電絮凝氣浮工藝處理含聚采油污水及配聚應(yīng)用試驗(yàn)

付繼彤 （中石化勝利油田分公司孤島采油廠(chǎng)，山東 東營(yíng) 257231）

電絮凝氣浮工藝處理含聚采油污水及配聚應(yīng)用試驗(yàn)

付繼彤 （中石化勝利油田分公司孤島采油廠(chǎng)，山東 東營(yíng) 257231）

隨著孤島油田注聚驅(qū)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，采出液含聚合物濃度增加，致使原油脫水和污水處理難度加大。通過(guò)進(jìn)行電絮凝-氣浮技術(shù)處理油田含聚污水的試驗(yàn)與應(yīng)用，利用電絮凝、電氣浮原理，降低了污水中的含油量、懸浮物含量和化學(xué)需氧量，處理后配制聚合物母液經(jīng)污水稀釋后，聚合物溶液黏度及保留率均與清水配制污水稀釋后聚合物溶液相當(dāng)，完全可以替代清水。

含聚污水；污水處理；電絮凝；電氣??；配聚

孤島油田進(jìn)入特高含水開(kāi)發(fā)期后，為適應(yīng)提高原油采收率的需要，注聚、稠油熱采以及各種工藝應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，造成地面水處理方面存在兩個(gè)突出的問(wèn)題：一是由于污水含聚且原油密度較高，油水分離困難，污水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，造成大量原油隨污水回注，從而浪費(fèi)原油并污染地層［1］；二是用于諸如聚合物母液配制、熱采等的清水成本居高不下，而處理后的污水卻無(wú)法再用。

因此，有必要在含聚污水處理技術(shù)方面尋求突破，使處理后的水質(zhì)能夠滿(mǎn)足回注標(biāo)準(zhǔn)，并且可以替代清水配制注聚母液，通過(guò)對(duì)含聚污水電化學(xué)法處理技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)研究和試驗(yàn)，基本達(dá)到了預(yù)期的效果，并取得了相應(yīng)的工程數(shù)據(jù)。

1 油田含油污水的電化學(xué)特性

含油污水是油、懸浮物、各種礦化物、有機(jī)物等和水所形成的穩(wěn)定而且非均相的混合物。其中原油以懸浮、溶解、分散、乳化和油－固體等狀態(tài)分散在水中，生產(chǎn)過(guò)程中使用的聚合物，其分子結(jié)構(gòu)中含有—COOH，—CON2等親水基團(tuán)，在水分子與油分子之間起聯(lián)結(jié)作用，從而穩(wěn)定了乳膠體。由于電離、離子的吸附或摩擦，界面膜帶上電荷，形成分散雙電層或束縛雙電層。污水處理的最初目的就是要使這些乳膠體和懸浮體聚沉出來(lái)［2］。

2含油污水處理電絮凝氣浮工藝

2.1 工藝原理

電絮凝－氣浮處理工藝基本原理是借鑒傳統(tǒng)的工藝過(guò)程，即 “加藥＋沉降＋過(guò)濾”和 “加藥＋氣浮＋過(guò)濾”，目的是用電化學(xué)、電磁場(chǎng)替代各種具有特定功能的化學(xué)藥劑，部分實(shí)現(xiàn)破乳、除油、殺菌、緩蝕、阻垢的作用。

2.1.1 電化學(xué)法絮凝原理

采用電化學(xué)方法原位產(chǎn)生電活性絮凝劑是新的發(fā)展趨勢(shì)，具有易控、高效和成本低的優(yōu)點(diǎn)，電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的活性基團(tuán)較有效地和懸浮顆粒 “架橋”連接，凝成 “大塊”而加速沉降分離。

在電流的作用下，陽(yáng)極溶解的鋁離子在溶液中反應(yīng)形成細(xì)小的絮凝團(tuán)，對(duì)雙電層電位差影響極大，因而具有極強(qiáng)的膠體粒子及懸浮微粒的凝聚作用。相對(duì)于常用的鋁鹽類(lèi)化學(xué)絮凝劑，其吸附能力與活度要高得多，且用量少，成本低，不受環(huán)境、水溫及生物雜質(zhì)的影響，亦不會(huì)發(fā)生鋁鹽與水的副反應(yīng)，因而所適應(yīng)的廢水酸堿度范圍就較寬。絮凝反應(yīng)方程式為：

2.1.2 電化學(xué)法氣浮原理

電化學(xué)氣浮是在加壓浮選法處理廢水的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新方法，通過(guò)電解水產(chǎn)生氫、氧氣體，攜帶廢水中的膠體微粒，共同上浮，從而達(dá)到分離、凈化的目的。氣浮反應(yīng)方程式為：

由于電氣浮法所產(chǎn)生的氣泡粒子直徑比較小，可吸持的粒子的極限直徑小，因而浮選效果好，較擴(kuò)散氣體浮選法和溶解氣體浮選法優(yōu)越。電氣浮產(chǎn)生的H2泡為10～30μm，O2泡為20～60μm，比表面相對(duì)較大，因而與污水中雜質(zhì)的相對(duì)接觸面積較大，氣泡粒子的吸附能力也較強(qiáng)。而一般加壓浮選法的氣泡直徑為100～150μm，對(duì)微膠?；驊腋∥⒘５奈侥芰^弱。

電氣浮法既可單獨(dú)用于分離廢水中的有害組分，也可作為單元操作步驟與化學(xué)藥劑法、pH調(diào)節(jié)法或電凝聚法聯(lián)合一起使用，發(fā)揮出電凈化酸洗廢水的極大優(yōu)勢(shì)。

2.2 室內(nèi)評(píng)價(jià)及工藝參數(shù)優(yōu)化

2.2.1 技術(shù)指標(biāo)

為了降低配聚清水用量，開(kāi)展電化學(xué)處理污水配聚現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。采用油田污水站出水作為配聚回注水，技術(shù)指標(biāo)要求［3］：含油量ρo≤30mg／L；懸浮物含量ρs≤50mg／L；化學(xué)需氧量 （COD）ρcod≤500mg／L。

要求通過(guò)試驗(yàn)工程的研究，開(kāi)發(fā)出一套油田含聚污水經(jīng)處理后用于替代清水稀釋聚合物的回注工藝（圖1），用該裝置處理后的污水替代清水配制聚合物母液，其污水稀釋后的溶液黏度與清水配制聚合物母液污水稀釋后的黏度相當(dāng)。根據(jù)原水的水質(zhì)情況，通過(guò)試驗(yàn)工程研究出處理工藝的最優(yōu)設(shè)計(jì)與運(yùn)行參數(shù)，以滿(mǎn)足油田生產(chǎn)要求，降低油田生產(chǎn)成本，提高油田回注水的采油效果。

2.2.2 評(píng)價(jià)方案

含油污水電絮凝－氣浮工藝處理選擇在勝利油田孤島孤五污水站，原水ρo在1500～5000mg／L，聚合物含量ρp在100mg／L左右，懸浮物含量ρs在1500mg／L左右，ρcod在3200mg／L左右。

根據(jù)室內(nèi)杯試結(jié)果，結(jié)合孤五聯(lián)的污水特性和污水配聚用途，確定了4套現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)［4，5］：方案1，單純電化學(xué)工藝；方案2，電化學(xué)聯(lián)合pH調(diào)節(jié)工藝；方案3，電化學(xué)、pH調(diào)節(jié)與化學(xué)藥劑 （無(wú)機(jī)絮凝劑）投加組合工藝；方案4，電化學(xué)聯(lián)合化學(xué)藥劑 （反相破乳劑、凈水劑）投加工藝。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖1 室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)流程

表1 室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

詳細(xì)考察運(yùn)行效果，對(duì)各方案出水ρo、ρs與ρcod進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果為：室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果和運(yùn)行成本分析表明，方案3是最優(yōu)方案，并確定相應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)。加硫酸將pH值調(diào)到4～5，破膠并去除大量的油、聚合物，再加200mg／L左右的聚鋁，除去懸浮物，在三級(jí)氣浮進(jìn)口加堿將pH值調(diào)回6.5左右。

3 試驗(yàn)與檢測(cè)結(jié)果

孤島孤五污水站日處理液量3.4×104m3左右，原水經(jīng)除油罐沉降后進(jìn)入電絮凝－氣浮裝置ρo＝600mg／L，ρs＝500mg／L，ρcod＝1500mg／L。現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)設(shè)計(jì)處理量在2000m3／d。電絮凝處理污水的工藝流程如下：來(lái)水→一級(jí)電氣浮→二級(jí)電絮凝→氣浮→三級(jí)電氣浮→緩蝕阻垢殺菌工具→出水。

3.1 污水處理試驗(yàn)

根據(jù)室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果，采用了在二級(jí)電絮凝進(jìn)口投加硫酸 （同時(shí)投加聚鋁），將污水的pH值調(diào)至4～5；絮凝反應(yīng)結(jié)束后，再在三級(jí)氣浮進(jìn)口投加堿液，將污水pH值調(diào)至6.5左右。處理前后水中含油、懸浮物和COD變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2～4。

圖2 含油質(zhì)量濃度變化曲線(xiàn)

圖3 懸浮物質(zhì)量濃度變化曲線(xiàn)

由圖2～4可以看出：電化學(xué)污水處理裝置除油效果明顯，處理后的ρo＜10mg／L；除COD和懸浮物去除效果較差，處理后ρs在50mg／L左右，ρcod為500mg／L左右，基本能達(dá)到配聚水水質(zhì)指標(biāo)要求。

由于該裝置電解產(chǎn)生O2、H2、Cl2，氣浮又為開(kāi)式流程，所以經(jīng)氣浮后水中的溶解氧增加，再有二級(jí)絮凝之前投加酸調(diào)節(jié)水的pH值，導(dǎo)致處理后的水pH值降低，使水的腐蝕性增強(qiáng)，腐蝕速率增加，但仍能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)小于0.076mm／a的指標(biāo)要求。

3.2 配聚評(píng)價(jià)

圖4 COD質(zhì)量濃度變化曲線(xiàn)

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)處理前后污水密閉取樣，探討處理污水、未處理污水對(duì)聚合物黏度的影響［6］，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2數(shù)據(jù)可看出，注聚用的聚合物母液及稀釋后黏度在相同條件下母液黏度清水配制要遠(yuǎn)高于處理后污水，但稀釋到2000mg／L比較，處理后污水配制母液未處理污水稀釋與清水配未處理污水稀釋對(duì)比黏度保留率達(dá)到90%以上，完全可以代替清水。熱穩(wěn)定性試驗(yàn)在70℃下，放置1、3、5、7d，測(cè)試黏度變化，結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 孤五污水站污水聚合物溶液黏度檢測(cè)結(jié)果

表3 聚合物溶液黏度熱穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果表明，同一聚合物母液用處理后污水稀釋的聚合物溶液黏度穩(wěn)定性好于未處理污水，7d后黏度保留率達(dá)60%以上，清水配母液和處理后污水配母液用處理后污水稀釋黏度保留率相當(dāng)，清水配母液和處理后污水配母液用未處理污水稀釋后者初始黏度稍低，但黏度保留率稍高，7d后兩者黏度相當(dāng)，處理后污水可以代替清水。

3.3 運(yùn)行成本核算

對(duì)運(yùn)行成本進(jìn)行核算見(jiàn)表4。

表4 運(yùn)行成本核算表

4 結(jié) 論

1）采用電化學(xué)方法原位產(chǎn)生電活性絮凝劑是新的發(fā)展趨勢(shì)，具有易控、高效和成本低的優(yōu)點(diǎn)，孤島孤五污水站電化學(xué)污水處理設(shè)備處理的水質(zhì)基本達(dá)到了代替清水配注的要求，設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行能夠保證。該技術(shù)利用了污水，從而節(jié)省了淡水資源，有利于節(jié)約開(kāi)發(fā)成本。

2）該工藝處理后污水懸浮物和COD指標(biāo)偏高，若要進(jìn)一步提高水質(zhì)指標(biāo)需在后端增加過(guò)濾裝置。

3）處理后污水不管是用于配制母液或是用于稀釋?zhuān)渚酆衔锶芤吼ざ缺Ａ袈示哂诨蛳喈?dāng)于清水，因此用來(lái)配制聚合物溶液是可行的。

［1］鄒啟賢，陸正禹 .油田廢水處理綜述 ［J］.工業(yè)水處理，2001，21（8）：1～4.

［2］鄧述波，周撫生，陳忠喜，等 .聚丙烯酰胺對(duì)聚合物驅(qū)含油污水中油珠沉降分離的影響 ［J］.環(huán)境科學(xué)，2002，23（2）：69～72.

［3］蘇延昌，劉德寬 .喇嘛甸油田污水配制高分子高濃度聚合物驅(qū)油試驗(yàn)研究 ［J］.大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2006，25（3）：82～84.

［4］張登慶，宮敬，嚴(yán)大凡 .電氣浮含油污水處理工藝室內(nèi)靜態(tài)試驗(yàn)研究 ［J］.油氣田地面工程，2004，23（1）：11～12.

［5］董慧茹，盧永康，畢鵬禹，等 .電絮凝－氣浮-H2O2法處理石化污水 ［J］.水處理技術(shù)，2006，32（9）：66～69.

［6］辛麗宏 .聚合物配制系統(tǒng)母液粘度影響分析 ［J］.油氣田地面工程，2007，26（3）：26～27 .

［編輯］ 蕭 雨

Experiment on Oil Sewage Treating with Electric Flocculation Gas Suspension and Its Polymer Preparation

FU Ji-tong （Author' s Address：Gudao Oil Production Plant，Shengli Oilfield Company，SINOPEC，Dongying257231，Shandong，China）

With the gradual expansion of polymer flooding extent in Gudao Oil Production Plant，the polymer concentration increased in produced fluid，therefore it was difficult for crude oil dewatering and sewage treatment.Through the experiment and application of the technique of electric flocculation and gas suspension in oilfield sewage treatment and by using the principle of electric flocculation and gas suspension，the contents of sewage，suspended matter and COD were all reduced.After the sewage is diluted，the polymer viscosity and its retention rate are equal to those of the polymer solution prepared with fresh water，it can be used to replace fresh water.

polymer contained sewage；sewage treating；electric flocculation；gas suspension；polymer preparation

TE991.2

A

1000-9752（2012）12-0157-03

2012-05-21

付繼彤 （1962-），男，2003年中國(guó)礦業(yè)大學(xué) （北京）畢業(yè)，博士，高級(jí)工程師，采油工程首席專(zhuān)家，主要從事采油工程方面的研究工作。