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混凝-气浮法处理采油废水

作者: 时间:2022-06-15 11:25:23 点击:


  我国的采油技术先后从复合驱采油过渡到三元驱采油,三元驱采油技术逐渐走向成熟,且三元驱采油的效率较高。但三元驱采油工艺也给周边环境带来困扰,由于采油过程中夹杂大量的表面活性剂使出水水质更复杂,聚合物含量高、pH值高、含油量高、水温高等特点,加大了石油废水的处理难度。聚合驱采油效率略低,出水水质中掺杂着大量的油块,含油量较大、油味重、乳化严重,水质较差。两种采油技术的出水处理都有一定难度。

  乳化油中油的存在方式分为游离油、分散相油、乳化油3种。絮凝加气浮对游离油、分散相油处理效果较好,对乳化油处理效果一般。破乳是关键一步。

  本文采用破乳剂、絮凝剂及助凝剂加气浮的处理方式,对石油废水的达标处理提供依据。

  1、实验部分

  1.1 药品与仪器

  聚合氯化铝铁、聚合氯化铝、盐酸、硫酸铝、硫酸亚铁均为分析纯;聚丙烯酰胺(PAM,相对分子量2000万,水解度20%)、SLD型破乳剂H1(成分以高碳醇、丙二醇、丙三醇、多乙烯多胺为主)、JS-8型破乳剂R2(成分以聚氧乙烯聚氧丙烯两段嵌段式为主)均为工业品。

  OIL460型红外分光测油仪;JJ200型电子天平;DK-S26型恒温水浴锅;PHS-3C型pH计;PQF-05型加压容气气浮设备;TS型溶气释放器;78-1磁力加热搅拌器等。

  聚合驱采油废水和三元驱采油废水,水质见表1。


混凝-气浮法处理采油废水(图1)

  1.2 实验方法

  混凝-气浮工艺流程见图1。


混凝-气浮法处理采油废水(图2)

  对两种水样分别进行药剂筛选。絮凝剂比较了聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合氯化铝(PAC)、硫酸铝、硫酸亚铁4种药剂。利用破乳剂H1、破乳剂R2对两种废水进行破乳。在进行破乳和絮凝后投加PAM,找出PAM的最佳等电点进行后续实验。比较4种絮凝剂及2种破乳剂水中矾花情况,筛选出药剂。

  1.3 含油量的测定

  分别取三元驱采油废水和聚合驱采油废水各40mL,放置于分液漏斗中,加入40mL四氯化碳,振荡摇匀,静置10min,待溶液分层。取下层清液,用红外分光测油仪测量含油量。

  2、结果与讨论

  2.1 药剂的筛选

  通过几组混凝实验可知,在处理三元驱废水时,聚合氯化铝(PAC)效果较好,沉淀明显,沉淀物块状小,呈细微颗粒,溶液中间层无悬浮物体。聚合氯化铝铁(PAFC),分层明显,矾花形成快,下方沉淀物较大,但上层溶液有浮油出现,中间层水质较清澈。硫酸铝沉淀相对较慢,但絮体密实,溶液呈乳白色,处理效果与聚合氯化铝铁相似。硫酸亚铁,沉淀较少,悬浮颗粒多漫布在溶液中,溶液呈墨绿色,处理效果是4组中最差。以上药品对处理聚合驱采油废水有相似现象。综合考虑,选用硫酸铝、聚合氯化铝铁、聚合氯化铝作为絮凝剂进行后续实验。

  破乳剂方面,H1对聚合驱采油废水破乳效果更佳,矾花形成速度较快,破乳效果更好。R2对三元驱采油废水处理明显。

  2.2 投加量对除油效果的影响

  将PAFC、PAC、硫酸铝各配制成浓度30%的溶液(3种溶液)。

  2.2.1 三元驱采油废水

  原液500mL(经40℃水浴加热)置于烧杯中,投加药剂溶液pH在7左右,实验结果见图2。


混凝-气浮法处理采油废水(图3)

  由图2可知,随着投加量的加大,除油率逐渐提高。PAFC和硫酸铝在投加4.5mL时达到最佳效果,含油量分别在23mg/L和16mg/L。此时,沉淀较多,液体相对清澈。当投加量不足时,液体浑浊,沉淀不明显,含油量较大。当投加量过多时,溶液中絮体较多,上清液较少,不利于实际应用。PAC溶液在投加5mL时,达到最佳处理效果,含油量21mg/L。主要原因为乳化油中带有负电荷,与投加的具有阳离子型溶剂颗粒之间的相互作用,吸附架桥产生沉淀,具有破乳功能。

  2.2.2 聚合驱采油废水

  实验方法同上,结果见图3。


混凝-气浮法处理采油废水(图4)

  由图3可知,PAFC和硫酸铝在投加4.5mL时,含油量最低,为24mg/L和12mg/L,投加5mLPAC时,含油量18mg/L。

  2.3 破乳剂的选择

  取聚合驱采油废水和三元驱采油废水各100mL于烧杯中(A号烧杯为聚合驱采油废水,B号烧杯为三元驱采油废水),烧杯中分别滴加2种破乳剂。滴加H1型破乳剂1mL时,A号烧杯中出现明显矾花,B号烧杯中矾花较少。待溶液静置10min后,取液面下方2cm处较清澈液体40mL,经四氯化碳萃取,用红外分光测油仪测量其含油量。相同方法,烧杯中滴加R2型破乳剂,测量其含油量,结果见表2。


混凝-气浮法处理采油废水(图5)

  由表2可知,H1型破乳剂对聚合驱采油废水起到较好的处理效果,R2型破乳剂更适合处理三元驱采油废水。

  2.4 助凝剂选择

  取三元驱采油废水置于2个烧杯中(液体500mL,pH值7左右),投加4.5mL硫酸铝及5mLPAC,待充分混合后投加PAM,浓度为0.25%。同样方法应用于聚合驱采油废水。实验结果见图4、图5。


混凝-气浮法处理采油废水(图6)


混凝-气浮法处理采油废水(图7)

  由图4、图5可知,对于两种废水,硫酸铝+PAM的除油效果好于PAC+PAM,用量均为3mL。

  2.5 pH对除油效果的影响

  将上述3种药剂浓度均调制为30%。装有500mL含油废水的烧杯中投加5mL药剂,调节pH,搅拌溶液,待充分反应后,测量含油量,实验结果见图6、图7。


混凝-气浮法处理采油废水(图8)


混凝-气浮法处理采油废水(图9)

  由图6、图7可知,PAFC与PAC的最佳pH相似,在6~8有较好的处理效果,絮体相对较好,出水清澈。硫酸铝的最佳范围为8~10,油的去除率高,絮体较大,对溶液的色度有一定去除效果。

  2.6 混凝加气浮实验

  综合以上实验,选用PAFC、PAC、硫酸铝作为絮凝剂。选用H1型破乳剂处理聚合驱采油废水,选用R2型破乳剂处理三元驱采油废水。三元驱采油废水500mL,先滴加破乳剂进行破乳,待矾花出现,投加絮凝剂PAFC4.5mL,滴加少量助凝剂PAM,找出最佳等电点,启动气浮装置,对溶液进行气浮处理,观察溶液状态。发现以PAFC作为絮凝剂时,气浮产生的絮体较少,通过投加阳离子性助凝剂PAM找出最佳等电点效果并不理想。在絮凝剂选用PAC时,同样操作方法,发现气浮产生的悬浮物体少,大部分伴在溶液中,固液分离较困难。选用硫酸铝作为絮凝剂时,有较多的悬浮物上升漂浮于水面,且下方溶液澄清无絮体残留。综上可知,选用聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合氯化铝2种絮凝剂对该工艺处理原水样无显著效果,所以,絮凝剂选择硫酸铝,结果见表3、表4。


混凝-气浮法处理采油废水(图10)


混凝-气浮法处理采油废水(图11)

  3、结论

  (1)药剂选择为硫酸铝加破乳剂,该复配方法优于单一的使用絮凝剂,对后续的气浮法及乳化油去除率有较高的成效,油去除率达到97.5%,含油量降至5.2mg/L。硫酸铝作为常见的絮凝剂,价格低廉且较适应于该含油废水,投入成本低,产生的絮体结实。

  (2)在原水500mL,投加硫酸铝及破乳剂的情况下,加入PAM3mL时,可提高絮凝效果,产生的絮体更加大而密实,浮升状态更好,易于后续的处理。调节pH值更加完善含油量的处理效果,当pH值为8左右,处理效果最佳。

  (3)选用的气浮工艺,气浮装置在水中形成的微小气泡与水中含油的悬浮颗粒黏附,由于絮体密度小于水的密度,利用浮力作用由下而上浮于水面,要好于沉淀法去除水中油,提升了除油效率。悬于水面的絮体通过刮渣板刮掉,适用于实际生产。(来源:辽宁石油化工大学环境生物工程学院,中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司)