采油污水的電氣浮處理技術(shù)研究

曹偉麗，王彥龍，郭明，王益軍，屈撐囤

(1.延長油田股份有限公司子長采油廠，陜西 延安 717300;2.延長油田股份有限公司定邊采油廠，陜西 榆林 718600;3.陜西黃陵煤化工有限責任公司，陜西 延安 727300;4.克拉瑪依市三達有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834000;5.西安石油大學 化學化工學院，陜西 西安 710065)

采油污水是伴隨著注水開發(fā)產(chǎn)生的一種多相體系，其組成包括懸浮固體、油、無機鹽、細菌，還含有一定量的溶解性有機物(殘留的殺菌劑、黏土穩(wěn)定劑、阻垢緩蝕劑等)，因此，回注時要對其進行有效處理。目前采油污水回注處理技術(shù)主要有化學絮凝-沉降、溶氣氣浮、微生物處理等方法，其中化學絮凝-沉降需要的構(gòu)筑物多、一次投資較大;溶氣氣浮容易造成水中溶解氧含量高、腐蝕加劇;微生物處理要求水質(zhì)、水量相對穩(wěn)定，污水組成變化容易引起處理效果的波動。電氣浮技術(shù)是廢水在直流電場作用下，水被電解，在陽極析出O2和Cl2，在陰極析出H2，電解產(chǎn)生的氣泡粒徑很小，且密度也小，因此氣泡截獲雜質(zhì)微粒的能力比溶氣氣浮、機械葉輪氣浮要高，而且浮載能力也高，是近年污水處理技術(shù)研究的熱點之一［1］。本文采用電氣浮技術(shù)對其進行處理，探討了電極材料、電極形式、極板間距、電流強度、電導率等與處理效果之間的關(guān)系。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

所用裝置主要有反應(yīng)槽、電極板、直流電源等，其中反應(yīng)槽有機玻璃材質(zhì)，體積為500 mL;電極板可根據(jù)需要調(diào)換，極板間距可調(diào)，檢測水樣取自反應(yīng)槽下端。延長油田定邊采油廠污水組成見表1。

表1 污水組成Table 1 The analysis results of produced-water

1.2 實驗方法

污水以石墨為電極(面積20 cm2)，極板距離為1.5 cm時，電流密度為200 A，電氣浮處理20 min。依據(jù)SY/T 5329—2012(碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標及分析方法)規(guī)定分析懸浮物含量、含油量、細菌含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 電流密度對處理效果的影響

表2 電流密度對懸浮物、含油量去除率的影響Table 2 Influence of current density to removal rate of suspended solids and oil content

由表2 可知，隨著電流密度的增加，懸浮物、含油量去除率逐漸增大，當電流密度超過200 A 時，懸浮物、含油量去除率增加幅度減緩。這是因為隨著電流密度增加，產(chǎn)生的微小氣泡的數(shù)量增加，污水中懸浮顆粒被氣泡“攜裹”至表面的量多，因此懸浮物、含油量去除率高［2］;但當電流密度超過200 A時，系統(tǒng)產(chǎn)生的微小氣泡數(shù)量增加幅度減緩，因此懸浮顆粒的去除率減緩。

2.2 電氣浮時間對處理效果的影響

電氣浮時間與懸浮物、含油量去除率之間關(guān)系見表3。

表3 電氣浮時間與處理效果的關(guān)系Table 3 Effect of treatment of electric float to removal rate

由表3 可知，隨著電氣浮處理時間的增加，懸浮物、含油量去除率逐漸增大，處理時間超過20 min時，懸浮物、含油量去除率減緩。這是因為電氣浮中氣泡直徑較小(一般為10 ～40 μm，而常規(guī)氣浮為80 ～100 μm)，氣泡與懸浮顆粒的吸附造成體系密度降低，因此隨著處理時間的增長，污水中懸浮顆粒被氣泡帶至表面的量增加，懸浮物、含油量去除率高［3-5］。

2.3 電極板間距對處理效果的影響

極板距離與懸浮物、含油量去除率之間關(guān)系見表4。

表4 電極板間距對處理效果的影響Table 4 Effect of the electrode spacing to removal rate

由表4 可知，隨著極板間距的增加，懸浮物、含油量去除率逐漸降低，板間距離超過1.5 cm 時，懸浮物、含油量去除率減緩。這是因為極板間距增大，單位體積內(nèi)產(chǎn)生的氣泡密度降低［2］，懸浮物、含油量去除率減小。

2.4 電極材料對處理效果的影響

當電極面積為20 cm2，電氣浮時間為20 min，電流密度為200 A，極板距離為1.5 cm 時，電極材料與懸浮物、含油量去除率之間關(guān)系見表5。

表5 電極材料對處理效果的影響Table 5 Effect of the electrode materials to removal rate

由表5 可知，以鈦電極效果最好，其次為石墨、鋁、鐵電極。這是因為鈦極板釋放的氣泡均勻且量大，對懸浮物、含油量去除效果好［3］。

2.5 電氣浮處理前后的水質(zhì)對比

污水電氣浮處理前后的水質(zhì)對比見表6。

表6 電氣浮處理前后的水質(zhì)對比結(jié)果Table 6 The results of produced-water quality before and after the treatment of electric float

由表6 可知，處理后水達到了標準要求的水質(zhì)指標，同時產(chǎn)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，減輕管道內(nèi)局部點腐蝕及對地層的堵塞［3］。

3 結(jié)論

(1)電極材料為石墨時，電氣浮處理含油污水的條件為:電氣浮時間為20 min，極板距離為1.5 cm，電流密度超過200 A。

(2)處理后污水的懸浮物含量、含油量、SRB 及TGB 含量分別由處理前的88.3 mg/L、106 mg/L、104和105個/mL 下降到1. 6 mg/L、2. 1 mg/L、101和102個/mL。

［1］ 李志健，付政輝.電氣浮技術(shù)處理含油廢水的研究進展［J］.工業(yè)水處理，2009，29(10):5-8.

［2］ 張登慶，任連鎖，裴峻峰，等.電氣浮技術(shù)在油田采出水處理中的應(yīng)用研究［J］. 石油礦場機械，2002，31(2):11-14.

［3］ 任連鎖，鄭杰. 電氣浮處理含油污水技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.小型油氣藏，2006，11(1):58-61.

［4］ 陳宗琪，王光信，徐桂英.膠體與界面化學［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［5］ 趙振國.應(yīng)用膠體與界面化學［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2008.