電絮凝技術(shù)處理油田稀油污水的研究

李志國李芳蔣其斌李林彭建福

（1．中國石油新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū)；2．克拉瑪依技師培訓(xùn)學(xué)院；3．中國石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院）

電絮凝技術(shù)處理油田稀油污水的研究

李志國1李芳2蔣其斌1李林3彭建福1

（1．中國石油新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū)；2．克拉瑪依技師培訓(xùn)學(xué)院；3．中國石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院）

文章以新疆油田風城油田作業(yè)區(qū)稀油污水處理為例，針對污水水質(zhì)不穩(wěn)定的問題，分析了污水處理工藝、運行狀況及影響水質(zhì)的原因。針對水質(zhì)惡化的原因，在原污水處理流程不同位置開展電絮凝技術(shù)處理效果研究，優(yōu)化出適宜的電流密度、極板間距以及電解時間等條件。試驗結(jié)果表明：在二級過濾器進口安裝電絮凝裝置后，其出水石油類為0，懸浮物為2 mg／L以下，達到了油田的處理要求。

稀油污水；電絮凝；石油類；懸浮物

0 引 言

新疆油田風城油田作業(yè)區(qū)開發(fā)生產(chǎn)過程中，由于新井投產(chǎn)和老井增產(chǎn)采取的酸化、壓裂、試油、大修等措施，加入大量藥劑，導(dǎo)致油田來液性質(zhì)變化，污水處理系統(tǒng)中石油類、懸浮物增多，對后續(xù)污水處理系統(tǒng)沖擊較大，嚴重影響水質(zhì)凈化效果，現(xiàn)有的工藝不能解決問題。采用電絮凝技術(shù)處理油田污水效果顯著，設(shè)備、操作簡單，占地面積少，無需投加大量化學(xué)藥劑，后續(xù)處理簡單，為油田污水處理提供了新的途徑［1-2］。

1 污水處理工藝及裝置運行狀況

1．1水質(zhì)分析

風城油田作業(yè)區(qū)稀油污水水質(zhì)分析見表1。

表1 稀油污水水質(zhì)分析 mg／L

從水質(zhì)分析結(jié)果可以看出，稀油污水為高礦化度、高碳酸氫根弱堿性污水。

1．2污水處理工藝

風城油田作業(yè)區(qū)稀油污水處理流程：原油處理系統(tǒng)污水進入2 000 m3調(diào)儲罐，在調(diào)儲罐內(nèi)靠重力作用去除部分石油類及懸浮物，調(diào)儲罐出水經(jīng)反應(yīng)泵提升進入污水反應(yīng)罐和700 m3斜板沉降罐，去除大部分乳化油及懸浮物，出水經(jīng)過濾泵提升進入一級過濾器和二級過濾器。處理量約3 500～4 000 m3／d。

1．3存在的問題

2012年污水處理系統(tǒng)各處理單元石油類達標率在90%以上。分析污水水質(zhì)不達標的主要原因為：來水懸浮物超標嚴重：1～8月份234 d水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果中，懸浮物達標率僅為78．6%；來水石油類、懸浮物含量存在大幅度波動，造成后續(xù)處理系統(tǒng)水質(zhì)惡化。調(diào)儲罐出水石油類平均去除率67．6%，懸浮物平均去除率54．5%。結(jié)合斜板沉降罐出水水質(zhì)狀況來看，斜板沉降罐出水石油類平均3．8 mg／L，達標率97．9%，懸浮物平均14．4 mg／L，達標率86．3%。出水不能滿足新疆油田公司《烏爾禾油田烏5烏16井區(qū)油田注水水質(zhì)標準》中石油類和懸浮物均≤2 mg／L的要求。

1．4污水水質(zhì)惡化的原因

分析發(fā)現(xiàn)來水水質(zhì)惡化的原因有以下幾點：污泥脫水劑性能退化，投加污泥脫水藥劑后，上層存在大量浮渣，浮渣進入污水池，然后回收進入系統(tǒng)“污泥循環(huán)”，影響后續(xù)水質(zhì)凈化；原油脫水中間層進入污水處理系統(tǒng)，中間層乳化程度較高，石油類、懸浮物含量高，不易重力沉降去除，調(diào)儲罐不能有效發(fā)揮重力沉降作用，對后續(xù)污水處理系統(tǒng)沖擊明顯；隨著油井酸化、壓裂等增產(chǎn)增注措施的進行，油井采出液含有大量的注入藥劑，嚴重影響水質(zhì)凈化效果［3-4］。

2 電絮凝室內(nèi)試驗

2．1電絮凝機理分析

電絮凝是在外加電場的作用下，利用可溶性的陽極，產(chǎn)生大量的陽離子（如Fe2＋，Al3＋等），利用生成的金屬氫氧化物對廢水進行凝聚沉淀。同時由于電極反應(yīng)，產(chǎn)生直徑很小的氣泡，吸附系統(tǒng)中直徑很小的顆粒物質(zhì)上浮，從而使其與水分離［5］。

來水經(jīng)過微絮凝器-電絮凝器-緩沖罐-雙向分離器-緩沖罐-纖維球過濾器-旋翼過濾器處理，電絮凝試驗流程見圖1。

圖1 電絮凝試驗流程

以鋁陽極為例，典型的電極反應(yīng)如下：

陽極氧化：Al－3e－→Al3＋

陰極還原：2H2O＋2e－→2OH－＋H2↑

通常，鋁離子和氫氧根離子可以形成Al（OH）3微絮體，其絮凝效果比藥劑絮凝好。同時，在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，逸出的氫氣形成極小的氣泡，將廢水中的凝聚物夾帶并上浮至電解槽的液體表面，可以同時起到凝聚和氣浮作用以去除水中的污染物［6］。

2．2電絮凝室內(nèi)試驗分析

含油污水處理首先考慮膠體脫穩(wěn)、除油，為此開展了脫穩(wěn)除油電化學(xué)處理研究，確定Al-Al電極作為陰、陽兩電極，極板間距：陰、陽電極間距5～10 cm，電解電壓3～10 V，電解時間10～60 min。根據(jù)污水的處理效果，又進行了優(yōu)化試驗，確定Al-Al電極陰、陽電極間距7 cm，電解電壓5 V，電解時間30 min，進行含油污水凈化處理試驗，并對處理后水樣進行水質(zhì)分析，分析結(jié)果見表2。

表2 優(yōu)化條件電解處理后水樣水質(zhì)分析結(jié)果

從表2可以看出，優(yōu)化電解方式處理后模擬含油污水透光率達到90%以上，但石油類及懸浮物含量還不能滿足石油類、懸浮物均≤2 mg／L的要求，需后續(xù)加入凈水劑、助凝劑進行沉降。

3 電絮凝現(xiàn)場試驗

根據(jù)現(xiàn)場工藝及流程，分別選取調(diào)儲罐進口、出口，反應(yīng)器進口、出口，一級過濾器進口，二級過濾器進口6個位置進行電絮凝試驗。選取有代表性的2個位置：調(diào)儲罐進口、二級過濾器進口進行的試驗為例說明如下。

3．1調(diào)儲罐進口

調(diào)儲罐進口污水來自2 000 m3重力除油罐的底水，其水質(zhì)波動較大，對水處理系統(tǒng)沖擊較大。將電絮凝裝置安裝在調(diào)儲罐的進口，進行試驗，處理量250 L／h，槽電壓16V，電流1 A，脈沖頻率750 Hz。

由于電絮凝所產(chǎn)生的絮體比較松散，需要在調(diào)儲罐進水中輔助加入凈水劑、助凝劑，以加速絮體沉降，經(jīng)過試驗篩選，確定需加入凈水劑70～100 mg／L、助凝劑5 mg／L。

電絮凝裝置對調(diào)儲罐進水石油類處理效果見圖2，電絮凝裝置對調(diào)儲罐進水懸浮物處理效果見圖3。

由圖2、圖3可以看出，經(jīng)過電絮凝裝置處理后，調(diào)儲罐出水石油類為0，懸浮物濃度在5 mg／L以下。可見，石油類已經(jīng)達到了處理要求，還需對懸浮物進行進一步處理。

圖2 電絮凝裝置對調(diào)儲罐進水石油類處理效果

圖3 電絮凝裝置對調(diào)儲罐進水懸浮物處理效果

3．2二級過濾器進口

將電絮凝裝置安裝在二級過濾器的進口，進行試驗，處理量250 L／h，槽電壓10 V，電流0．3 A，脈沖頻率3 000 Hz。

電絮凝裝置對二級過濾進水懸浮物去除效果見圖4。

試驗結(jié)果表明，在二級過濾器進口安裝電絮凝裝置后，其出水石油類為0，懸浮物為2 mg／L以下，達到了新疆油田公司的要求。所以使用電絮凝裝置后可以省去二級過濾器，簡化了流程，且電流低至0．3 A，能耗很低，同類技術(shù)電流一般為0．5 A。

圖4 電絮凝裝置對二級過濾器進水懸浮物去除效果

4 結(jié)束語

建議下一步控制污水處理系統(tǒng)來水水質(zhì)狀況，跟蹤來水水質(zhì)變化，進行水質(zhì)凈化藥劑持續(xù)優(yōu)化，保證水處理藥劑隨水質(zhì)波動微調(diào)、反應(yīng)器正常運行。可將電絮凝設(shè)備設(shè)置在過濾緩沖罐前，在水質(zhì)波動時使用，且改造、運行費用低。此油田污水處理工藝及裝備既適合舊站改造，又適合斷塊油田開發(fā)，有良好的應(yīng)用前景。

［1］ 桑義敏，李發(fā)生，何緒文，等．含油廢水性質(zhì)及其處理技術(shù)［J］．化工環(huán)保，2004，24（增刊）：94-97．

［2］ 鄧秀英．油田采出水處理技術(shù)綜述［J］．工業(yè)用水與廢水，1999，30（2）：7-9．

［3］ 劉建興，袁國清．油田采出水處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］．工業(yè)用水與廢水，2007，38（5）：20-23．

［4］ 陳霞，李杰訓(xùn)，李東成．油水中間過渡層的預(yù)防及處理技術(shù)［J］．油氣田地面工程，2002，21（5）：51-53．

［5］ 張立山，張玉芬．絮凝法處理油田廢水的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀［J］．河北工業(yè)科技，2005，22（6）：361-363．

［6］ 王麗敏，李秋榮，石晴．電絮凝法處理含油廢水的研究［J］．化工科技，2005，13（3）：30-33．

1005-3158（2014）04-0039-03

2014-03-03）

（編輯 王薇）

10．3969／j．issn．1005-3158．2014．04．013

李志國，2008年畢業(yè)于新疆大學(xué)機電一體化專業(yè)，碩士，現(xiàn)在中國石油新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū)從事油氣田開發(fā)工作。通信地址：新疆克拉瑪依烏爾禾區(qū)風城油田作業(yè)區(qū)設(shè)備管理科，834014