摘要：通過室內(nèi)模擬濾罐沖洗實驗和現(xiàn)場生產(chǎn)運行濾罐沖洗試驗，評價不同反洗方式石英砂濾料的再生效果，確定濾罐合理的反沖洗現(xiàn)場運行參數(shù)。根據(jù)室內(nèi)實驗和現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)分析，結(jié)合常規(guī)反沖洗水質(zhì)和石英砂濾料指標，高溫熱洗和投加清洗劑助洗對濾料再生有一定的效果；在反洗水溫為60℃左右、清洗劑濃度為2‰的條件下悶罐2h，石英砂濾料再生效果較好。應用石英砂濾料高溫熱洗技術(shù)，能夠改善石英砂過濾反沖洗效果，提高石英砂濾后水質(zhì)，延長石英砂濾料使用壽命，操作簡便，可在油田大面積推廣應用。

1、石英砂濾料污染機理

1.1污染濾料有機物質(zhì)譜分析

將污染的石英砂濾料通過環(huán)已烷浸漬，溶去表面的石油類有機物，并進行質(zhì)譜分析。結(jié)果表明，污染的石英砂濾料表面的吸附物種為復雜有機混合物，按石油類物質(zhì)分類，其中含有烷烴、烷基芳烴、環(huán)烷烴和稠環(huán)芳烴等石油類有機物。

1.2被污染的石英砂濾料及新石英砂濾料微觀掃描電鏡分析

由新石英砂濾料SEM照片及被污染石英砂濾料SEM照片可以看出，被污染濾料及新濾料的SEM照片均表現(xiàn)出片狀結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)SiO₂的結(jié)構(gòu)特征。新石英砂濾料表面呈粗粒狀形態(tài)，而被污染石英砂濾料表面有大量絮凝膠狀有機物。

綜上所述，被污染的石英砂濾料中主要污染物為原油及雜質(zhì)等，如芳烴、瀝青質(zhì)和膠質(zhì)，其與濾料作用的分子力和靜電吸引力較高，容易黏附在石英砂濾料表層。鑒于此，嘗試采用對反沖洗水加溫方式進行石英砂濾料反洗再生，通過檢測熱洗后濾料含油、含雜量隨溫度變化的數(shù)據(jù)，摸索隨著水溫升高濾料再生效果的變化規(guī)律，通過沖洗試驗優(yōu)選確定現(xiàn)場運行參數(shù)。

2、室內(nèi)實驗

2.1模擬濾罐沖洗實驗

為研究不同溫度下石英砂濾料高溫熱洗效果，利用聚北十六污水站現(xiàn)場小試裝置進行實驗，優(yōu)選現(xiàn)場運行的反沖洗溫度界限。實驗數(shù)據(jù)表明，模擬濾罐高溫熱洗實驗對污油的去除較為明顯，去除率均在90%以上。可見溫度能夠提高石英砂濾料表層油的脫附能力，提高油的去除率。但是隨著溫度升高，雜質(zhì)的去除率卻在降低，綜合濾料含油量和含雜量的去除效果，確定模擬濾罐熱洗實驗熱洗溫度為60℃。

通過模擬濾罐實驗，綜合去除效果和經(jīng)濟效益，當反洗水溫為60℃左右時，石英砂濾料再生效果較優(yōu)。鑒于溫度對于濾料雜質(zhì)去除貢獻較小，下步采用投加清洗劑進行助洗，以提高雜質(zhì)去除率。

2.2投加清洗劑助洗實驗

2.2.1燒杯試驗

利用清洗劑消耗掉黏性物質(zhì)，將污染物和與其結(jié)合的石英砂濾料分離開，與污染物作用產(chǎn)生的微量小氣泡相結(jié)合促進污染物與石英砂濾料本體分離，增進脫附效果。

通過燒杯實驗，觀察清洗劑的濃度對被污染石英砂濾料去除油污雜質(zhì)效果的影響。分別選取濃度為0.5‰、1‰、2‰和3‰的清洗劑浸泡被污染的石英砂濾料，并用玻璃棒不斷攪拌，使清洗劑與被污染石英砂濾料充分接觸混合。

實驗觀察到，當投入清洗劑后便有油污雜質(zhì)從被污染的石英砂濾料上脫落，并有大量氣泡冒出。一段時間后繼續(xù)觀察，在濃度為2‰的清洗劑中有大量的黏性物質(zhì)、油污雜質(zhì)等脫落，而在濃度為0.5‰和1‰的清洗劑中脫落的較少。這說明對于去除污染濾料上附著的污物，提高清洗劑的濃度對其去除率的提高是有利的，且去除速度也相對較快。

從化驗數(shù)據(jù)分析可知，當清洗劑濃度為2‰時，石英砂濾料的含油量達到了1.1%，含雜量達到了0.32%，含油量與試驗前的12.3%相比，去除率高達91.1%，含雜量與試驗前的5.31%相比，去除率達到93.9%。雖然清洗劑濃度為3‰時石英砂濾料清洗效果也較好，但從綜合去除效果及節(jié)省藥劑費用等方面考慮，選擇濃度2‰作為現(xiàn)場模擬實驗清洗劑投加濃度的上限。

2.2.2模擬實驗

為進一步驗證投加清洗劑助洗的實驗效果，對現(xiàn)場模擬濾罐投加0.5‰~2‰清洗劑助洗，考察石英砂濾料再生效果。

表1投加清洗劑助洗實驗濾料化驗數(shù)據(jù)

清洗劑濃度		含雜量/%	去除率/%	含油量/%	去除率/%
0.5‰	反沖洗前	1.49	83.89	0.55	89.64
	反沖洗后	0.24		0.057
1‰	反沖洗前	1.32	85	0.67	93.58
	反沖洗后	0.198		0.043
2‰	反沖洗前	1.38	89.86	0.51	94.31
	反沖洗后	0.14		0.029

由表1可知，隨著投加清洗劑濃度的增加，石英砂濾料雜質(zhì)及油污的去除率也在增加，當清洗劑濃度為2‰時，反沖洗后的石英砂濾料含雜量及含油量去除率分別為89.86%和94.31%。由此可知，投加清洗劑反沖洗效果明顯，對反沖洗過程中雜質(zhì)及油污的去除具有明顯的作用。

2.2.3試驗小結(jié)

綜合以上實驗數(shù)據(jù)，當投加2‰濃度的清洗劑時，石英砂濾料再生效果較好，含油、含雜量去除率均在90%左右。

3、現(xiàn)場試驗

根據(jù)室內(nèi)實驗結(jié)果，選擇聚北十六污水站10#過濾罐進行現(xiàn)場沖洗試驗，通過現(xiàn)場運行不斷優(yōu)化熱洗方式。

3.1常規(guī)反沖洗

現(xiàn)場試驗前，先進行了常規(guī)反沖洗石英砂濾料再生效果考核，化驗數(shù)據(jù)見表2。

表2石英砂過濾罐常規(guī)反沖洗濾料化驗數(shù)據(jù)

石英砂濾料		含油量/%	含雜量/%
反沖洗前	表層	10.68	4.41
	中層	8.98	3.61
	下層	10.88	2.86
	平均	10.18	3.63
反沖洗后	表層	10.40	3.88
	中層	8.46	3.17
	下層	10.67	2.58
	平均	9.84	3.21
去除率		3.31	11.57

通過以上數(shù)據(jù)可知，石英砂過濾罐常規(guī)水洗后石英砂濾料含油量下降0.34%，下降比率僅在3%左右；雜質(zhì)含量下降0.42%；下降比率為11.57%。石英砂濾料再生效果差，說明反沖洗時油污和雜質(zhì)仍黏附在石英砂濾料上，且不能隨反沖洗水一起外排。

3.2高溫熱洗

首先進行工藝流程改造，在原反沖洗進口管線上開口，安裝DN50管線及閥門，作為熱洗水的進口；在罐頂人孔處開口，安裝DN50管線及閥門，作為排污口。

根據(jù)小試結(jié)果，用洗井車（溫度60℃左右）注反沖洗水，同時加入清洗劑，悶罐2h后利用羅茨泵將罐內(nèi)反沖洗后的污水排至聚北十六污水站回收池內(nèi)。通過不斷循環(huán)操作，提升并保持該罐內(nèi)反沖洗水溫在60℃左右，滿足試驗要求。

高溫熱洗后，石英砂濾料含油、含雜量比試驗前分別下降7.32%、1.77%，下降比率分別為74.4%和55.1%。與常規(guī)反沖洗相比，石英砂濾料經(jīng)高溫熱水反洗后，濾料含油、含雜量下降比率分別提高了71.06%和43.53%，石英砂濾料再生效果明顯。

3.3試驗小結(jié)

根據(jù)室內(nèi)實驗和現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)分析，結(jié)合常規(guī)反沖洗水質(zhì)和石英砂濾料指標，高溫熱洗和投加清洗劑助洗對石英砂濾料再生有一定的效果；在反洗水溫為60℃左右，清洗劑濃度為2‰的條件下悶罐2h，石英砂濾料再生效果很好。

4、結(jié)語

通過室內(nèi)模擬濾罐沖洗實驗和現(xiàn)場生產(chǎn)運行濾罐沖洗試驗，評價不同反洗方式濾料的再生效果，確定合理的反沖洗現(xiàn)場運行參數(shù)，為改善石英砂過濾工藝處理效果，提高濾后水質(zhì)質(zhì)量，延長石英砂濾料的更換周期提供技術(shù)依據(jù)。

(1)高溫熱洗與清洗劑助洗疊加使用，黏附在石英砂濾料上的污染物質(zhì)在高溫熱水和藥劑的作用下與濾料脫離，而且附著在石英砂濾料上的油污等雜質(zhì)溶解在高溫水中，石英砂濾料再生效果明顯。

(2)應用石英砂濾料高溫熱洗技術(shù)，能夠改善石英砂過濾反沖洗效果，提高石英砂濾后水質(zhì)，延長石英砂濾料使用壽命，操作簡便，可在油田大面積推廣應用。

(3)下步將在生產(chǎn)運行中繼續(xù)摸索石英砂濾料被污染規(guī)律、熱洗時間和周期，優(yōu)化生產(chǎn)運行參數(shù)，完善生產(chǎn)操作規(guī)程，進一步提高石英砂濾料再生效果。