采油污水的电气浮处理技术研究
2014-12-23曹伟丽王彦龙郭明王益军屈撑囤
曹伟丽,王彦龙,郭明,王益军,屈撑囤
(1.延长油田股份有限公司子长采油厂,陕西 延安 717300;2.延长油田股份有限公司定边采油厂,陕西 榆林 718600;3.陕西黄陵煤化工有限责任公司,陕西 延安 727300;4.克拉玛依市三达有限责任公司,新疆 克拉玛依 834000;5.西安石油大学 化学化工学院,陕西 西安 710065)
采油污水是伴随着注水开发产生的一种多相体系,其组成包括悬浮固体、油、无机盐、细菌,还含有一定量的溶解性有机物(残留的杀菌剂、黏土稳定剂、阻垢缓蚀剂等),因此,回注时要对其进行有效处理。目前采油污水回注处理技术主要有化学絮凝-沉降、溶气气浮、微生物处理等方法,其中化学絮凝-沉降需要的构筑物多、一次投资较大;溶气气浮容易造成水中溶解氧含量高、腐蚀加剧;微生物处理要求水质、水量相对稳定,污水组成变化容易引起处理效果的波动。电气浮技术是废水在直流电场作用下,水被电解,在阳极析出O2和Cl2,在阴极析出H2,电解产生的气泡粒径很小,且密度也小,因此气泡截获杂质微粒的能力比溶气气浮、机械叶轮气浮要高,而且浮载能力也高,是近年污水处理技术研究的热点之一[1]。本文采用电气浮技术对其进行处理,探讨了电极材料、电极形式、极板间距、电流强度、电导率等与处理效果之间的关系。
1 实验部分
1.1 材料与仪器
所用装置主要有反应槽、电极板、直流电源等,其中反应槽有机玻璃材质,体积为500 mL;电极板可根据需要调换,极板间距可调,检测水样取自反应槽下端。延长油田定边采油厂污水组成见表1。
表1 污水组成Table 1 The analysis results of produced-water
1.2 实验方法
污水以石墨为电极(面积20 cm2),极板距离为1.5 cm时,电流密度为200 A,电气浮处理20 min。依据SY/T 5329—2012(碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法)规定分析悬浮物含量、含油量、细菌含量。
2 结果与讨论
2.1 电流密度对处理效果的影响
表2 电流密度对悬浮物、含油量去除率的影响Table 2 Influence of current density to removal rate of suspended solids and oil content
由表2 可知,随着电流密度的增加,悬浮物、含油量去除率逐渐增大,当电流密度超过200 A 时,悬浮物、含油量去除率增加幅度减缓。这是因为随着电流密度增加,产生的微小气泡的数量增加,污水中悬浮颗粒被气泡“携裹”至表面的量多,因此悬浮物、含油量去除率高[2];但当电流密度超过200 A时,系统产生的微小气泡数量增加幅度减缓,因此悬浮颗粒的去除率减缓。
2.2 电气浮时间对处理效果的影响
电气浮时间与悬浮物、含油量去除率之间关系见表3。
表3 电气浮时间与处理效果的关系Table 3 Effect of treatment of electric float to removal rate
由表3 可知,随着电气浮处理时间的增加,悬浮物、含油量去除率逐渐增大,处理时间超过20 min时,悬浮物、含油量去除率减缓。这是因为电气浮中气泡直径较小(一般为10 ~40 μm,而常规气浮为80 ~100 μm),气泡与悬浮颗粒的吸附造成体系密度降低,因此随着处理时间的增长,污水中悬浮颗粒被气泡带至表面的量增加,悬浮物、含油量去除率高[3-5]。
2.3 电极板间距对处理效果的影响
极板距离与悬浮物、含油量去除率之间关系见表4。
表4 电极板间距对处理效果的影响Table 4 Effect of the electrode spacing to removal rate
由表4 可知,随着极板间距的增加,悬浮物、含油量去除率逐渐降低,板间距离超过1.5 cm 时,悬浮物、含油量去除率减缓。这是因为极板间距增大,单位体积内产生的气泡密度降低[2],悬浮物、含油量去除率减小。
2.4 电极材料对处理效果的影响
当电极面积为20 cm2,电气浮时间为20 min,电流密度为200 A,极板距离为1.5 cm 时,电极材料与悬浮物、含油量去除率之间关系见表5。
表5 电极材料对处理效果的影响Table 5 Effect of the electrode materials to removal rate
由表5 可知,以钛电极效果最好,其次为石墨、铝、铁电极。这是因为钛极板释放的气泡均匀且量大,对悬浮物、含油量去除效果好[3]。
2.5 电气浮处理前后的水质对比
污水电气浮处理前后的水质对比见表6。
表6 电气浮处理前后的水质对比结果Table 6 The results of produced-water quality before and after the treatment of electric float
由表6 可知,处理后水达到了标准要求的水质指标,同时产生的Cl2可有效地抑制水中微生物的滋生,降低硫化物的含量,减轻管道内局部点腐蚀及对地层的堵塞[3]。
3 结论
(1)电极材料为石墨时,电气浮处理含油污水的条件为:电气浮时间为20 min,极板距离为1.5 cm,电流密度超过200 A。
(2)处理后污水的悬浮物含量、含油量、SRB 及TGB 含量分别由处理前的88.3 mg/L、106 mg/L、104和105个/mL 下降到1. 6 mg/L、2. 1 mg/L、101和102个/mL。
[1] 李志健,付政辉.电气浮技术处理含油废水的研究进展[J].工业水处理,2009,29(10):5-8.
[2] 张登庆,任连锁,裴峻峰,等.电气浮技术在油田采出水处理中的应用研究[J]. 石油矿场机械,2002,31(2):11-14.
[3] 任连锁,郑杰. 电气浮处理含油污水技术研究与应用[J].小型油气藏,2006,11(1):58-61.
[4] 陈宗琪,王光信,徐桂英.胶体与界面化学[M].北京:高等教育出版社,2001.
[5] 赵振国.应用胶体与界面化学[M].北京:化学工业出版社,2008.