随着我国对油田的开采力度不断地增大，油田污水问题的处理也越来越难，如今已经威胁到生态环境的正常循环和社会的和谐发展。油田注水技术的不断发展造成油田对注水质量的要求也越来越高，污水处理问题也得到了越来越多的关注。近几年来，油田采出水深度处理工艺中多介质过滤器是主要的过滤设备。但随着污水水质复杂性的增大，传统多介质过滤器也表现出了一定的局限性。
为了提高采出水处理效率及过滤设备的经济适用性，研究人员对传统过滤器进行了不断改进：如VehashkayaAmiadSinun较早研制出一种自动反冲洗过滤器，JanHermene针对一种自清洗连续过滤系统，解决了滤网堵塞问题等。中国专利CN201216893Y公开的“双滤料过滤器”，其结构解决反冲洗滤料流失问题；又如中国专利CN201525788u公开的“双滤料污油污水过滤装置”，罐体进口为防冲板结构、内填石英砂及磁铁矿滤料；除此外还有中国专利CN20126409Y公开的“双滤料高效过滤器”以及中国专利ZL200720148615.4公开的“搅拌式多介质过滤器”。以上几种过滤器在油田污水的处理工艺中存在以下问题：a.耐污、抗冲击能力差，滤料易结板失效；b.反冲洗再生能力差，造成设备反冲洗频繁、滤料使用寿命短。造成这些过滤设备除油、过滤效率低，导致处理水较难满足油田中、高渗透层回注水的水质要求。
针对目前我国多介质过滤器普遍存在的问题，迫切需要研发一种具有抗油污冲击力强、过滤效率高、滤料再生能力好，出水水质稳定，自动化监测控制系统程度高的新型过滤器。为此本公司根据市场需求及掌握的技术资料，通过现场调研，研发了一种涡旋式多介质过滤器。实验表明，同等条件下，涡旋式多介质过滤器除油除悬浮物的效果明显优于其他双滤料过滤器。其内部采用的新型复合滤料延长了滤料的使用寿命，提高了设备的经济性。新增的水力旋流搓洗器提高反洗效率，延长设备的反冲洗间隔时间。
1、涡旋式多介质过滤器基本工作原理
1.1 设备工作原理
下图1和2分别为传统多介质过滤器及新研发的涡旋式多介质过滤器的组成结构示意图。
传统多介质过滤器工作原理是：过滤层内部采用两种以上的介质作为过滤层。当原水自上而下通过不同密度、不同粒径的滤料时，水中悬浮物由于吸附和机械阻流作用被滤层表面截留下来，从而得到澄清的水质。但是，传统的多介质过滤器滤料易板结，反冲洗再生能力较差，这就造成设备反冲洗频繁、滤料的使用寿命短。
涡旋式多介质过滤器内部上方增设微涡反应器，微涡反应器对污水进行预处理。滤料采用经过特殊工艺处理的多层复合滤料，过滤效果好，使用寿命长。滤料内部又设有水力旋流搓洗器，在反洗时对滤料进行搓洗，提高了反洗效率。
1.2 微涡反应器工作原理
在涡旋式多介质过滤器内部上方增设微涡反应器，进水口增设流量计可根据流量判断过滤是否偏流及滤料污染情况。微涡反应器采用旋流分离的原理，来水在微涡反应器中形成涡流，油水在离心力的作用下得以初步分离。另外，在进口管线加药（高效絮凝剂），使得来水在微涡反应器内充分反应絮凝沉降，从而破坏污油、悬浮物及其他机械杂质在水中的稳定性，达到对污油、悬浮物的预处理作用，从而提高设备对油、悬浮物的抗冲击能力。
1.3 多层复合滤层
在滤料层过滤中，通过滤料空隙的絮粒、油粒、悬浮物、微生物以及胶体颗粒被截留在滤料表面，从而达到过滤的目的。涡旋式多介质过滤器根据吸附、截留、深床三重作用的过滤机理，采用特殊工艺生产的新型复合材料，这种材料耐油能力强、不易板结、耐腐蚀、耐磨性好，大大提高了过滤效率，延长了滤料的使用寿命。复合滤层由四层滤料组成，一层为除油层，二层为吸附截留层，三、四层均为截留层，滤料级配合理，增强过滤效果。
1.4 水力旋流搓洗器
由于滤池反冲洗水头由出水槽水位决定，易造成滤料在水力反冲时对滤料冲刷不足和不均匀流化的现象，导致污物形成的泥球通过上层滤料下沉并积聚在细滤料顶部而形成交界层“板结”现象。为解决滤料易出现板结造成过滤能力下降的问题，在涡旋式多介质过滤器内部设有水力旋流搓洗器。
水力旋流搓洗器由数根在同一水平面内等长的筛管和喷嘴组成，喷嘴的喷口顺时针或逆时针朝向同一圆周方向。随着运行时间的增加，截留的悬浮物增多，使得运行压差增大，流量减小，此时水力旋流搓洗器根据水力射流、旋转原理，达到反洗时对滤料搓洗、提高反洗效率的目的。一方面通过大流量的方向进水，使得滤层膨胀松动，另一方面利用高压泵通过水力旋流搓洗器使轻质滤料旋转，高速水流进入滤层，搅动过滤器内的滤料形成旋流。滤料在高速水流冲击作用下产生滤料与滤料间的相互碰撞、摩擦，使粘附于滤料表面的油滴、固体杂质及胶状物质从滤料表面剥离，经排污口排出，从而完成整个清洗过程。同时，罐体上下布水器均采用不锈钢筛管，有效防止滤料的流失。
2、涡旋式多介质过滤器处理油田污水的应用研究
利用涡旋式多介质过滤器在现场进行工业性试验，处理对象为油田含油污水。设备的主要技术参数为：处理量：10m3/h，滤速：8~10m/h，反冲洗强度：12-16L/m2·s，反洗时间：15min，反冲洗周期：24h，处理效果见下表1。
由表1可看出，涡旋式多介质过滤器过滤效果显著，对悬浮固体的去除率更是达到了85%以上，处理水均能满足现场回注水的要求。同时，相较于传统过滤器的70%的去除率，涡旋式多介质过滤器表现出明显的优势。
经检验，来水水质相同的条件下，新型的涡旋式多介质过滤器除油除悬浮物的效果明显优于其他双滤料过滤器。由特殊工艺生产的耐油能力强、抗腐蚀、耐磨的新型复合滤料大大延长了滤料的使用寿命，提高了设备的经济性。内设的水力旋流搓洗器提高反洗效率，使得设备的反冲洗间隔时间延长了一倍，反冲洗水量减少了30%，能源消耗减低10%，滤料使用寿命提高了一倍。
3、结论
（1）涡旋式多介质过滤器因其独特的内部结构具有抗油污冲击力强、过滤效果高、滤料再生能力好、出水水质稳定等优势，是一种新型高效的过滤器。
（2）涡旋式多介质过滤器对悬浮固体的过滤能力可达到85%以上，有很好的过滤效果。
（3）涡旋式多介质过滤器能缩短反冲洗间隔时间，减少反冲洗水量，提高反冲洗效率。
（4）涡旋式多介质过滤器适合处理油田含油污水，可以代替传统的多介质过滤器，具有很高的推广应用价值。（来源：浙江金龙自控设备有限公司）
