4.1.3 杏十五-1 污水处理站
为满足低渗透对注水水质的要求，大庆油田采油五厂在杏十五-1 联合站新建含油污水一座，采用陶瓷膜过滤处理工艺，设计规模为 1.6*104m3/d.其主要设备表及主要构筑物表见下表：
此站主要工艺流程为原水首先投加混凝剂和杀菌剂，然后进入横向流聚结除油器，后进入核桃壳过滤器，核桃壳虑后水加杀菌剂进入膜前来水缓冲罐，经过水泵增压后进入陶瓷膜过滤系统；透过陶瓷膜产出的合格水进入反冲洗罐和净化油罐；少部分净化水进入反冲洗罐后供陶瓷膜系统反冲洗及再生使用；大部分净化水进入净化水罐后，通过外输泵增压外输；浓度液大部分进入内循环，约 20%回收至原油集输系统沉降罐，进入普通处理前段再处理。其主要设计参数为：原水含油≤300mg/L,悬浮固体≤1000mg/L,来水压力≤0.15MPa;净化后水含油量≤5mg/L,悬浮固体≤1mg/L,悬浮物粒径中值≤1?m.
陶瓷膜装置主系统是陶瓷膜超滤工艺的核心部分，由陶瓷膜管、膜筒、膜组装配体、循环泵、自清洗过滤器及其配套管路、阀门、仪器仪表、控制系统等组成。膜管成多通道蜂窝状，每根膜管内有 37 个通道。膜管由精密定位板固定在膜筒内，每个膜筒内设置 99 个膜管。每 6 个膜筒用装配件装配为 1 个膜组，并配套一台循环泵与相应的管路、阀门、仪器仪表、控制系统，构成一个可独立执行超滤功能操作的单元。本项目共设 12 个膜组，并预留两个膜组位置。原水进入超滤膜处理主系统后，经过超滤膜的过滤处理，水中的悬浮物、油份被截留去除，水质得到净化。膜组出水经出水测试仪检测合格后经反冲洗罐汇入清水汇管，浓缩液进入浓缩汇管。
陶瓷膜超滤系统主要动作原理是原水经供料系统加压后分流到超滤主系统各膜组，控制系统根据膜组供水流量与压力表反馈的信号，指挥供料阀门动作。
膜组装配体与循环泵构成循环回路，循环泵根据循环流量计反馈的信号，通过变频调节转速，维持膜组循环流量，保证膜表面流速在设定的工作范围。系统工作到设定时间后或达到设定压差后由反冲洗系统自动反冲洗。系统到设定时间后由化学清洗系统实施自动清洗，如出水水质、流量不能满足正常要求时，输出信号到中央控制系统，提示进行手动化学清洗。
此系统各主要组成部分系统功能分别有：
陶瓷膜管：陶瓷膜成蜂窝管，液体从管内流过，在压力作用下水分子与小分子量溶解态物质可透过陶瓷膜内部的细微孔道，汇集于出水侧，悬浮物、油份、大分子被截留，从而实现水质净化。
膜筒与膜装配体：膜装配体固定膜筒、膜筒容纳膜管，膜筒安装在装配体上并与循环泵、配套管路、仪表、阀门构成可独立执行超滤功能的单元。
循环泵：超滤膜运行过程中，原水中各种污染物因浓度极化作用在膜表面富集，加大过滤阻力，降低膜通量。通过循环泵作用，液体在膜组内高速循环，使膜管内形成湍流，冲刷清洁膜表面，可有效克服浓度差极化影响，降低系统总能耗。循环泵设置变频器，可根据需要调节转速，进一步降低能耗。
自清洗过滤器：膜组入水处设置的精度 150?m 的自清洗过滤器，能够过滤去除大颗粒悬浮物，起到保护陶瓷膜的作用。自清洗过滤器持续运行到设定时间或设定压差后，可在线清洗，排除堵塞过滤器的悬浮物到污水间。
流量及耗能计算：
1、产水率指膜组产水量与原水量比值的百分比，其计算方法为产水量/原水量*100%.
本系统单个膜组原水平均流量 75m3/h,产水量 60 m3/h,排出浊液平均流量15m3/h.
产水率=60/75*100%=80%.
全周期产水率在产水量基础上扣除系统自用水量而得的产水率。系统反冲洗的化学冲洗需要消耗少量的产出水。
单个膜组每半小时反冲洗一次，耗水 0.5m3.
每个膜组化学清洗周期为：碱洗周期 120h,综合药洗周期 480h,酸洗周期1440h.即每 1440h 碱洗 12 次，药洗 3 次，酸洗 1 次，合计 16 次。每次化学清洗消耗水 20m3.整个化学清洗水量=20*16/1440=0.22 m3/h.
全周期产水率=（60-0.5-0.22）/75*100%=79.04%2、循环泵的计算及选择
膜表面流速一般为 3.5-5m/s,此处取平均值 4.2m/s.
循环泵流量=单位流速所需流量*单侧膜组数*膜面流速=0.75*3*99*4.2=935.55 m3/h.
根据膜组工作曲线可知，当膜表面流速为4.2m/s时，单侧膜组压降为1.67bar,因此循环泵压降需求为 1.67*2=3.34bar.
因化学清洗过程中膜组水路内充满化学清洗药剂，应使用耐酸碱泵。
选择耐酸碱泵一台，标准工矿流量下为 1000 m3/h,压力为 3.9bar,功率为160KW.此系统根据实际需要流量、压力低于标准工矿，查泵的工作曲线可知实际功率为 132KW.
3、管径计算选择
原水进水管：每个膜组设一根进水管，服务 6 个膜筒，输入原水量 75 m3/h,选择 DN200 管径，流速为 75/（0.785*0.20*0.20*3600）=0.66m/s.
清液出水管：每个膜组设一根出水管，服务 6 个膜筒，排出清液 60 m3/h,选择 DN150 管径，流速为 60/（0.785*0.15*0.15*3600）=0.94m/s.
13/h,选择 DN80管径，流速为 15/（0.785*0.08*0.08*3600）=0.83m/s.
4、过滤系统耗电量计算
本系统主要动力为循环泵，运行状态为常开，按照泵的工作曲线得泵运行功率为 132KW.
单台泵日耗电 132*24=3168kwh按泵组配备变频装置，平均日耗电低于最大耗电量 10%进行计算，实际日耗电量 2851kwh.
12 个膜组则日耗电量为 2851*12=34212kwh.
通过能耗计算可知，陶瓷膜过滤系统每日耗电 34212kwh,耗能较高。
根据此站主要工艺流程选择四处地点对水质进行化验监测，分别为原水进站处、横向流聚结除油器出水处、核桃壳过滤器出水处和陶瓷膜过滤装置出水处，主要监测项目为含油量及固体悬浮物含量。经过 2015 年长时间监测记录得到水质记录见下表：
由图表可知本站所选用的核桃壳过滤器+陶瓷膜超滤装置工艺对含油污水中的油份及含油固体有着极佳的处理效果，经陶瓷膜超滤装置处理过后的出水含油量仅为 0.75mg/L,固体含量仅为 0.60mg/L,远低于 SY/T 5329-2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》中水质的控制指标。
4.2 三种处理工艺流程对比及优化
喇 290 污水处理站、聚中 312 污水处理站、杏十五-1 污水处理站三站的工艺处理技术为目前大庆油田广泛采用的主流污水处理技术，油田内部大部分污水处理站均采用这三个处理站所使用的处理工艺，通过对这三个污水处理站工艺流程、处理效果及建设规模等方面的分析，形成对比。
喇 290 污水处理站采用了“气浮+生物处理+固液分离+过滤”的工艺流程，日14m3,投资成本 2881 万元，运行成本 25342.4 元/天，合处理成本为 1.27 元/m3.出水水质可达到含油 3.8mg/L,悬浮固体含量 2.4mg/L 的水平，水质处理效果较好。此站在水质处理过程中采用了多种已经过多年实践十分成熟的技术，通过多种技术有机的组合，达到了相当高的处理水平，且建设成本及运营成本都较低，是目前大庆油田比较成熟完善的处理工艺。针对目前此类场站存在的气浮装置处理效果不稳定的情况，经现场试验，提高空气与污水流量的比率到 1:0.5,适当延长污水在罐内的停留时间，可比原时间延长半个小时至一小时，同时将气浮助剂、混凝剂和发泡剂的投入量加大 17%,可有效提高气浮装置的处理效果。
聚中 312 污水处理站采用了“一级曝气气浮+二级曝气气浮+一级双层滤料过滤+二级双层滤料过滤”的工艺流程，此工艺流程相对来说比较简单，日处理能力2.7×104m3,投资成本 2654 万元，运行成本 21245 元/天，合处理成本为 0.79 元/m3.
出水水质可达到含油 10.5mg/L,悬浮固体含量 14.6mg/L,悬浮物颗粒直径中值4?m 的水准。此站建设成本及运行成本较低，操作维护简单，污水处理量大，但是出水水质标准不高，在对回注水水质要求较高的地段需再进行继续处理才能回注，有一定的局限性。目前两级滤罐过滤存在的一个较大的问题就是滤罐的维护问题，主要是反冲洗效果不好，经过多次反冲洗后由于反冲洗不充分导致滤罐过滤效果下降，致使出水水质不达标，且存在反冲洗跑料现象，导致更换滤料周期缩短，运营成本增加。针对这一问题，经现场试验，加大反冲洗强度，将反冲洗强度增加到 10L/sm2,并将大强度反冲洗时间延长至 20min,反冲洗总时间延长至 30min,可大大提高滤料的再生效果，同时应优化滤罐结构，改善滤罐运行状态，延长滤罐的检修周期，从而达到提高处理效果，降低运营成本的目的。
杏十五-1 污水处理站采用了“横向流聚结除油器+核桃壳过滤器+陶瓷膜过滤系统”的工艺流程，日处理能力 1.6×104m3,投资成本 4120 万元，运行成本39845.4 元/天，合处理成本为 2.49 元/m3.由于采用了陶瓷膜超滤这一新技术，出水水质极佳，达到了“含油 0.75mg/L,悬浮固体含量 0.6mg/L,悬浮物颗粒直径中值 1?m”的水准，这是其他污水处理技术难以达到的水平。但是陶瓷膜超滤装置耗电量巨大，导致运行成本较高，适用于常规污水处理工艺达不到处理要求的超低渗透及特低渗透油藏等对回注水质要求极高的回注水处理。根据目前陶瓷膜超滤技术的实际应用，制约其在油田广泛推广的因素主要有两个：一是设备造价高昂，运行成本高。降低装置的制造成本，通过工艺的优化设计和技术创新，降低能耗，降低运行成本是实现陶瓷膜超滤技术大规模推广的必须条件。二是加大陶瓷膜材料的研究，提高陶瓷膜的材料性能。目前陶瓷膜材料的膜通量稳定性还不够好，面对油田污水复杂的水质条件，不能平稳高效地工作。同时陶瓷膜的耐污染性能有待提高，较短的运行周期导致频繁的更换陶瓷膜也增压了运营成本。应当研发陶瓷膜的再清洗方法，提高陶瓷膜的耐清洗性和清洗质量，实现陶瓷膜的再利用。
