电气浮含油污水处理工艺工业性试验研究
1前言目前,我国东部油田的开发大都已进入中、后期,采出液中的含水率一般都达到70% ～90% ,油田的含油污水量非常大,污水处理的任务非常繁重。多年来,国内各油田对含油污水的处理主要采用除油段+过滤段的工艺模式,其中除油段主要采用以下几种方法去除污油: ( 1)物理法———主要去除浮油; (2)化学法———主要去除分散油; ( 3 ) 粗粒化法———主要去除分散油; ( 4)气浮法———主要去除浮油和分散油; (5)旋流分离法———主要去除浮油。由于这些除油方法或多或少地存在一些缺陷,因而使它们的使用效果和应用范围大打折扣,如物理法需要二次除油装置;化学法对前段处理要求较高;气浮法(包括溶气气浮、诱导气浮和喷射气浮)部件多、能耗高、稳定性差等。电解气浮(简称电气浮)含油污水处理工艺是一种新型的含油污水处理方法,这种方法基于电解盐水的原理[ 1～3 ] , 由于油田含油污水矿化度较高———即含有较多的盐分。其中氯盐占90% ,在电解污水的过程中,若使用惰性电极,在阳极和阴极将产生大量的O2、Cl2 及H2 的微小气泡,这些微小气泡一方面可用于浮载污水中的悬浮固体及油类,另一方面, Cl2 及进一步的电极反应生成的各种强氧化剂,为杀灭细菌创造了条件。因此,这种污水处理方法兼有物理法、化学法及其他气浮法的优点,并且具有独特的杀菌效果。电气浮室内静态试验及连续流动态小试[ 4 ] ,确定了电极材料采用钛镀钌电极,电极形式采用复极式,控制参数为电流强度、流量和水力停留时间。极板间距仅控制槽电压,从而影响电耗,减小极板间距可降低电耗,增大极板间距可增加电耗,极板间距通常取10～15 mm;电流强度大小决定了氢气和氯气产量,从而决定了除油、除悬浮物及杀菌的效果;极板面积通常由电流强度决定,工业应用时最大电流密度为1600 A /m2 ;气泡上浮速度为1. 0～1. 5 mm / s,水力停留时间为5～10 min。电气浮现场小型试验说明油田含油污水处理应采用多级电气浮工艺,前段以除油除悬浮固体为主,后段以杀菌为主,除油率达70% ～90% ,杀菌率达97. 6%～100%。最优工艺流程为:一级自然电气浮(不投加药剂的电气浮) +投加絮凝剂+二级电气浮;在加药量相同的条件下,电气浮处理效果明显好于其他污水处理方法。本文作者在小试研究的基础上,对电解气浮含油污水处理工艺进行了工业型试验,研究结果为电气浮处理技术在实际工程的广泛应用奠定了基础。2工业性试验为了将电气浮含油污水处理工艺应用于生产实际,需要进行工业性试验,以确定其实用性。2. 1试验装置工业性试验装置的技术指标为:处理规模为200 m3 /d;有效停留时间≤10 min。试验要求在进入装置的污水含油量不大于1000 mg/L的条件下,经装置处理后的污水指标达到:含油量为20～30 mg/L;悬浮固体含量为10～20 mg/L;粒径≥30μm的污油去除率达到90%以上;TGB 及SRB的去除率> 80%。试验装置的系统原理如图1所示。图1电气浮工业性试验装置系统原理图Fig. 1Schematic diagram of industrial test unit for electro2flotation2. 2含油污水指标的测定为了检验工业性试验的效果,利用721型分光光度计、BP121S型电子天平、PYX2DHS2X型恒温恒湿培养箱等仪器对含油污水原水的指标进行了测定,结果如下:含油量为344 mg/L;悬浮固体含量为575 mg/L;TGB为6. 0 ×102 个/mL;SRB为2. 5 ×105 个/mL。2. 3试验流程试验地点为江苏油田安徽采油厂欧北联合站,试验流程如图2所示。图2试验流程图Fig. 2Flow diagram of experiment3结果及分析3. 1试验结果试验时间为2004年6月14～22日,试验结果如表1所示。3. 2结果分析由表1中数据可见,经装置处量后的污水含油量最高为38. 8 mg/L,最低为7. 68 mg/L,除油率最高为89% ,最低为48%;悬浮固体含量最高为146mg/L,最低为27 mg/L,去除率最高为73% ,最低为30%;杀菌率达到99. 6% ～100% ,表明试验装置的杀菌效果良好,除油效果较好,证明采用电气浮技术可以达到油田含油污水除油的目的。且电气浮含油污水处理工艺与其他含油污水处理工艺相比,药剂投加量为常规工艺的1 /3,运行电耗为0. 2 kW ·h /m3 ,总的运行费用约为常规工艺的40%～60%。表1电气浮工业性试验数据Table 1Da ta of industr ia l test of electro2flota tio但工业性试验结果与室内试验及现场小型试验的结果相差较大,没有全部达到试验要求的指标值,电气浮工艺对含油污水中悬浮固体的去除效果不佳,为此在实验中对其进行了分析研究。实验中对含油污水原水中悬浮固体的粒径分布专门进行了测定,测定结果如表2所示。由表2可计算出悬浮固体颗粒平均粒径为3. 2μm,且粒径< 2. 6μm的悬浮固体颗粒占70%以上。表明含油污水原水中悬浮固体的粒度偏小,不加药剂的“自然电气浮”浮载微小悬浮固体颗粒的能力有限,这是导致悬浮物去除效果的不佳的一个重要原因。另外,经分析发现,现场未按要求投加药剂,即只投加了絮凝剂,未配合投加凝聚剂,且药剂已基本失效(超过保质期) 。在检测、分析的基础上,调整了试验方案,再次进行了试验。试验时按室内及现场小试筛选的药剂品种和投加量投加药剂,再观测效果。经过一级自表2含油污水悬浮固体粒度分布表Table 2Particle size d istr ibution of SS in o ily sewage然电气浮处理后的含油污水,投加30 mg/L合格的混凝剂(干剂) ,达到了水质清澈的效果,再经过二级电气浮处理后,经检测,含油量、悬浮固体含量及杀菌率等指标均达到了试验要求的指标值,且与室内试验及现场小型试验的结果相吻合。4结论电气浮工艺应用于油田含油污水处理,具有良好的杀菌效果,在投加少量药剂的情况下,亦具有较好的除油、除悬浮固体的效果;电气浮装置可以发挥除油、杀菌一体化的作用,具有现场工业应用的可行性。在投加同样药剂量的情况下,电气浮的水处理效果明显优于其他水处理工艺;电气浮工业装置的最优工艺流程为:一级自然电气浮→投加混凝剂→二级电气浮。经电气浮处理后除油率最高可达89% ,悬浮固体去除率最高为73% ,最低为30%;杀菌率达到99. 6%～100% ,达到了气浮除油的要求。电气浮含油污水处理工艺与其他含油污水处理工艺相比,药剂投加量为常规工艺的1 /3,运行电耗为0. 2 kW·h /m3 ,总的运行费用约为常规工艺的40%～60%。而且电解水无二次污染,电解杀菌不产生抗药性,既满足了处理要求,又降低了运行成本,同时还较好地解决了人为因素造成的水质波动问题。该新型的处理工艺经过进一步的生产实践检验及装置的定型以后,在油田含油污水处理领域将具有广阔的应用前景。目前,江苏油田安徽采油厂欧北联合站正在进行工业性试用,江苏油田设计院正在进行装置的定型化研究。参考文献[ 1 ] 张登庆,等. 电气浮含油污水处理工艺研究与应用. 油气田地面工程, 2004, (2) : 7～8[ 2 ] 日根文男. 电解槽工学. 北京:化学工业出版社, 1985[ 3 ] 生, H1Hahn. 铂电极电解气浮的研究. 中国给水排水, 1993, (6) : 4～9[ 4 ] 强自杰. 排水工程(下册) (第4版). 北京:中国建筑工业出版社, 2000科研项目:中国石化集团公司科研项目,已获得一项国家专利(专利号: ZL02288681. 8) 作者简介:张登庆(1957～) ,男,博士,教授级高级工程师,主要从事油田工程设计研究工作。E2mail: zhangdq@joeco. com. cn
