老區(qū)油田由于已建設(shè)施適應(yīng)能力下降和采出液含聚濃度上升，部分污水處理站的運(yùn)行工藝及設(shè)計(jì)參數(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有水質(zhì)的要求，處理后水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。因此，本次選取的研究對象為污水處理工藝中的沉降節(jié)點(diǎn)，針對其存在的問題，進(jìn)行影響因素分析，提出合理的工藝優(yōu)化措施，以達(dá)到改善沉降節(jié)點(diǎn)后續(xù)水質(zhì)和提高工藝適應(yīng)性的目的。

　　1、污水處理工藝及沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)現(xiàn)狀

　　對部分污水處理站沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)情況進(jìn)行化驗(yàn)分析，其中一沉含油去除率最高可達(dá)92.94%，最低則為-10.62%;一沉懸浮物去除率最高可達(dá)72.54%，最低則為7.46%;二沉含油去除率最高可達(dá)79.7%，最低則為2.51%;二沉懸浮物去除率最高可達(dá)66.67%，最低則為-13.56%。

　　通過分析現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，沉降節(jié)點(diǎn)含油和懸浮物去除率波動(dòng)范圍較大，且部分污水處理站沉降節(jié)點(diǎn)去除率偏低，處理后水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，應(yīng)確定影響沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)的關(guān)鍵因素，提出相應(yīng)改進(jìn)措施。

　　2、沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)影響因素分析

　　影響沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)的主要因素為沉降罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)及沉降時(shí)間。

　　由于重力式沉降罐只靠油水密度差來實(shí)現(xiàn)油水分離，因此沉降罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接影響沉降罐分離效率的好壞，其中主要包括配液管、集水管、集油槽等，各部件的的形狀、數(shù)量及相對位置均會(huì)對沉降罐的除油效果有影響。污水中含油和懸浮物含量隨沉降時(shí)間的延長而減少。沉降罐內(nèi)油層和泥層會(huì)侵占罐內(nèi)有效空間，減少有效沉降距離，縮短沉降時(shí)間，使得沉降罐沉降分離效果變差。

　　3、沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)提升技術(shù)措施

　　3.1 沉降罐配水裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化

　　3.1.1 沉降罐配水裝置結(jié)構(gòu)的改進(jìn)形式

　　沉降罐配水裝置由配水干管、配水支管及配水口組成，其作用是將待處理的含油污水穩(wěn)定而均勻地分配到整個(gè)分離區(qū)的過流斷面上。圖1是相關(guān)學(xué)者應(yīng)用軟件模擬出來的配水裝置改進(jìn)前后罐內(nèi)速度矢量圖，原型沉降罐內(nèi)配水裝置與油層之間速度矢量線縱橫交錯(cuò)，十分混亂，沉降區(qū)存在明顯漩渦流和返混流，配水裝置改進(jìn)后，配水裝置上方的速度矢量方向變化減少，沉降區(qū)速度矢量方向大體向下，流動(dòng)特性良好，為油水分離提供了有利條件。從中可見，配水裝置是影響罐內(nèi)流態(tài)變化的主要因素，其結(jié)構(gòu)將直接影響罐內(nèi)流場分布和油水分離效果。

　　污水沉降罐配水裝置多采用梅花點(diǎn)式喇叭口配水形式，開口朝上布置。油水混合物由配水口進(jìn)入罐內(nèi)后，由于存在向上的初速度，會(huì)在配水口與罐頂油層之間形成復(fù)雜流動(dòng)場，擾動(dòng)油層，影響油水分離。針對該問題，確定了兩種解決辦法：

　　1)改變配水口布置方向，配水口向下布置，出口處設(shè)置擋板，以確保水流方向向上;

　　2)改變配水形式，降低配水口初速度;取消喇叭口配水時(shí)的向上管道，增加配水口與罐頂油層之間距離。

　　優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)為兩圈同心圓的穿孔管，每個(gè)圓周上的配水管由四段弧形配水管組成。處于罐體同一四分之一結(jié)構(gòu)中的內(nèi)外兩根弧形配水支管與同一根配水干管相連，配水干管與進(jìn)液分配斗(或中心反應(yīng)筒)相連接。

　　3.1.2 沉降罐配水裝置仿真模擬分析

　　應(yīng)用Fluent軟件模擬計(jì)算配水裝置結(jié)構(gòu)改變前后配水口初速度大小。根據(jù)配水裝置實(shí)際尺寸建立幾何模型，選擇Mixture混合物模型、標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型、三維穩(wěn)態(tài)、隱式耦合求解器、SIMPLE算法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。

　　仿真模擬計(jì)算時(shí)，為了更好的對比結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后配水裝置內(nèi)的速度分布情況，配水干管入口處取相同速度值，設(shè)置配液管上開孔的總面積與原結(jié)構(gòu)相同部分開孔的總面積相同。按照配水形式的不同，共分為四種情況進(jìn)行仿真分析。軟件計(jì)算得到的配水裝置內(nèi)速度分布情況，見表1。

　　從分析結(jié)構(gòu)可以看到，油水混合物在進(jìn)入配水裝置后，流速沿著流動(dòng)方向逐漸降低;優(yōu)化后弧形配水支管內(nèi)油水混合物流速要明顯小于優(yōu)化前配水支管內(nèi)流速;三種穿孔管配水裝置內(nèi)速度分布情況相差不大;對四種配水形式各配水口處速度分布取加權(quán)平均，穿孔管(a)式及穿孔管(c)式配水在增加布水輻射面積的同時(shí)配水口平均流速均小于原喇叭口式配水，且穿孔管(c)式內(nèi)外弧流速差值及外弧平均流速均更小，各配水口流速分布又較為均勻，因此最終選擇變孔徑布置的穿孔管(c)式配水作為配水裝置的改進(jìn)形式。

　　3.2 混凝沉降罐中心反應(yīng)筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

　　混凝沉降罐中心反應(yīng)筒的作用是為了達(dá)到流體的緩沖，讓來水與所加藥劑能夠充分混合，并不起沉降作用。因此，選擇在中心反應(yīng)筒內(nèi)加裝斜板，并增加一組配水口，實(shí)現(xiàn)一次預(yù)分離。

　　油水混合物由進(jìn)水口流入中心反應(yīng)筒，流經(jīng)斜板后，斜板既能對流體起到緩沖作用，又可實(shí)現(xiàn)筒內(nèi)預(yù)分離，加劇細(xì)小油滴間的聚結(jié)。預(yù)分離后輕質(zhì)相從上配水口排出，此部分將在沉降區(qū)快速分離;筒底部的混合液含水率較高，整體混合液粘度較之前降低，此部分混合液由下配水口排至沉降區(qū)進(jìn)行油水分離，由于混合液粘度降低，分離速度也會(huì)較之前有所提高?？偟膩碚f，中心反應(yīng)筒加裝斜板后既能加快分離速率又能提高分離效率。

　　3.3 沉降罐排泥工藝改進(jìn)

　　大罐排泥方式主要有兩種，一是靜壓穿孔管排泥，二是泵抽排泥。靜壓穿孔管排泥是依靠大罐液位壓力將污泥壓入穿孔管內(nèi)，利用瞬時(shí)壓力將污泥排出罐外，一旦污泥在罐底大量堆積、壓實(shí)后，該排泥方式排泥困難;泵抽排泥需配套新建集泥坑，當(dāng)污泥堆積一定高度后，由排泥泵抽出至罐外，該排泥方式受集泥坑分布情況影響，管壁處污泥有堆積，排泥效果差[2]。結(jié)合上述兩種工藝自身特點(diǎn)，對排泥工藝進(jìn)行優(yōu)化。

　　一是采用靜壓排泥改良技術(shù)中的滑泥坡，在罐底修建錐形坡體，坡體表面采用非金屬小摩阻材質(zhì)，確?；嗥聟^(qū)域沉積泥能順利滑落至坡底，提高集泥效率;二是在滑泥坡上方增設(shè)液力旋轉(zhuǎn)沖泥裝置，該裝置以罐中心為軸，兩側(cè)沖泥管噴嘴的方向相反，沖泥管可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域、無死角的沖泥效果;三是在滑泥坡間布置半圓形排泥管，配合罐外排泥泵，構(gòu)成吸泥系統(tǒng)。新型排泥工藝的沖泥系統(tǒng)、吸泥系統(tǒng)采用同一臺(tái)離心泵。

　　整套排泥裝置具有沖洗與強(qiáng)排雙重流程，系統(tǒng)排泥時(shí)可先運(yùn)行沖泥裝置進(jìn)行液力旋轉(zhuǎn)沖泥，排泥方式采用靜壓排泥，沖泥完成后，排泥泵入口自動(dòng)切換至與排泥管連接，實(shí)現(xiàn)泵吸排泥。

　　應(yīng)用新型排泥技術(shù)進(jìn)行排泥時(shí)無需停罐，污泥能及時(shí)排出沉降罐，利于改善水質(zhì);沉降罐利用率高，不會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

　　4、幾點(diǎn)認(rèn)識

　　(1)優(yōu)化沉降罐配水裝置結(jié)構(gòu)，將梅花點(diǎn)式喇叭口配水更改為變孔徑雙弧形穿孔管配水，可降低配水口處流速，減輕對罐頂油層的擾動(dòng)，提高油水分離效果。

　　(2)根據(jù)斜板沉降理論，在混凝沉降罐中心反應(yīng)筒加裝斜板，實(shí)現(xiàn)一次預(yù)分離，可提高罐內(nèi)空間利用率，加快油水分離速率，改善油水分離效果。

　　(3)新型排泥工藝由滑泥坡、液力旋轉(zhuǎn)沖泥裝置、吸泥系統(tǒng)、罐外動(dòng)力泵組成，具有沖洗與強(qiáng)排雙重流程，排泥時(shí)無需停罐，污泥能及時(shí)排到罐外，確保沉降罐有效沉降空間，利于改善水質(zhì)。

　　(4)強(qiáng)化水質(zhì)過程控制，實(shí)施沉降節(jié)點(diǎn)水質(zhì)提升技術(shù)措施，可改善沉降節(jié)點(diǎn)出水水質(zhì)，促進(jìn)水質(zhì)全程達(dá)標(biāo)。(來源：大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所)