混凝過濾技術(shù)在稠油廢水處理中的優(yōu)化應(yīng)用

摘 要：稠油廢水處理是工業(yè)水處理難題，目前主要采用混凝進(jìn)行破乳處理，但仍存在藥耗成本高、污泥量大等問題。本文針對(duì)山東勝利油田進(jìn)行中試試驗(yàn)，采用混凝過濾的方式，通過科學(xué)的藥劑投加控比，結(jié)合高效的陶瓷濾料過濾進(jìn)行研究，并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。每日節(jié)省藥劑成本26350元，減少污泥產(chǎn)量57%，取得了較好的應(yīng)用成果。

關(guān)鍵詞：稠油廢水；乳化劑；破乳；混凝沉淀

中圖分類號(hào)：X 78 " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

工業(yè)稠油廢水相對(duì)市政污水，具有處理難度大、費(fèi)用高、處理效果不達(dá)預(yù)期等特點(diǎn)，隨著我國對(duì)環(huán)境保護(hù)的認(rèn)知度越來越高，水資源越來越短缺等因素的影響，對(duì)于稠油廢水處理排放標(biāo)準(zhǔn)愈加嚴(yán)格[1]。隨著水處理技術(shù)水平提升，人們對(duì)于稠油廢水的處理不只局限于水質(zhì)達(dá)標(biāo)，而更注重降低成本、資源回收以及污泥的后續(xù)處理問題。針對(duì)上述問題，本文以試驗(yàn)中試結(jié)合實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 研究機(jī)理

1.1 稠油廢水處理技術(shù)

2012年以來國內(nèi)對(duì)稠油廢水的處理越發(fā)重視，隨著研究的不斷深化，國內(nèi)外涌現(xiàn)了一批新的高效處理方法，例如活性炭催化氧化、電解化學(xué)處理、電凝聚和電滲析技術(shù)以及臭氧活性炭吸附等，改良常規(guī)處理方式，不再使用一種方法進(jìn)行處理，而是組合不同的物理、化學(xué)方式形成組合工藝，從而達(dá)到對(duì)稠油處理降本增效的目的。

1.2 混凝

主要工藝為生石灰+PAC+PAM，具體介紹如下：1）通過加入生石灰，對(duì)水包油或油包水產(chǎn)生脫水效果，從而破壞油水的水化層，Ca2+壓縮雙電層，降低ζ電位，減少乳化油膠粒之間的相互排斥力，在范德華力作用下有可能碰撞并形成大粒徑分散油。2）聚合氯化鋁[2]既可以作為助凝劑，也可以作為混凝劑，單一聚合氯化鋁具有破乳脫穩(wěn)的效果，可以更好地發(fā)揮效果，但是破乳效果一般，在酸化后投加PAC效果明顯提升。用硫酸調(diào)節(jié)可以中和電性脫穩(wěn)，PAC的用量降低了很多，大大提升了酸化后的效果。3）聚丙烯酰胺[1]，分為陽離子、陰離子和中性，這里采用陽離子聚丙烯酰胺，單一使用就可以對(duì)破乳脫穩(wěn)起到非常好的效果[3]，絮體整齊沉降，產(chǎn)生肉眼可見的分層。由于其價(jià)格昂貴，因此通常與聚合氯化鋁配合使用，同樣可達(dá)到很好的處理效果。

1.3 過濾

稠油廢水的高黏度特性對(duì)于過濾有較大的影響，傳統(tǒng)的石英砂、無煙煤尤其是活性炭，主要通過吸附去除水中的雜質(zhì)，難以滿足稠油廢水的高黏度特性，很容易造成濾料堵塞，并且給后期的反沖洗、濾料的再生造成很大的困難，所以選擇稠油廢水過濾的濾料是關(guān)鍵。高性能陶瓷濾料通過改性燒制，具有高強(qiáng)度、疏水性，對(duì)于稠油廢水的處理有較好的效果。

2 試驗(yàn)部分

2.1 常規(guī)混凝處理試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)水質(zhì)

試驗(yàn)用水選擇山東濱州油田該套水處理裝置目標(biāo)含油廢水，含油量為39.055mg/L，濁度為84.7NTU。

2.1.2 試驗(yàn)藥劑配置與投加

首先，準(zhǔn)備混凝藥品氧化鈣粉末，投加量0.5g/L，聚合氯化鋁粉末，配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%溶液，投加量0.25g/L及陽離子聚丙烯酰胺粉末，并配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%溶液[4]，藥品均為化學(xué)分析純。其次，按照現(xiàn)油田廢水處理投加藥劑方法，投加0.5g/L的氧化鈣和 0.25g/L的PAC進(jìn)行攪拌，攪拌強(qiáng)度為200r/min，攪拌時(shí)間為5min，投加10mg/L的PAM，以 150r/min的攪拌強(qiáng)度攪拌2min，最后，以50r/min的攪拌強(qiáng)度攪拌5min[5]，如圖1所示。

2.1.3 試驗(yàn)結(jié)果

加藥攪拌結(jié)束后靜沉5min，取中間層水樣，用吉林北光測(cè)油儀測(cè)得含油2.7071mg/L，濁度1.8NTU，處理效果達(dá)標(biāo)，但是加藥量大成本高，產(chǎn)生的絮體污泥量巨大，還存在后續(xù)的沉淀池污泥處理問題。

2.2 混凝優(yōu)化試驗(yàn)

為了降低藥劑成本，減少產(chǎn)生的絮體污泥，對(duì)混凝試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化。

2.2.1 試驗(yàn)條件

藥劑配置與攪拌與常規(guī)混凝試驗(yàn)相同，原水（未經(jīng)處理）含油量：22.022mg/L。

2.2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

降低氧化鈣、聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺的投加量并調(diào)整三者投加比例，見表1、表2。

靜沉5min后，從左至右分別為①②③④（如圖2所示）。

①號(hào)燒杯水明顯更清澈，絮體性狀和沉降速度都比其他3組好；與①號(hào)燒杯相比，②號(hào)燒杯表面的效果都稍微差些，良好，10.987mg/L也可能出現(xiàn)誤差；③號(hào)燒杯絮體相對(duì)較小，沉降速度相對(duì)較慢。④號(hào)燒杯明顯PAC投加過多，PAM從8mg/L

增至16mg/L依然很渾濁，20min后才逐漸呈現(xiàn)。③號(hào)燒杯情況，但是絮體更厚認(rèn)為PAC不可盲目投加過多，或者需要合適的比例。

靜沉5min后，從左至右分別為①②③④（如圖3所示）。

①②號(hào)燒杯生石灰增多，水都有些渾濁，說明不適宜再增加生石灰投加量；③④號(hào)燒杯與上一組的①號(hào)燒杯相比，PAM投加從4mg/L增至16mg/L，去除率也一直在增加；⑤號(hào)燒杯為上一組③號(hào)燒杯補(bǔ)充試驗(yàn)，PAM投加量增加，絮體增大，但是去除率變化不大。

2.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)該水質(zhì)，考慮其混凝沉淀和除油率，提出2條建議：1）生石灰建議投加量為0.25g/L，當(dāng)投加量為0.5g/L時(shí)，達(dá)到幾個(gè)最佳值，投加量為0.25g/L與0.5g/L效果相差不大，但是能起到減少污泥的效果。2）PAC建議投加量0.125g/L，PAM建議投加量10mg/L。

2.3 混凝過濾沉淀

試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是選擇適宜的藥劑投加量，搭配過濾從而既達(dá)到稠油廢水處理的效果，又降低成本的目的。采用效果最好的第一組，CaO 0.25g/L+PAC 0.125g/L+PAM 10mg/L結(jié)合一級(jí)過濾1.2mm～1.6mm粒徑濾球進(jìn)行除油試驗(yàn)，混凝試驗(yàn)條件與上同，原水含油量39.055mg/L，加藥后含油量3.0124mg/L。

2.3.1 過濾試驗(yàn)條件

進(jìn)水濁度22.6NTU，采用二級(jí)過濾，一級(jí)過濾，承托層150mm，濾球700mm，濾球粒徑1.2mm～1.6mm，K80≈1.4，濾速為10m/h，二級(jí)過濾，承托層150mm，濾球700mm，濾球粒徑0.6mm～0.8mm，K80≈1.4，濾速為10m/h。

2.3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

按照上述過濾條件對(duì)混凝過濾出水進(jìn)行過濾試驗(yàn)并記錄出水濁度，見表3。

2.3.3 試驗(yàn)結(jié)果

通過混凝過濾試驗(yàn)，整體出水約為1.5NTU，濁度去除率為95.73%。一級(jí)過濾后含油量 0.8979mg/L。在降低藥耗情況下，處理效果明顯優(yōu)于常規(guī)混凝試驗(yàn)（如圖4、圖5所示）。

3 研究應(yīng)用

3.1 基本情況

山東勝利油田濱南采油廠原油采用注水方式開發(fā)，隨著原油的開挖產(chǎn)生的廢水，通過進(jìn)行水處理將達(dá)標(biāo)水回注。每開采一頓原油大概需要回注水2t～3t，開采的油水含稅率達(dá)到95%。因此，油田采出水中往往含有原油、各種鹽類、有機(jī)物、無機(jī)物以及微生物等。該廠實(shí)際日處理量為1.7萬m3/d，礦化度為18000mg/L，pH為5～6。進(jìn)入處理工藝前，連續(xù)投加堿液，調(diào)節(jié)原水pH至7，根據(jù)原水中是否含硫，決定是否增加預(yù)氧化（除鐵離子）工藝，具體工藝如圖6所示。原該處理工藝前端大量投加混凝劑，后端過濾器中濾料從下至上分別為砂礫石、金剛砂、核桃殼，其中核桃殼代替了活性炭，可以發(fā)揮一定吸附原油的作用。處理完的回注水含油量為3mg/L～

4mg/L，懸浮物含量在2mg/L～3mg/L，顆粒中值為2.1μm，基本達(dá)到了國家回注水A3標(biāo)準(zhǔn)[7]。對(duì)于粒徑中值的要求更小，為了避免回注時(shí)堵塞土層而降低原油開采效率，可采用膜處理工藝，從而進(jìn)一步提升回注水水質(zhì)，最終達(dá)到國家最高的回注水標(biāo)準(zhǔn)——A1標(biāo)準(zhǔn)[8]。

3.2 存在問題

該稠油水處理廠主要采用傳統(tǒng)的通過大量投加混凝劑方式實(shí)現(xiàn)對(duì)稠油水的處理，勉強(qiáng)可以達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，但是在處理成本、運(yùn)行情況和出泥量上仍存在問題：1）藥劑、電耗、廢水等處理成本會(huì)更高，同時(shí)污泥處理量大，達(dá)到15m3/d，污泥處理不徹底，交付其他單位處理費(fèi)用高；在沉降灌中分離的污泥經(jīng)板框壓濾機(jī)處理后，含水量為47%，含油量為8%。脫水后的污泥由廠方支付一定費(fèi)用，交于其他單位進(jìn)行進(jìn)一步處理。2）前端出水懸浮物含量高，不能滿足所有回注水的要求，膜處理技術(shù)對(duì)于進(jìn)水的水質(zhì)要求較高。工藝后端設(shè)備管道腐蝕嚴(yán)重。

3.3 調(diào)整辦法

結(jié)合上述試驗(yàn)，對(duì)混凝沉淀參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，加入高效的陶瓷濾料過濾裝置，應(yīng)用于實(shí)際處理中：1）稠油廢水采用混凝處理效率低與設(shè)備陳舊和投藥量不科學(xué)均有關(guān)系，通過按照試驗(yàn)投加藥劑量CaO 0.25g/L+PAC 0.125g/L+PAM 10mg/L投加，同時(shí)投加硅藻土、粉狀活性炭等天然無害的載體，幫助顆粒污泥更快地形成[8]。2）盡管采用含油廢水的膜處理與活性炭吸附等方式處理效果好，但是成本高，材料重生困難，因此改用陶瓷濾料，濾料表面形成大量可吸附物質(zhì)的孔洞，比表面積較大，吸附能力更好；采用多級(jí)陶瓷濾料可根據(jù)出水效果相應(yīng)地改變級(jí)數(shù)，盡可能地節(jié)約運(yùn)行成本，同時(shí)設(shè)備為全自動(dòng)化操作，簡單易行。

3.4 效益分析

通過調(diào)整混凝藥劑投加量，不僅提升了稠油廢水處理效果，同時(shí)，污泥含量減少57%。調(diào)整前千噸水用藥量：氧化鈣500kg、PAC250kg、PAM15kg，調(diào)整后千噸水用藥量：氧化鈣250kg、PAC125kg、PAM10kg。按照市場(chǎng)1200元/tCaO，8600元/tPAC，35000元/tPAM計(jì)算，千噸水藥劑節(jié)省成本1550元。按照日處理量1.7萬m3/d計(jì)算，日節(jié)省藥劑成本26350元。

4 結(jié)語

本文將混凝過濾優(yōu)化試驗(yàn)應(yīng)用于山東勝利油田稠油廢水處理實(shí)踐中，取得了較好的成效，總結(jié)如下：1）隨著對(duì)稠油廢水排放指標(biāo)愈發(fā)嚴(yán)格，人們更重視稠油廢水的處理。單一處理逐漸不能滿足現(xiàn)代水處理要求，多形式的組合工藝更適合技術(shù)的發(fā)展。科學(xué)的混凝投加結(jié)合高性能的陶瓷過濾不僅提高了出水效果，同時(shí)可以降低藥耗成本，減少污泥產(chǎn)生。2）稠油廢水處理的關(guān)鍵在于破乳，CaO+PAC+PAM處理方法效果明顯[6]，混凝沉淀后出現(xiàn)肉眼可辨的分層，出水明顯清澈。3）CaO 0.5g/L + PAC 0.25g/L+PAM 10mg/L的投藥成本約為0.7元/t，

減半投藥CaO 0.25g/L + PAC 0.125g/L + PAM 10mg/L的投藥成本為0.4元/t，二者處理效果相差不大，從電耗和藥耗角度出發(fā)以后，后續(xù)濾料的持續(xù)運(yùn)行角度，選取一個(gè)平衡點(diǎn)。4）針對(duì)不同性質(zhì)的工業(yè)廢水，助凝劑和混凝劑的選擇、投加量、攪拌強(qiáng)度、攪拌時(shí)間均不相同。對(duì)于本文目標(biāo)水樣，先投加0.5g/L的氧化鈣和0.25g/L的PAC，然后攪拌，攪拌強(qiáng)度為200r/min，攪拌時(shí)間為5min；再投加10mg/L的PAM，先150r/min攪拌2min，再50r/min攪拌5min，可以獲得最佳的 GT值，從而達(dá)到好的混凝效果。5）盡管含油廢水的膜處理與活性炭吸附等方式處理效果好，但是成本高，材料重生困難，因此改用陶瓷濾料，濾料表面形成大量可吸附物質(zhì)的孔洞，具有較大的比表面積，吸附能力更好。

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