混凝-氣浮法處理采油廢水
我國的采油技術先后從復合驅(qū)采油過渡到三元驅(qū)采油,三元驅(qū)采油技術逐漸走向成熟,且三元驅(qū)采油的效率較高。但三元驅(qū)采油工藝也給周邊環(huán)境帶來困擾,由于采油過程中夾雜大量的表面活性劑使出水水質(zhì)更復雜,聚合物含量高、pH值高、含油量高、水溫高等特點,加大了石油廢水的處理難度。聚合驅(qū)采油效率略低,出水水質(zhì)中摻雜著大量的油塊,含油量較大、油味重、乳化嚴重,水質(zhì)較差。兩種采油技術的出水處理都有一定難度。
乳化油中油的存在方式分為游離油、分散相油、乳化油3種。絮凝加氣浮對游離油、分散相油處理效果較好,對乳化油處理效果一般。破乳是關鍵一步。
本文采用破乳劑、絮凝劑及助凝劑加氣浮的處理方式,對石油廢水的達標處理提供依據(jù)。
1、實驗部分
1.1 藥品與儀器
聚合氯化鋁鐵、聚合氯化鋁、鹽酸、硫酸鋁、硫酸亞鐵均為分析純;聚丙烯酰胺(PAM,相對分子量2000萬,水解度20%)、SLD型破乳劑H1(成分以高碳醇、丙二醇、丙三醇、多乙烯多胺為主)、JS-8型破乳劑R2(成分以聚氧乙烯聚氧丙烯兩段嵌段式為主)均為工業(yè)品。
OIL460型紅外分光測油儀;JJ200型電子天平;DK-S26型恒溫水浴鍋;PHS-3C型pH計;PQF-05型加壓容氣氣浮設備;TS型溶氣釋放器;78-1磁力加熱攪拌器等。
聚合驅(qū)采油廢水和三元驅(qū)采油廢水,水質(zhì)見表1。
1.2 實驗方法
混凝-氣浮工藝流程見圖1。
對兩種水樣分別進行藥劑篩選。絮凝劑比較了聚合氯化鋁鐵(PAFC)、聚合氯化鋁(PAC)、硫酸鋁、硫酸亞鐵4種藥劑。利用破乳劑H1、破乳劑R2對兩種廢水進行破乳。在進行破乳和絮凝后投加PAM,找出PAM的最佳等電點進行后續(xù)實驗。比較4種絮凝劑及2種破乳劑水中礬花情況,篩選出藥劑。
1.3 含油量的測定
分別取三元驅(qū)采油廢水和聚合驅(qū)采油廢水各40mL,放置于分液漏斗中,加入40mL四氯化碳,振蕩搖勻,靜置10min,待溶液分層。取下層清液,用紅外分光測油儀測量含油量。
2、結果與討論
2.1 藥劑的篩選
通過幾組混凝實驗可知,在處理三元驅(qū)廢水時,聚合氯化鋁(PAC)效果較好,沉淀明顯,沉淀物塊狀小,呈細微顆粒,溶液中間層無懸浮物體。聚合氯化鋁鐵(PAFC),分層明顯,礬花形成快,下方沉淀物較大,但上層溶液有浮油出現(xiàn),中間層水質(zhì)較清澈。硫酸鋁沉淀相對較慢,但絮體密實,溶液呈乳白色,處理效果與聚合氯化鋁鐵相似。硫酸亞鐵,沉淀較少,懸浮顆粒多漫布在溶液中,溶液呈墨綠色,處理效果是4組中最差。以上藥品對處理聚合驅(qū)采油廢水有相似現(xiàn)象。綜合考慮,選用硫酸鋁、聚合氯化鋁鐵、聚合氯化鋁作為絮凝劑進行后續(xù)實驗。
破乳劑方面,H1對聚合驅(qū)采油廢水破乳效果更佳,礬花形成速度較快,破乳效果更好。R2對三元驅(qū)采油廢水處理明顯。
2.2 投加量對除油效果的影響
將PAFC、PAC、硫酸鋁各配制成濃度30%的溶液(3種溶液)。
2.2.1 三元驅(qū)采油廢水
原液500mL(經(jīng)40℃水浴加熱)置于燒杯中,投加藥劑溶液pH在7左右,實驗結果見圖2。
由圖2可知,隨著投加量的加大,除油率逐漸提高。PAFC和硫酸鋁在投加4.5mL時達到最佳效果,含油量分別在23mg/L和16mg/L。此時,沉淀較多,液體相對清澈。當投加量不足時,液體渾濁,沉淀不明顯,含油量較大。當投加量過多時,溶液中絮體較多,上清液較少,不利于實際應用。PAC溶液在投加5mL時,達到最佳處理效果,含油量21mg/L。主要原因為乳化油中帶有負電荷,與投加的具有陽離子型溶劑顆粒之間的相互作用,吸附架橋產(chǎn)生沉淀,具有破乳功能。
2.2.2 聚合驅(qū)采油廢水
實驗方法同上,結果見圖3。
由圖3可知,PAFC和硫酸鋁在投加4.5mL時,含油量最低,為24mg/L和12mg/L,投加5mLPAC時,含油量18mg/L。
2.3 破乳劑的選擇
取聚合驅(qū)采油廢水和三元驅(qū)采油廢水各100mL于燒杯中(A號燒杯為聚合驅(qū)采油廢水,B號燒杯為三元驅(qū)采油廢水),燒杯中分別滴加2種破乳劑。滴加H1型破乳劑1mL時,A號燒杯中出現(xiàn)明顯礬花,B號燒杯中礬花較少。待溶液靜置10min后,取液面下方2cm處較清澈液體40mL,經(jīng)四氯化碳萃取,用紅外分光測油儀測量其含油量。相同方法,燒杯中滴加R2型破乳劑,測量其含油量,結果見表2。
由表2可知,H1型破乳劑對聚合驅(qū)采油廢水起到較好的處理效果,R2型破乳劑更適合處理三元驅(qū)采油廢水。
2.4 助凝劑選擇
取三元驅(qū)采油廢水置于2個燒杯中(液體500mL,pH值7左右),投加4.5mL硫酸鋁及5mLPAC,待充分混合后投加PAM,濃度為0.25%。同樣方法應用于聚合驅(qū)采油廢水。實驗結果見圖4、圖5。
由圖4、圖5可知,對于兩種廢水,硫酸鋁+PAM的除油效果好于PAC+PAM,用量均為3mL。
2.5 pH對除油效果的影響
將上述3種藥劑濃度均調(diào)制為30%。裝有500mL含油廢水的燒杯中投加5mL藥劑,調(diào)節(jié)pH,攪拌溶液,待充分反應后,測量含油量,實驗結果見圖6、圖7。
由圖6、圖7可知,PAFC與PAC的最佳pH相似,在6~8有較好的處理效果,絮體相對較好,出水清澈。硫酸鋁的最佳范圍為8~10,油的去除率高,絮體較大,對溶液的色度有一定去除效果。
2.6 混凝加氣浮實驗
綜合以上實驗,選用PAFC、PAC、硫酸鋁作為絮凝劑。選用H1型破乳劑處理聚合驅(qū)采油廢水,選用R2型破乳劑處理三元驅(qū)采油廢水。三元驅(qū)采油廢水500mL,先滴加破乳劑進行破乳,待礬花出現(xiàn),投加絮凝劑PAFC4.5mL,滴加少量助凝劑PAM,找出最佳等電點,啟動氣浮裝置,對溶液進行氣浮處理,觀察溶液狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)以PAFC作為絮凝劑時,氣浮產(chǎn)生的絮體較少,通過投加陽離子性助凝劑PAM找出最佳等電點效果并不理想。在絮凝劑選用PAC時,同樣操作方法,發(fā)現(xiàn)氣浮產(chǎn)生的懸浮物體少,大部分伴在溶液中,固液分離較困難。選用硫酸鋁作為絮凝劑時,有較多的懸浮物上升漂浮于水面,且下方溶液澄清無絮體殘留。綜上可知,選用聚合氯化鋁鐵(PAFC)、聚合氯化鋁2種絮凝劑對該工藝處理原水樣無顯著效果,所以,絮凝劑選擇硫酸鋁,結果見表3、表4。
3、結論
(1)藥劑選擇為硫酸鋁加破乳劑,該復配方法優(yōu)于單一的使用絮凝劑,對后續(xù)的氣浮法及乳化油去除率有較高的成效,油去除率達到97.5%,含油量降至5.2mg/L。硫酸鋁作為常見的絮凝劑,價格低廉且較適應于該含油廢水,投入成本低,產(chǎn)生的絮體結實。
(2)在原水500mL,投加硫酸鋁及破乳劑的情況下,加入PAM3mL時,可提高絮凝效果,產(chǎn)生的絮體更加大而密實,浮升狀態(tài)更好,易于后續(xù)的處理。調(diào)節(jié)pH值更加完善含油量的處理效果,當pH值為8左右,處理效果最佳。
(3)選用的氣浮工藝,氣浮裝置在水中形成的微小氣泡與水中含油的懸浮顆粒黏附,由于絮體密度小于水的密度,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。懸于水面的絮體通過刮渣板刮掉,適用于實際生產(chǎn)。(來源:遼寧石油化工大學環(huán)境生物工程學院,中國石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司)