摘要：通過室內模擬濾罐沖洗實驗和現場生產運行濾罐沖洗試驗，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場運行參數。根據室內實驗和現場試驗數據分析，結合常規反沖洗水質和石英砂濾料指標，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，能夠改善石英砂過濾反沖洗效果，提高石英砂濾后水質，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 污染濾料有機物質譜分析
將污染的石英砂濾料通過環已烷浸漬，溶去表面的石油類有機物，并進行質譜分析。結果表明，污染的石英砂濾料表面的吸附物種為復雜有機混合物，按石油類物質分類，其中含有烷烴、烷基芳烴、環烷烴和稠環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照片均表現出片狀結構，呈現SiO2的結構特征。新石英砂濾料表面呈粗粒狀形態，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等，如芳烴、瀝青質和膠質，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據，摸索隨著水溫升高濾料再生效果的變化規律，通過沖洗試驗優選確定現場運行參數。
2、室內實驗
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場小試裝置進行實驗，優選現場運行的反沖洗溫度界限。實驗數據表明，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，綜合去除效果和經濟效益，當反洗水溫為60℃左右時，石英砂濾料再生效果較優。鑒于溫度對于濾料雜質去除貢獻較小，下步采用投加清洗劑進行助洗，以提高雜質去除率。
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，將污染物和與其結合的石英砂濾料分離開，與污染物作用產生的微量小氣泡相結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。一段時間后繼續觀察，在濃度為2‰的清洗劑中有大量的黏性物質、油污雜質等脫落，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。
從化驗數據分析可知，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省藥劑費用等方面考慮，選擇濃度2‰作為現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據
| 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及油污的去除具有明顯的作用。
2.2.3 試驗小結
綜合以上實驗數據，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、現場試驗
根據室內實驗結果，選擇聚北十六污水站10#過濾罐進行現場沖洗試驗，通過現場運行不斷優化熱洗方式。
3.1 常規反沖洗
現場試驗前，先進行了常規反沖洗石英砂濾料再生效果考核，化驗數據見表2。
表2石英砂過濾罐常規反沖洗濾料化驗數據
| 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 | |
通過以上數據可知，石英砂過濾罐常規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。
根據小試結果，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反沖洗后的污水排至聚北十六污水站回收池內。通過不斷循環操作，提升并保持該罐內反沖洗水溫在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%。與常規反沖洗相比，石英砂濾料經高溫熱水反洗后，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
根據室內實驗和現場試驗數據分析，結合常規反沖洗水質和石英砂濾料指標，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、結語
通過室內模擬濾罐沖洗實驗和現場生產運行濾罐沖洗試驗，評價不同反洗方式濾料的再生效果，確定合理的反沖洗現場運行參數，為改善石英砂過濾工藝處理效果，提高濾后水質質量，延長石英砂濾料的更換周期提供技術依據。
(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，能夠改善石英砂過濾反沖洗效果，提高石英砂濾后水質，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)下步將在生產運行中繼續摸索石英砂濾料被污染規律、熱洗時間和周期，優化生產運行參數，完善生產操作規程，進一步提高石英砂濾料再生效果。
