摘要：通过室内模拟滤罐冲洗实验和现场生产运行滤罐冲洗试验，评价不同反洗方式石英砂滤料的再生效果，确定滤罐合理的反冲洗现场运行参数。根据室内实验和现场试验数据分析，结合常规反冲洗水质和石英砂滤料指标，高温热洗和投加清洗剂助洗对滤料再生有一定的效果；在反洗水温为60℃左右、清洗剂浓度为2‰的条件下闷罐2h，石英砂滤料再生效果较好。应用石英砂滤料高温热洗技术，能够改善石英砂过滤反冲洗效果，提高石英砂滤后水质，延长石英砂滤料使用寿命，操作简便，可在油田大面积推广应用。
1、石英砂滤料污染机理
1.1 污染滤料有机物质谱分析
将污染的石英砂滤料通过环已烷浸渍，溶去表面的石油类有机物，并进行质谱分析。结果表明，污染的石英砂滤料表面的吸附物种为复杂有机混合物，按石油类物质分类，其中含有烷烃、烷基芳烃、环烷烃和稠环芳烃等石油类有机物。
1.2 被污染的石英砂滤料及新石英砂滤料微观扫描电镜分析
由新石英砂滤料SEM照片及被污染石英砂滤料SEM照片可以看出，被污染滤料及新滤料的SEM照片均表现出片状结构，呈现SiO2的结构特征。新石英砂滤料表面呈粗粒状形态，而被污染石英砂滤料表面有大量絮凝胶状有机物。
综上所述，被污染的石英砂滤料中主要污染物为原油及杂质等，如芳烃、沥青质和胶质，其与滤料作用的分子力和静电吸引力较高，容易黏附在石英砂滤料表层。鉴于此，尝试采用对反冲洗水加温方式进行石英砂滤料反洗再生，通过检测热洗后滤料含油、含杂量随温度变化的数据，摸索随着水温升高滤料再生效果的变化规律，通过冲洗试验优选确定现场运行参数。
2、室内实验
2.1 模拟滤罐冲洗实验
为研究不同温度下石英砂滤料高温热洗效果，利用聚北十六污水站现场小试装置进行实验，优选现场运行的反冲洗温度界限。实验数据表明，模拟滤罐高温热洗实验对污油的去除较为明显，去除率均在90%以上。可见温度能够提高石英砂滤料表层油的脱附能力，提高油的去除率。但是随着温度升高，杂质的去除率却在降低，综合滤料含油量和含杂量的去除效果，确定模拟滤罐热洗实验热洗温度为60℃。
通过模拟滤罐实验，综合去除效果和经济效益，当反洗水温为60℃左右时，石英砂滤料再生效果较优。鉴于温度对于滤料杂质去除贡献较小，下步采用投加清洗剂进行助洗，以提高杂质去除率。
2.2 投加清洗剂助洗实验
2.2.1 烧杯试验
利用清洗剂消耗掉黏性物质，将污染物和与其结合的石英砂滤料分离开，与污染物作用产生的微量小气泡相结合促进污染物与石英砂滤料本体分离，增进脱附效果。
通过烧杯实验，观察清洗剂的浓度对被污染石英砂滤料去除油污杂质效果的影响。分别选取浓度为0.5‰、1‰、2‰和3‰的清洗剂浸泡被污染的石英砂滤料，并用玻璃棒不断搅拌，使清洗剂与被污染石英砂滤料充分接触混合。
实验观察到，当投入清洗剂后便有油污杂质从被污染的石英砂滤料上脱落，并有大量气泡冒出。一段时间后继续观察，在浓度为2‰的清洗剂中有大量的黏性物质、油污杂质等脱落，而在浓度为0.5‰和1‰的清洗剂中脱落的较少。这说明对于去除污染滤料上附着的污物，提高清洗剂的浓度对其去除率的提高是有利的，且去除速度也相对较快。
从化验数据分析可知，当清洗剂浓度为2‰时，石英砂滤料的含油量达到了1.1%，含杂量达到了0.32%，含油量与试验前的12.3%相比，去除率高达91.1%，含杂量与试验前的5.31%相比，去除率达到93.9%。虽然清洗剂浓度为3‰时石英砂滤料清洗效果也较好，但从综合去除效果及节省药剂费用等方面考虑，选择浓度2‰作为现场模拟实验清洗剂投加浓度的上限。
2.2.2 模拟实验
为进一步验证投加清洗剂助洗的实验效果，对现场模拟滤罐投加0.5‰~2‰清洗剂助洗，考察石英砂滤料再生效果。
表1投加清洗剂助洗实验滤料化验数据
| 清洗剂浓度 | 含杂量/% | 去除率/% | 含油量/% | 去除率/% | |
| 0.5‰ | 反冲洗前 | 1.49 | 83.89 | 0.55 | 89.64 |
| 反冲洗后 | 0.24 | 0.057 | |||
| 1‰ | 反冲洗前 | 1.32 | 85 | 0.67 | 93.58 |
| 反冲洗后 | 0.198 | 0.043 | |||
| 2‰ | 反冲洗前 | 1.38 | 89.86 | 0.51 | 94.31 |
| 反冲洗后 | 0.14 | 0.029 | |||
由表1可知，随着投加清洗剂浓度的增加，石英砂滤料杂质及油污的去除率也在增加，当清洗剂浓度为2‰时，反冲洗后的石英砂滤料含杂量及含油量去除率分别为89.86%和94.31%。由此可知，投加清洗剂反冲洗效果明显，对反冲洗过程中杂质及油污的去除具有明显的作用。
2.2.3 试验小结
综合以上实验数据，当投加2‰浓度的清洗剂时，石英砂滤料再生效果较好，含油、含杂量去除率均在90%左右。
3、现场试验
根据室内实验结果，选择聚北十六污水站10#过滤罐进行现场冲洗试验，通过现场运行不断优化热洗方式。
3.1 常规反冲洗
现场试验前，先进行了常规反冲洗石英砂滤料再生效果考核，化验数据见表2。
表2石英砂过滤罐常规反冲洗滤料化验数据
| 石英砂滤料 | 含油量/% | 含杂量/% | |
| 反冲洗前 | 表层 | 10.68 | 4.41 |
| 中层 | 8.98 | 3.61 | |
| 下层 | 10.88 | 2.86 | |
| 平均 | 10.18 | 3.63 | |
| 反冲洗后 | 表层 | 10.40 | 3.88 |
| 中层 | 8.46 | 3.17 | |
| 下层 | 10.67 | 2.58 | |
| 平均 | 9.84 | 3.21 | |
| 去除率 | 3.31 | 11.57 | |
通过以上数据可知，石英砂过滤罐常规水洗后石英砂滤料含油量下降0.34%，下降比率仅在3%左右；杂质含量下降0.42%；下降比率为11.57%。石英砂滤料再生效果差，说明反冲洗时油污和杂质仍黏附在石英砂滤料上，且不能随反冲洗水一起外排。
3.2 高温热洗
首先进行工艺流程改造，在原反冲洗进口管线上开口，安装DN50管线及阀门，作为热洗水的进口；在罐顶人孔处开口，安装DN50管线及阀门，作为排污口。
根据小试结果，用洗井车（温度60℃左右）注反冲洗水，同时加入清洗剂，闷罐2h后利用罗茨泵将罐内反冲洗后的污水排至聚北十六污水站回收池内。通过不断循环操作，提升并保持该罐内反冲洗水温在60℃左右，满足试验要求。
高温热洗后，石英砂滤料含油、含杂量比试验前分别下降7.32%、1.77%，下降比率分别为74.4%和55.1%。与常规反冲洗相比，石英砂滤料经高温热水反洗后，滤料含油、含杂量下降比率分别提高了71.06%和43.53%，石英砂滤料再生效果明显。
3.3 试验小结
根据室内实验和现场试验数据分析，结合常规反冲洗水质和石英砂滤料指标，高温热洗和投加清洗剂助洗对石英砂滤料再生有一定的效果；在反洗水温为60℃左右，清洗剂浓度为2‰的条件下闷罐2h，石英砂滤料再生效果很好。
4、结语
通过室内模拟滤罐冲洗实验和现场生产运行滤罐冲洗试验，评价不同反洗方式滤料的再生效果，确定合理的反冲洗现场运行参数，为改善石英砂过滤工艺处理效果，提高滤后水质质量，延长石英砂滤料的更换周期提供技术依据。
(1)高温热洗与清洗剂助洗叠加使用，黏附在石英砂滤料上的污染物质在高温热水和药剂的作用下与滤料脱离，而且附着在石英砂滤料上的油污等杂质溶解在高温水中，石英砂滤料再生效果明显。
(2)应用石英砂滤料高温热洗技术，能够改善石英砂过滤反冲洗效果，提高石英砂滤后水质，延长石英砂滤料使用寿命，操作简便，可在油田大面积推广应用。
(3)下步将在生产运行中继续摸索石英砂滤料被污染规律、热洗时间和周期，优化生产运行参数，完善生产操作规程，进一步提高石英砂滤料再生效果。
