核桃壳滤料的油田水处理应用

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摘要：本文从核桃壳性能出发，总结其在油田水处理中的应用，重点阐述了核桃壳作为滤料在过滤罐中的利用以及过滤罐的相关改造。旨在提高核桃壳作为滤料在油田中的利用率，改善油田水处理的效果。

关键词：核桃壳滤料 性能 过滤罐 改造

The application and regeneration of walnut material in oil field

Du Zhong-hua Wang Jing-chang Zhao Jian-tao Liu Chun-ming

College of Environmental and Chemical Engineering, Dalian University Dalian 116622 China

Abstract ：This paper summarizes the application in oilfield water treatment according to the characters of walnut, mainly expounding the application of walnut filter in the filtering tank and some reforms of filtering tank. It Aims to make walnut filter material in the oil field more effective.

Key words: walnut filter function filtering tank reform

近年来，核桃壳作为一种废弃再生资源，因其本身的特有性质，且来源广泛廉价，在含油污水处理上应用越来越广泛。据数据统计，云南核桃壳的年产量高达5.14万吨,每年加工取仁后核桃壳被当作燃料烧掉,利用价值极低，且污染环境。因此，如能将上述资源合理利用于石油水处理中，必将提高核桃壳的利用价值。

核桃壳过滤技术是上世纪80年代中后期在国内发展起来的，成套生产技术早已成熟，陆上、海上油田均有广泛应用。大庆油田应用的较晚，1998年建成的“南Ⅱ-1采出水处理站”，是大庆油田首次大量应用，获得了很好的效果。但随着应用的扩大化就出现了长期使用核桃壳滤料结块，导致过滤效果变差，即使进行反冲洗滤料也不能得到很好的再利用。因此，这就要求我们对核桃壳滤料进行深层清洗，使其达到重复利用的效果。

到现在为止，核桃壳广泛性应用体现[1-2]：制造活性碳、提取棕色素、生产抗氧化剂、制作抗聚剂、作堵漏材料、加工有机稀释肥、作过滤材料等方面。本文对核桃壳在吸附油的使用方面进行了综合介绍,为核桃壳的综合利用提供了有效途径。

1. 核桃壳的基本性质与截污性能

据分析,每100 g核桃壳中含灰分0.663g、水分9.59 g、苯醇抽出物3.71 g、木质素38.05 g、纤维素30.88 g、半纤维素27.26 g。因其组成成分，使其具有独特的物理性质，既而使其在作为过滤器的滤料方面有具大的贡献。

核桃壳滤料是采用优质的山核桃壳作原料,经过破碎、抛光、蒸洗、药物处理，两次筛选加工而成的一种水处理滤料。核桃壳滤料的特性如下表[3]：(表一）。

由其性质可推断，核桃壳滤料的截污过程以及截留污垢的性质主要包括以下几个方面[4]：a.重力作用下悬浮颗粒沉积在滤料表面形成的沉降污垢；b.滤料表面物理吸附或粘附作用下附着在滤料表面的污垢；c.静电引力作用下附着在滤料表面的污垢；d.扩散作用下渗入滤料内部孔道的污垢。

2. 核桃壳滤料的应用

在油田处理含油污水中，作为滤料的有石英砂、核桃壳、微孔陶瓷、膜和纤维介质等。其中，核桃壳具有来源广泛，吸附截污能力强，亲水能力强且抗油浸，硬度高，耐磨性好，化学性质稳定，较低的颗粒密度,易于进行水力反冲,且所需的反冲洗强度较低，重复利用相对高的特点，所以现在大多数油田都选用核桃壳作为滤料。

核桃壳作为滤料一方面具有普通滤料的截污能力,可以直接截留废水中的悬浮颗粒；另一方面，它能够依靠其特有的表面物理化学性能，通过粘附作用将采油废水中乳化油粒吸附于滤料表面或滤料表面的凝聚物上加以去除。

核桃壳可以被用来作为一种吸附剂[3,5,6]已经得到了很多科学证实。然而油质的粘稠度与表面张力都反向的影响核桃壳的吸附速率，同时从核桃壳中对油物再度回收要比其他水介质有更高的回收率，只需要通过力的压缩就能实现。同时核桃壳滤料用于预处理后洗井废水的过滤是合适的[7]。在一定的过滤周期内，随着滤料粒径的增大，油和浊度的去除率均呈下降趋势，但粒径较小的滤料更容易饱和而被穿透；同时，反冲洗时采用热水作为反冲洗水，反冲洗强度小于普通的石英砂滤料，强度大小及冲洗时间视滤料粒径不同而定，粒径较大的滤料更易反冲洗。

3. 核桃壳过滤罐与清洗罐的应用改造

核桃壳过滤器是以核桃壳为过滤介质，核桃壳经特殊处理，表面面积增大，吸附能力强，因而对油的去除率高。核桃壳过滤器是油田水处理系统中的关键设备，其结构影响过滤过程过滤效果蒸发物的挥发以及对环境的污染。而其与清洗罐的结合联用方式也会影响过滤与清洗效果，决定了滤料回收与再利用。

3.1核桃壳过滤器适用范围[8]：

适用于钢铁、冶金工业、煤炭行业含油污水及其它含油废水循环系统的再利用处理的过滤处理；适用于大水量的油田回注水精细过滤、海上石油平台产出水及稠油油田热采锅炉再生利用水处理；适用于电厂、炼油厂和石油化工厂的冷却循环水的过滤处理及深度处理。

3.2过滤罐的改造

随着聚驱采油技术的发展，水中聚合物的增加导致核桃壳过滤出现了反冲洗憋压、跑料、滤料清洗不彻底等问题。因此，对核桃壳过滤器的改造势在必行。

3.2.1 搅拌式泵循环式及搓洗式核桃壳过滤罐改进

首先通过对核桃壳过滤罐进行参数优化和改进技术[9]，在搅拌式核桃壳过滤器横向布水筛管基础上，增加立向布水筛管；在横向布水筛管下增加防护筛板；采取分层段反冲洗工艺，即在滤料顶部增加中节反冲洗供水系统。有效解决了聚合物驱污水处理中反冲洗压力高、滤料流失严重等实际生产问题。

另一方面改进的泵循环式核桃壳过滤器[10]去浊性能优于搅拌式核桃壳过滤器，但仍可借用改造前者的改造方式优化泵循环式核桃壳过滤器。此外，也可改装为低压稳流核桃壳过滤罐[11]，采用低压反冲洗核桃壳过滤器技术,目的是减少滤罐的排污死角,控制滤料的膨化率,降低反冲洗压力,从而使反冲洗流量稳定[12]。

搓洗式核桃壳过滤工艺[13]也存在相同的问题,针对原滤料再生器内部易开焊跑料问题，将滤料再生器由滤料搓洗式改进为滤料流动式，拆除内部搓洗筛管；针对原过滤罐布水不均匀的问题，在罐内顶部新增加了布水器；针对放空管管径小，易凝油堵塞问题，将放空管管径由Φ60管线更换为Φ114的管线；针对过滤罐底部筛管易堵塞问题，采取了以下改进措施：一是在筛板上部新填加了高砾石垫层；二是在高砾石垫层表面增加压板。改进后的过滤器处理水质有了明显的提高。

在曹妃甸油田水处理系统中[14]，核桃壳过滤器反冲洗汇流管线上增加限流孔板，消除反冲洗对下游注水缓冲管的压力波动的影响。针对反冲洗管线上的球阀震颤问题，增加了该管线的支撑，在反冲洗出口管汇还增加一个球阀，加装滤网防止滤料堵塞，可采用先进的防堵型进水管和出水管。解决了核桃壳过滤器滤料更换周期短、除油效率低、运行效果差的问题，保证了油田正常生产。

通过对核桃壳过滤罐改造，得到了一种在线滤料清洗[15-16]途径，如下所示，（图一）。

以污水站现有的反冲洗流程[17]为基础，在反冲洗提升泵入口处增加一个支管，连接专用的再生剂投加装置。调节反冲洗泵和加药泵的流量，使药剂和水形成一定浓度的再生剂溶液打入过滤器中，经过核桃壳滤料再生后，含有原油等污染物的废液进入污水回收池初步沉降后打入沉降罐进行处理。为此研制了撬状滤料再生剂投加装置,装置由药剂储罐、加药泵和阀门等组成，确定了核桃壳滤料原位再生工艺。

3.2.2 滤料清洗方式改进

从节约资金又不影响生产的前提下，为了解决在滤罐内很难将滤料清洗彻底的问题，决定对滤料进行再生技术改造。提出了“体外循环” [18]进行滤料清洗再生的设想,也就是将滤料在罐外清洗后再重复使用的方案。

如何使滤料从过滤罐到清洗罐以及怎样才能将干净的滤料打回滤罐，这是改造的主要问题：主要用系统的压力和泵来控制滤料的进出。按新方案改造的滤料再生系统[19]，在来水含油25mg/l、含机械杂质35mg/l的情况下，过滤后污水水质达到含油小于4 mg/l，机械杂质小于8 mg/l，完全达到注水水质的要求。

另一种体外循环清洗核桃壳过滤器[20]由管线连接的过滤罐水滤料分离器和滤料回收器组成，可防止核桃壳滤料的流失。且本身加工制造简便，运行维护容易。

径向流核桃壳过滤器[21]反冲洗时滤料在过滤罐外进行体外循环，操作省时省水，反冲洗用水量仅为其它类似过滤装置的三分之一。

4. 总结

核桃壳作为油田污水处理中的滤料，具有其不可替代的优势。但要使核桃壳滤料的利用提高，就要从滤罐构造、反冲洗方式及体外滤料处理等方面做相应的研究与改善，在更经济的基础上使其能更好达到重复利用，且达到对陆面环境无污染的要求。

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