好的预处理降低了反渗透污堵的可能，保证了反渗透的平稳运行。一级反渗透的 稳定出水，使得二级反渗透系统正常运行平稳进水压力 和浓水压力波动较小，平均入水压力 8bar，平均浓水压 力 7.6bar,表明膜系统运行良好，没有污染。

1.4.6 EDI 系统 EDI 系统出水水质可达 15MΩ.cm 以上。EDI 系统自 运行以来，调试完成后，出水效果稳定良好。出水总硅在 17ug/l，低于出水总硅 20ug/l 的标准。出水电导最低能达 到 0.062us/cm，平均出水电导 0.070 us/cm，远低于出水 标准 0.2 us/cm，这为出水效果留有很大余量。

2 结论 2.1 实验证明，下述工艺流程完全可以将油田热采 废水处理到满足锅炉给水要求： 原 水-沉 淀 池-MCM - OEB-超滤-一级反渗透-二级反渗透-EDI。 2.2 除硅、软化工艺能够有效去除稠油热采废水中 的硅和钙离子含量，处理后全硅含量小于 50mg/L，能够 满足后续降膜处理运行的需求。 2.3 GRT-OEB 深度处理单元对全膜法系统的稳定 运行发挥了重要作用。 2.4 通过实验验证，本文提出的工艺系统运行稳定可 靠，出水水质好，具有较强的抗负荷冲击能力。能实现水 资源的循环利用，经济效益和环境效益良好。