油田生产中产生的含油废水种类很多，水质差异也很大，本文介绍的处理工艺所处理的废水呈黑褐色，表面有沥青状漂浮物，有刺鼻气味，水温高达70℃，据有关资料报道，我国陆上油气田每年产生这样的高稠油废水约640万m3。过去的做法是就地挖掘蓄水坑，靠自然蒸发或渗入地下的方法加以处理，对环境造成污染，尤其在汛期污染更严重。该种含油废水经本工艺处理后，其水质可达回用水要求。
本工艺处理该种含油废水的成本为0.79元/m3（指全部设备运行的电耗、人工费、设备折旧费等）。
本套工艺处理量为15m3/h，总装机容量为7.0kW，设备及土建安装总投资56万元。
1 处理流程及其特点
1.1 处理流程
含油废水中的油分以浮油、分散油、乳化油、溶解油的状态存在。待处理的废水首 入斜板隔油池。在这里，颗粒大于100μm的油滴浮于水面（油水分离），经导油管流入集油池，回收后作为燃料油使用。本单元的油去除率为30%左右，大颗粒固体悬浮物在该单元沉降去除。
除去部分油分和大颗粒固体悬浮物的污水进入除油过滤机。该单元石油类去除率为98%，同时截留颗粒大于15μm的固体悬浮物。除油过滤机出水水质已有很大改善，水呈透明，只是略有颜色。
除油过滤机的出水进入精密过滤机。精密过滤机可进一步截留5μm以上的固相悬浮物和残留油分，也作为下一单元超滤的预过滤。超滤对油分去除率为99.8%，COD去除率为96%，超滤的出水为净化水，可重新使用。
整个流程还有一些反馈及辅助单元。如粗粒化机：接纳除油过滤机的清洗水和超滤的浓缩液进行油的浓缩；超滤清洗机：对超滤的组件进行清洗，以达到再生目的。
1.2 特点
（1）适应性强。整个系统由5个单元组成，生产运行表明，对于高稠油废水处理后用于低渗透油田的注水（固相物颗粒小于1μm）是有效的。另外还可针对废水性状和对出水水质要求进行不同的设备组合。
本系统设备在现场串联连接，在上、下游设备之间安装中间储液槽以便于调节设备间的流量匹配。
（2）占地少，生产周期短。各单元设备除超滤为外协供货外，其它均为工厂生产，可现场快速拼装，无需土建施工。
（3）处理效率高，无二次污泥。处理后出水可全部回收再利用，满足多种工业用水要求，处理过程不产生相变。与一般的三级污水处理过程相比，既减少了污泥处理环节又可避免由此带来的二次污染。
2 主要单元设备的功能及运行参数
2.1 斜板隔油池
2.1.1 功能
本单元的功能是去除相对体积质量大于1的杂质和相对体积质量小于1的重油。废水流经该单元时，由于斜板间狭窄通道的作用使固体颗粒迅速沉降和分离，又使油分迅速上漂和聚集，粒径大于100μm的油滴被去除。
2.1.2 原理及运行参数
斜板式隔油池（CPI油水分离器）是平行板式隔油池（PPI）的改良型。本装置采用倾斜板，倾斜角为45°。板间距20～40mm。处理水沿板面向上流，水中的油滴也沿板面向上流，然后用集油管汇集排出。水中的固体杂物落入槽底部，处理后水从溢流堰排出。设备进水含油量2100～2300mg/L；水力停留时间45min；过板雷诺数小于80；出水含油量2000mg/L；出水SS160mg/L。
2.1.3 主要特点
（1）整体为快速连接拼装式箱体，便于运输转场和改变处理水量。
（2）设备长期连续运行后，斜板上会沉积一些重油和其他沉淀物，导致水流截面积的减少及除油效率下降。本装置采用机械脉冲振动装置，定期清除沉积物。振动的周期、振幅和频率均可调，以满足不同水质的要求。
2.2 除油过滤机
2.2.1 功能及作用
过滤机兼有除油和过滤2种功能。其进水含油量2000mg/L，SS160mg/L；出水含油量110mg/L，SS5mg/L。
除油过滤机为整个处理系统的关键设备，在很多场合可以作为独立的设备来完成任务。如当进水含油量小于600mg/L时，在适当调整工作参数后，可一次处理达到排放标准。
2.2.2 工作原理
除油过滤机由罐体，离心式渣浆泵，流态化喷嘴等主要部件组成，外接电接点压力表发出信号控制5个电控截止阀（FD1～FD5）的开关。滤料为对油分有较强吸附作用的果壳。罐体上部安装的电控截止阀定期开启，以便排出聚集的油分。
正常过滤时废水从罐上部进入，通过滤床过滤后由罐下部排出。当滤料需要再生时，经过流态化、排污、稳床和清洗4个步骤。①流态化：渣浆泵开启，将滤料及废水的混合液吸入并经流态化喷嘴射出。在该过程中吸附于滤料上的异物得以充分脱落。②排污：滤料与附着物充分脱离后，渣浆继续运转。目的是扩大滤料之间的间距。此时废水从罐下部进入，将脱离后的附着物沿罐上部的中心管排出。③稳床：滤料沉降，形成再生后的滤床。④清洗：将滤床下部的废水排出。
2.2.3 设计
近代过滤理论认为，过滤的机理是机械筛除、固相物沉降水合吸附及范德华引力等综合作用的过程。按这一理论研制的滤床极大地提高了吸附能力，并为滤料再生过程中进行油的粗粒化提供可能。本过滤机当进水含油量为588mg/L时，去除率达98.3%。
（1）滤床的集水装置。普通过滤过程要求集水装置能防止滤料流失，降低反洗阻力，反洗时集水的水头损失如下式：
hc=[uB/（α·β）]2/2g
式中hc——水头损失，m；
uB——反冲洗强度，m3/（m2·s）；
β——集水装置开孔面积与滤层面积比；
α——集水装置流量系数。
其中uB，β据工作特点和滤层条件确定后，提高流量系数α，是降低阻力的途径。
研制的过滤机，反冲洗是靠滤料流态化完成滤层上部截留物和滤料吸附的油污，经反洗离心式渣浆泵和特殊设计的流态化喷嘴的作用被脱掉。在此过程中，由于整床滤料的充分扰动，颗粒间强烈摩擦碰撞，使水中油分粗粒化后富集于过滤机顶部自动排入回收单元。因此，集水装置应满足在滤料再生时其自身能得到彻底清洗，长期运行滤料磨损后不致流失。
过滤时，水流由外向内通过渐缩截面，清水流量系数α=0.7。瞬间形成一梯形槽状附加滤床，当滤料磨蚀后亦不致流失。反洗时水流方向相反，滤料得到彻底清洗。
（2）滤床的滤层。滤层的规格包括滤料材质颗粒组成和深度的合理确定。滤层深度可理解为被去除物的穿透深度和一个保护厚度之和，它与滤料的颗粒组成滤速和预处理都有关系。滤层的组成是过滤工作好坏的关键，近年来国内外对纤维球滤料和新型轻质烧岩滤料的研究及应用取得了满意的效果。受这些成果的启发，本工艺滤料采用天然果壳加工而成。与石英砂相比，破碎后的颗粒为多尖角形，具有体积质量小、比表面积大，相同颗粒组成时，空隙度大等特点。使吸附作用得以提高，并易于进行流态化反洗过程。
2.2.4 特点
除油及过滤能力强，滤料再生效果好，滤料不流失，无清水损耗；整机全自动运行；易损件寿命长。
2.3 自清洗式精密过滤机
2.3.1 功能和作用
自清洗式精密过滤机是超滤机的预处理装置。除油过滤机的出水，经精滤机过滤后进入超滤机。来水SS为5mg/L，出水SS为2.3mg/L，固相颗粒粒径为5～10μm。
2.3.2 组成及工作原理
精密过滤装置是由喂液泵，调节贮槽，电接点压力表，PLC控制装置，气动胶管阀和过滤器本体组成。精滤器罐体等部件采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料制成，内部采用聚丙烯纤维作滤元，兼有除油功能。正常过滤状态时：由喂液泵供待处理水，经过过滤机滤芯过滤，从出水管流出给超滤机，此时气动胶管阀关闭。反冲状态时：当长时间过滤后，滤芯堵塞，根据滤元内外压差，由电接点压力表反映出来，同时给PLC发电信号，PLC给反冲电机和气动胶管阀发电信号。反冲洗电机带减速机及转盘转动反洗，气动胶管阀打开排出反洗污水，反冲洗排水进入斜板隔油池。当滤元内外压差降低后，电接点压力表再发电信号给PLC，PLC使反冲洗过程结束，恢复到正常过滤状态。
2.3.3 特点
（1）过滤器由PLC控制，全部过程实现自动控制。
（2）独特的反冲洗装置：反冲过程中，减速器带转盘旋转，使2个或3个滤元自动改变进出水流方向，从而达到连续出水并自动反冲洗。
（3）过滤器的法兰块是特殊设计，使滤元安装孔的分布圆直径缩到极小，这样转盘直径也同样减小，目的是为了减少摩擦力和负载转矩。减小了电机和减速器功率，达到了节能、使用可靠、寿命长、故障少的效果。
2.4 超滤机
本超滤机为外协提供的管式超滤器（试验机）。
2.5 旋转喷嘴式粗粒化除油机
2.5.1 作用
粗粒化除油机（简称粗粒化机）接纳斜板隔油池的上部浮油出口及下部排污口、除油过滤机上部浮油出口以及超滤的浓缩液出口的来液。来液的油分较高，且含有少量固体悬浮物。来液中90%的油分和绝大部分固体悬浮物被粗粒化机滞留。粗粒化机的出水水质优于斜板隔油池的出水，因此，粗粒化机的出水进入除油过滤机的入口。粗粒化机为间歇式工作。
2.5.2 结构和工作原理
粗粒化机是由上下2部分组成的圆柱型罐体，罐竖直放置。罐上部为入口，下部为出口。
罐的上部放置2个电加热器，目的是为进入罐的来液加温。
罐上部的来水管出口接入一个旋转式喷嘴，目的是使来液在进入罐内时能充分碰撞，极大限度地使油分聚集。
罐的下部放置填料及防填料流失装置，从上往下依次为：筛网，聚苯乙烯片，吸油用聚丙烯材料（圆片形），粒径在1.2～2.0mm之间的焦炭颗粒，隔板及滤水帽。
当储液槽中的来液充满后，粗粒化机开始工作（储液槽充满后可由液位计给控制微机发讯，微机发指令使喂料泵开启和相关阀门开关）。喂料泵将来液经FD3送到罐上部，由旋转喷嘴进入罐内，再通过填料床由罐下部流出，经阀门FD6又返回储液槽。此阶段加热器为来液加温，来液中的油分被填料阻隔。下一步，阀门FD6关闭，FD5打开，出水由罐体下部经阀门FD5进入除油过滤机。当储液槽中的来液全部处理完毕后，粗粒化机停止工作，等待下一次工作。当罐内上部油已达到预定量时，油位传感器发讯，设备进入出油、反洗阶段。出油：FD1打开，罐内聚集油在重力作用下，经FD1流出进入集油箱，送至使用场地（燃料油）。加热槽油全部流出后，FD1关闭，FD2打开，FD3，FD5，FD6关闭，FD4，FD7打开。喂料泵从特设的加热槽中吸水，热水经FD4进入罐下部，逆向通过填料层，对填料层进行反洗，反洗水经FD2流入斜板隔油池。
3 结语
油田含油废水数量多，分布广，对其进行有效处理并再次利用具有很好的社会效益、经济效益和环境效益。
希望通过本研究成果的应用在油田含油废水或特性相似的其他含油废水（如机械加工的冷却液等）处理中起到积极的作用。
