油田含油污水混凝投药自控技术

杨艳玲 李星 李圭白(哈尔滨建筑大学市政环境工程学院)
程继顺 徐德会(大庆油田建设设计研究院)

　　在现有的多种含油污水处理工艺中，一般都有投加混凝剂的处理过程，水质和水量等参数随时间而变化。一般处理站原水含油量为100～1 000mg/L，悬浮固体为20～100 mg/L，变化幅度很大。常规处理时，一次沉降罐出水含油量为50～400 mg/L，悬浮固体为15～80 mg/L，变化幅度也很大。
　　目前含油污水处理工艺中采用的投药控制方法多是根据水量或浊度等少数表观水质参数确定的，由于混凝的影响因素众多，并且传感器易受油粘污，很难准确有效地控制加药量。
　　本文介绍一种新型透光脉动混凝测控系统，可直接测定絮凝体颗粒相对粒径及数量，能灵敏地反映出加药后的混凝程度。该方法只需检测混凝程度(即絮凝体粒径)一个控制性因子就能实现投药量的自动控制，是含油污水混凝投药自控技术的一个突破。

1 混凝检测及自动控制技术

1.1 透光脉动混凝检测技术
　　混凝检测自控投药系统的核心部分为混凝检测器，它基于光电检测原理。当一束光透射过流动的悬浮液时，在光束照射到的液体体积内，悬浮颗粒的数目是不断变化的，因此透过光强度也是不断变化的。如果在悬浮液两侧放置光源及光敏传感器，就可将这种颗粒数目的变化，从光强信号转换成电信号进行检测。电信号的一部分为变化(脉动)的成分，相当于颗粒数变化造成的光强度的波动，将其分离出来放大，就可得到反映该脉动值的有效检测信号，该值仅与絮凝体的颗粒数目及粒径有关。
　　该检测输出值可用脉动值与平均值的比值R来表示，R称为相对脉动值。这一参数可避免仪器透光壁面的沾污或光电池老化等因素对输出值的影响，这是该检测技术的一大优点，特别适用于如含油污水等特种工业污水的处理。该检测技术具有流过式检测方式，因此有可能用于连续在线检测及控制过程中。
1.2 基本构成和控制方法
　　系统由传感器、智能测控仪和执行机构(变频调速装置、投药泵等)组成，它们构成一个单回路反馈控制系统。图1为含油污水深度处理工艺流程的投药控制系统示意图，其中水样从反应阶段取样经过传感器后排放，检测到的有效信号传输至控制器，经过处理和运算后，控制器输出标准信号4～20 mA至执行机构(变频调速器)，改变投药泵电机工作频率，从而控制投药量。改变投药量后的含油污水经过混合反应再次经传感器检测，这样整个系统构成了一个反馈闭合回路。

　　当原水的某个参数发生变化时，混凝程度也随之发生变化，例如当原水悬浮固体量升高时，反应出加药量不足，混凝程度不足，絮凝颗粒粒径减小，检测值R减小，偏离设定值R_S，测控仪通过变频调速器控制加药泵增加投药量；当悬浮固体量减小时，也会形成类似的控制过程。

2 实例

2.1 工艺流程和设计参数
　　试验在油田的一个综合试验站进行，工艺流程如图1所示。现场试验装置工艺流程与工业生产装置相同，各处理构筑物的形式、构造和设计参数，运行参数，投药情况均与生产装置相似。试验采用泵前投加混凝剂、泵混合、旋流反应器及二级过滤的工艺流程。
2.2 稳态运行过程
　　众多研究结果表明，R值与絮凝体粒径及沉淀速度有直接的相关关系，这里仅用R值表示含油污水的混凝程度及沉降性能。试验中，当自控系统在稳态运行时，R值始终围绕在设定值R_S周围波动，波动范围在R_S±0.3左右。
2.3 流量变化的调节性能
　　在流量发生变化时，检测值R一般在1～3 min内响应，可以对变化进行较快的控制。变化状态达到平稳的时间较长的原因是由于旋流反应器的反应时间较长且返混情况比较严重。从该反应器的工况可知，整个投药控制系统的控制滞后时间在极大程度上受反应条件的限制；如改变反应器的种类或反应时间等参数，则可在很大程度上改善投药控制系统的控制效果。br>2.4 水质变化的调节性能
　　在现场试验中很难人为大幅度改变原水的水质，故采用改变设定值的相对方法来观察系统控制情况。当设定值由原来的R_S值变成R_S+ΔR值时，相当于原水颗粒浓度突然增加或者加药量突然减小，使原来的稳定运行状态被破坏，此时自控系统将对偏差ΔR_S进行调节。
　　图2的结果为设定值发生变化时投药控制系统的运行状况。设定值R_S由4.5突减为3.6，R值在1～3 min内就有响应，加药量亦随之迅速减少，但在30 min后才达到平衡状态，这是因反应器内水流返混情况严重造成的。
　　由图2可见，在原水水质发生变化时，R值受到影响而逐渐增加，加药量进行相应的调整后，R值恢复至设定值附近。水质波动对处理系统的运行造成一定影响，通过加药量自控系统能很快地缓解乃至消除这些影响。试验结果表明，该系统的调节性能较好。

　　以透射光检测值的脉动程度为基础的新型光电检测技术可连续在线检测出絮凝体颗粒的相对粒径和数量。将该技术用于油田含油污水混凝投药的检测和控制，仅用一个参数R就可反映混凝程度，使控制过程大大简化。试验结果表明，该技术可反映出处理工艺的水质和流量变化的影响，并可根据这些参数的变化对加药量进行自动控制。其控制性能和调节性能良好，可以显著改善含油污水处理效果，具有很好的实际应用价值。

参考文献

　　1 Gregory J.A simple particle monitor for low-turbidity waters.AWWA Water Quality Technology Conference, 1998
　　2 李化民等.油田含油污水处理.北京：石油工业出版社，1990

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