水处理药剂优化分析

一、前言
油田开采注入的水、注入蒸汽凝结的水和原有地层存在的水随着原油被开采出来，被定义为油田采出水。随着油田开采年代增长，大部分油田已进入高含水期，采出液的含水率不断上升，一般综合含水率在80%以上。有的区块已达到90%以上，这些含油污水成为油田的主要注水水源。随着油田外围低渗透油田和表外储层的连续开发，对油田注水水质要求更加严格。因此，大力发展水处理化学药剂对治理油田采出水、节约用水起着重要的作用。
二、水处理加药系统
1.水区药剂特性
在油田污水处理过程中，由于油田污水水中悬浮物、含油量、细菌含量、腐蚀及结垢等特性，在处理工艺过程中需加一定量的水处理化学药剂进行辅助处理，从而达到油田污水净化的目的。所加水处理化学药剂主要有：石灰乳、絮凝剂、助凝剂、双氧水。
1#药剂使用的石灰乳，主要成份为Ca（OH）2悬浊液，主要由生石灰制备，为2#药剂絮凝剂提供碱性环境。
2#药剂主要成分为聚合铝、硫酸铝、硫酸亚铁，主要作用是对水中的颗粒及胶粒形成粗粒絮凝体。
3#药剂主要成分为聚丙烯酰胺，其主要作用是吸附悬浮的粗粒絮凝体，使其形成大的絮凝体，加速悬浮液中的粒子的沉降，加快溶液的澄清。
4#药剂双氧水，其主要作用是将二价铁氧化成三价铁，降低一号药剂的使用量，也就是降低Ca2+的加入量，同时调节旋流分离器出口的PH值，使旋流分离器出PH值在7.0左右。
2.加药处理工艺
调储罐来水经反应提升泵提升至预处理器进行加药处理。预处理器的主要作用是保证药剂和污水充分混合反应，在内部结构的作用下持续保持紊流状态，促使污水和药剂进一步混合反应。
原理：一台预处理器共有两个腔体，一号腔中下部加4#药剂，上部加1#药剂；二号腔中下腔加2#药剂，上腔加3#药剂。污水先进入一号腔体与下腔的4#药剂进行充分反应后进入上腔与1#药剂进行反应，再进入二号腔体先与二号腔体中的下腔体2#药剂进行反应后进入上腔体与3#药剂进行反应。再经反应提升泵提升至旋流分离器进行处理。
旋流分离器主要结构由罐体、布水系统、聚结调料层、集水系统、反冲洗排泥系统、人孔等构成。其原理是：污水进入丁字形分流管，从两端的两个反向出口沿罐体以切线状流出，在锥形罐底的辅助下，推动罐体内污水形成旋涡状向上流动，在向上流动的过程中，凝绝成的絮状物和较重的物质下降到罐底经定期排污排出，悬浮物在随水流向上流动中，经过填料层时过滤沉积下来，经过反冲洗排走。经过预处理及旋流分离器处理后的污水水质能够达到含油≤8mg/L，机杂≤15mg/L，含铁≤0.5mg/L，PH在7.0-7.5之间。
三、药剂分析
1.实验意义
由于污水中常含有铁质，主要为二价铁，常以Fe（HCO3）2的形式存在，二价铁极易水解，生成Fe（OH）2，氧化后生成Fe（OH）3，易堵塞地层，对以注水形式的采油井，需要除铁。
大量Ca（OH）2会造成管线及设备的结构，降低Ca（OH）2的含量可以缓解现运行管线及设备的结垢问题，降低设备的检修周期，同时减少淤泥的产生，排至干化池的污水中淤泥含量减少，降低干化池的清理周期，减少加药量，节约成本。
2.药剂实验
第一组实验：
取500ml调储罐出口水，按照配比加入1#、2#、3#药剂。依据前端排量为500m3/h，水温为65℃时的配比，计算500ml应加入的药剂量。根据计算的到，质量分数为10%的1#药剂1.98ml，10%的2#药剂0.18ml，0.2%的3#药剂0.28ml。按顺序分别加入1#、2#、3#药剂，实验现象如下：
可观察到粗粒絮凝体凝结成团，形成大的絮凝体，静置片刻，絮凝体沉降至烧杯底部，上层溶液变澄清，上层清夜稍带少许悬浮物。取上层清液10ml，测溶液pH及Fe2+含量。测得上清液pH为7.0；Fe2+含量为0.2ppm。
第二组实验：
取500ml调储罐出口水，按照配比加入1#、2#、3#药剂、双氧水。依据前端排量为500m3/h，水温为65℃时的配比，计算500ml应加入的药剂量。根据计算的到，10%的1#药剂1.12ml，10%的2#药剂0.16ml，0.2%的3#药剂0.34ml，10%的双氧水0.15ml。按照顺序分别依次加入双氧水、1#、2#、3#药剂。实验现象如下：
可观察到加入双氧水，水迅速变黄。絮凝体凝结成团，形成絮凝体，静置片刻，絮凝体沉降至烧杯底部，上层溶液变澄清。取上层清液10ml，测溶液pH及Fe2+含量。测得pH为7；Fe2+小于1ppm，与0～1ppm比色器比色，测得含Fe2+为0ppm。
第三组实验：
取500ml调储罐出口水，按照配比加入1#、2#、3#药剂、次氯酸钠溶液。依据前端排量为500m3/h，水温为65℃时的配比，计算500ml应加入的药剂量。根据计算的到，10%的1#药剂0.78ml，10%的2#药剂0.16ml，0.2%的3#药剂0.36ml，10%的次氯酸钠溶液0.27ml。按照顺序分别依次加入次氯酸钠溶液、1#、2#、3#药剂。实验现象如下：
通过以上实验步骤，可观察到絮凝体凝结成团，形成絮凝体，静置片刻，絮凝体沉降至烧杯底部，上层溶液变澄清，透光性好，上层清夜稍带少许悬浮物。取上层清液10ml测溶液pH及含铁质浓度。测得pH为7；Fe2+小于1ppm，与0～1ppm比色器比色，测得含Fe2+为0ppm。
四、结论
通过以上三组实验，可以清晰的看出：第一组实验加入了大量的Ca（OH）2，利用其将Fe2+氧化成Fe3+。虽然达到了除铁的目的，但是会生成大量的CaCO3，不但会造成设备及管线的结垢，缩短检修周期，增加检修成本。同时会增加淤泥的量，加大旋流分离器的反冲洗。第二组实验，由于双氧水具有氧化性，可以将Fe2+氧化成Fe3+，所以在加入石灰乳之前加入双氧水。加入后减少了石灰乳以及絮凝剂的使用量，并且处理效果明显，同时降低成本。第三组实验：利用次氯酸钠代替双氧水，次氯酸钠具有弱碱性，氧化性，从理论上可以使Fe2+氧化成Fe3+，同时通过其的弱碱性调节PH值，降低石灰乳的含量。但在实验中发现，加入的次氯酸钠溶液较多时可以达到这个目的。虽然降低了石灰乳的使用量，但增加了助凝剂的使用量，同时处理后的污水上清液的透光度并没有第二组试验好，同时增加药剂成本。通过以上对比可以看出，第二组实验优化水质，同时降低了石灰乳的含量。