硅藻土及其復(fù)配劑處理聚合物驅(qū)含油污水實(shí)驗(yàn)

陳 平,闞連寶,林紅巖,王西聯(lián)

(1.東北石油大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院,黑龍江 大慶 163318; 2.里奧置業(yè)有限公司,山東 東營 257000)

硅藻土及其復(fù)配劑處理聚合物驅(qū)含油污水實(shí)驗(yàn)

陳 平1,闞連寶1,林紅巖1,王西聯(lián)2

(1.東北石油大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院,黑龍江 大慶 163318; 2.里奧置業(yè)有限公司,山東 東營 257000)

針對(duì)大慶油田聚合物驅(qū)含油污水的特點(diǎn),采用混凝法處理含油污水中的油;進(jìn)行單獨(dú)硅藻土與硅藻土復(fù)配劑處理聚合物含油污水效果對(duì)比,探討聚合氯化鋁與硅藻土復(fù)配劑的不同加藥量、復(fù)配比、混合攪拌速度、p H、沉淀時(shí)間對(duì)聚合物驅(qū)含油污水中油去除率的影響.結(jié)果表明:聚合氯化鋁與硅藻土復(fù)配處理效果最好,油去除率最高達(dá)到69.23%;當(dāng)投加量為300 mg/L,復(fù)配比為1∶11(質(zhì)量比),混合攪拌速度為350 r/min,水樣p H為7.0,沉淀時(shí)間為30 min時(shí),復(fù)配藥劑除油率最高,能夠滿足后續(xù)水處理含油量的要求.

聚合物驅(qū)油;含油污水;硅藻土;復(fù)配劑;聚合氯化鋁;油去除率

0 引言

聚合物驅(qū)油技術(shù)(Polymer Flooding)是油田應(yīng)用最廣泛的三次采油技術(shù),大慶油田從1996年開始進(jìn)行聚合物驅(qū)工業(yè)化應(yīng)用,目前主力油層已經(jīng)進(jìn)入聚合物驅(qū)開采階段,在油田注入水中加入一定量的水溶性高相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物,能夠增加水相黏度,同時(shí)降低水相滲透率,改善油水流度比,提高原油采收率[1-2].聚丙烯酰酉安HPAM在采出液中殘留質(zhì)量濃度增大,使采出液黏度增加,油水分離速度減慢,污水處理能力下降[3].目前,應(yīng)用于聚合物驅(qū)含油污水的處理藥劑主要是普通混凝劑,處理效果達(dá)不到要求.

硅藻土具有體輕、質(zhì)軟、多孔、比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和吸附能力強(qiáng)等特點(diǎn),以及過濾和吸附水中溶解性有機(jī)物功能,被廣泛應(yīng)用于水處理工藝.Shawabkeh R A[4]等研究硅藻土對(duì)陽離子染料廢水的去除效果,表明每100 g的硅藻土吸附42 mmol的染料.Wen-Tien Tsai[5]等采用NaOH和HF對(duì)硅藻土進(jìn)行改性并處理印染廢水,結(jié)果表明NaOH改性后較改性前處理效果顯著提高,HF改性后的處理效果一般.AL-DEGS Y M[6]等采用錳改性硅藻土,研究它對(duì)鉛離子的去除效果,結(jié)果表明改性硅藻土的吸附能力顯著增加,對(duì)鉛的吸附飽和量為99 mg/g.Hideyuki Nakamura[7]等研究硅藻土對(duì)多環(huán)芳烴的去除效果,結(jié)果表明硅藻土易吸附與氯結(jié)合的多環(huán)芳烴,并且它的吸附速率遠(yuǎn)大于單純吸附多環(huán)芳烴的.王代芝等[8]采用NaOH改性的硅藻土處理含銅廢水,結(jié)果表明,在改性硅藻土投加量為3.5 g,p H為8.5,吸附時(shí)間為30 min的條件下,廢水中Cu2+的去除率最高可達(dá)97.93%.張尊舉等[9]采用硅藻土處理城市污水,結(jié)果表明,硅藻土處理水樣在攪拌時(shí)間為30 min,投加量為300 mg/L時(shí),能取得較好的處理效果,出水水質(zhì)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn).為了改善硅藻土性能,將硅藻土與混凝劑復(fù)配,充分利用硅藻土自身的多空性,以硅藻土作為骨架,同時(shí)利用兩者攜帶的正負(fù)電荷,可以更好地去除水中的污染物質(zhì)[10].

通過硅藻土及其復(fù)配劑實(shí)驗(yàn),尋找適合聚合物驅(qū)含油污水的處理藥劑,確定硅藻土復(fù)配藥劑的最佳處理?xiàng)l件,并分析作用機(jī)理.

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 污水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所用聚合物驅(qū)采油污水取自大慶油田某聯(lián)合站,污水經(jīng)過自然沉降處理,污水中含油量為100～130 mg/L,SS為35～45 mg/L,聚合物為100～200 mg/L,p H為7.2.

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及主要藥劑

實(shí)驗(yàn)設(shè)備為武漢恒嶺科技有限公司生產(chǎn)的六聯(lián)混凝攪拌儀,采用分光光度法測(cè)定含油量.

實(shí)驗(yàn)主要藥劑為硅藻土(分析純)、聚合氯化鋁(PAC)(分析純).

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

取400 m L水樣,p H為7.2,硅藻土及硅藻土與聚合氯化鋁的復(fù)配藥劑按不同投加量投加,硅藻土與聚合氯化鋁的復(fù)配比為9∶1(質(zhì)量比),以300 r/min的速度攪拌1 min,再以80 r/min的速度攪拌10 min,沉淀30 min,取處理后的清水,測(cè)定水中的含油量.

2 含油污水處理實(shí)驗(yàn)

2.1 硅藻土藥劑處理效果

硅藻土處理聚合物驅(qū)采油污水效果見圖1.由圖1可以看出:硅藻土藥劑對(duì)聚合物驅(qū)采油污水中的油去除率達(dá)到60.00%左右,能夠滿足過濾工藝進(jìn)水水質(zhì)含油量要求,但處理效果一般.

2.2 復(fù)配劑藥劑處理效果

硅藻土加聚合氯化鋁處理聚合物驅(qū)采油污水效果見圖1.由圖1可以看出:硅藻土加聚合氯化鋁的復(fù)配藥劑對(duì)聚合物驅(qū)采油污水中的油去除率達(dá)到69.23%,比單獨(dú)的硅藻土藥劑處理效果好.主要是由于硅藻土和聚合氯化鋁能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)正電荷和負(fù)電荷膠體的脫穩(wěn),硅藻土顆粒可作為形成絮體的骨架,改善礬花的結(jié)構(gòu),使形成的絮體密實(shí)而有較好的沉降性[11].

3 影響復(fù)配藥劑處理效果的因素

硅藻土與聚合氯化鋁的復(fù)配藥劑的除油效果優(yōu)于單獨(dú)的硅藻土試劑的,但是在混凝處理過程中,加藥量、復(fù)配比、混合攪拌速度、p H及沉淀時(shí)間等5種因素將對(duì)處理效果產(chǎn)生影響.需要確定硅藻土與聚合氯化鋁復(fù)配藥劑處理聚合物驅(qū)采油污水的最佳實(shí)驗(yàn)條件.

3.1 加藥量

復(fù)配藥劑加藥量對(duì)聚合物驅(qū)采油污水處理效果的影響見圖2.由圖2可以看出:當(dāng)硅藻土的加藥量為270 mg/L,聚合氯化鋁的加藥量為30 mg/L時(shí),油去除率達(dá)到73.14%,處理效果最佳.當(dāng)復(fù)配藥劑加藥量高于300 mg/L時(shí),油去除率反而逐漸下降.這是由于加藥量過大,復(fù)配藥劑的酸性和鐵、鋁等水解產(chǎn)物使溶液的p H迅速降低,超出混凝的最佳p H范圍[12].另外,由于復(fù)配藥劑加藥量增加,處理廢水的藥劑成本和沉淀的污泥量增加,工程運(yùn)行費(fèi)用也同樣增加,因此復(fù)配藥劑最佳投藥量確定為300 mg/L.

圖1 硅藻土及硅藻土加聚合氯化鋁處理聚合物驅(qū)采油污水效果Fig.1 Effect of diatomite and diatomite+PAC on polymer-drive oil recovery wastewater

圖2 加藥量對(duì)聚合物驅(qū)采油污水處理效果的影響Fig.2 Effect of amount on polymer-drive oil recovery wastewater

3.2 復(fù)配比

復(fù)合藥劑復(fù)配比對(duì)聚合物驅(qū)采油污水處理效果的影響見圖3.由圖3可以看出:當(dāng)硅藻土與聚合氯化鋁的復(fù)配比為11∶1(質(zhì)量比)時(shí),油去除率達(dá)到70.65%,處理效果最佳.當(dāng)復(fù)配比較小時(shí),聚合氯化鋁的投加量相對(duì)較多,主要起絮凝作用的是聚合氯化鋁;隨著復(fù)配比的增加,硅藻土投加量相對(duì)增加,聚合氯化鋁所攜帶的正電荷和硅藻土所攜帶的負(fù)電荷同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)正電荷和負(fù)電荷膠體顆粒的脫穩(wěn),處理效果大幅度提高.

3.3 混合攪拌速度

復(fù)合藥劑混合攪拌速度對(duì)聚合物驅(qū)采油污水處理效果的影響見圖4.由圖4可以看出:當(dāng)混合攪拌速度為350 r/min時(shí),復(fù)配藥劑的油去除率達(dá)到71.57%,處理效果最佳.如果攪拌速度過高,則把污水中已經(jīng)形成的大片絮體打碎而又重新分散到水中,不能下沉,處理效率反而下降[13].

圖3 復(fù)配比對(duì)聚合物驅(qū)采油污水處理效果的影響Fig.3 Effect of allocated proportion on polymerdrive oil recovery wastewater

圖4 混合攪拌速度對(duì)聚合物驅(qū)采油污水處理效果的影響Fig.4 Effect of mix stir rate on polymer-drive oil recovery wastewater

3.4 p H

復(fù)合藥劑p H對(duì)聚合物驅(qū)采油污水處理效果的影響見圖5.由圖5可以看出:當(dāng)水樣p H為7.0時(shí),復(fù)配藥劑的油去除率最高,達(dá)到70.96%;當(dāng)水樣p H過高或過低時(shí),處理效率下降.這主要與復(fù)配離子的水解有關(guān)[14],考慮原水p H接近7.0,因此不需要調(diào)整p H.

3.5 沉淀時(shí)間

復(fù)合藥劑沉淀時(shí)間對(duì)聚合物驅(qū)采油污水處理效果的影響見圖6.由圖6可以看出:當(dāng)沉淀時(shí)間為30 min時(shí),復(fù)配藥劑的油去除率達(dá)到70.61%.隨著沉淀時(shí)間增加,雖然油去除率有所提高,但提高幅度不大;同時(shí),混凝沉降容器的體積相應(yīng)增加,投資也增加,因此沉淀時(shí)間確定為30 min.

圖5 p H對(duì)聚合物驅(qū)采油污水處理效果的影響Fig.5 Effect of p H on polymer-drive oil recovery wastewater

圖6 沉淀時(shí)間對(duì)聚合物驅(qū)采油污水處理效果的影響Fig.6 Effect of precipitation time on polymerdrive oil recovery wastewater

利用硅藻土與聚合氯化鋁復(fù)配藥劑處理大慶油田某聯(lián)合站采油廢水,含油污水的油去除率可達(dá)70%左右,相比傳統(tǒng)的吸附或者混凝實(shí)驗(yàn)效果好,是完全可行的.

4 結(jié)論

(1)比較單獨(dú)硅藻土與硅藻土加聚合氯化鋁復(fù)配藥劑聚合物驅(qū)采油污水處理效果:聚合氯化鋁與硅藻土復(fù)配藥劑效果更好,油去除率可以達(dá)到69.23%.

(2)硅藻土加聚合氯化鋁的復(fù)配藥劑實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)處理?xiàng)l件:投加量為300 mg/L,復(fù)配比為11∶1(質(zhì)量比),混合攪拌速度為350 r/min,水樣p H為7.0時(shí),沉淀時(shí)間為30 min.

[1] 王中國,張繼紅,張志明,等.聚合物驅(qū)后凝膠與二元復(fù)合體系段塞式交替注入驅(qū)油效果[J].東北石油大學(xué)學(xué)報(bào),2012,36(4):54-59.

Wang Zhongguo,Zhang Jihong,Zhang Zhiming et al.Effects of binary complex system with alternating slug injection flooding after gel polymer flooding[J].Journal of Northeast Petroleum University,2012,36(4):54-59.

[2] 夏福軍,張寶良,鄧述波.聚合物驅(qū)采油水處理工藝研究[J].油氣田保護(hù),2001,11(3):34-36.

Xia Fujun,Zhang Baoliang,Deng Shubo.Study on disposal process for produced water of polymer flooding[J].Environmental Protection of Oil&Gas Fields,2001,11(3):34-36.

[3] 趙曉非,劉立新,王玉嬋,等.殘留聚丙烯酰胺質(zhì)量濃度對(duì)聚驅(qū)污水絮凝處理的影響[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào),2007,31(3):65-67.

Zhao Xiaofei,Liu Lixin,Wang Yuchan.Residual effects of the concentration of polyacrylamide polymer flooding sewage treatment flocculation[J].Journal of Daqing Petroieum Institute,2007,31(3):65-67.

[4] Shawabkeh R A,Tutunji M F.Experimental study and modeling of basic dye sorption by diatomaceous clay[J].Applied Clay Science,2003,24:111-120.

[5] Wen-Tien Tsai,Chi-Wei Lai,Kuo-Jong Hsien.Characterization and adsorption properties of diatomaceous earth modified by hydrofluoric acid etching[J].Journal of Colloid and Interface Science,2006,297:749-754.

[6] AL-DEGS Y M,Khraisheh M A,Tutunji M F.Sorption of lead ion on diatomite and manganese oxides modified diatomite[J].Wat.Res.2001,35(15):3724-3728.

[7] Hideyuki Nakamura,Yuzo Tomonaga,Kana Miyata,et al.Reaction of polycyclic aromatic hydrocarbons adsorbed on silica in aqueous chlorine[J].Environ.Sci.Technol,2007,41:2190-2195.

[8] 王代芝,倪琳.改性硅藻土處理含銅廢水的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)用水與廢水,2012,43(6):33-35.

Wang Daizhi,Ni Lin.Experimental study on copper-containlng wastewater treatment by modified diatomit[J].Industrial Water and Wastewate,2012,43(6):33-35.

[9] 張尊舉,張仁志,倫海波.改性硅藻土對(duì)城市污水的深度處理[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2013,39(8):8-12.

Zhang Zunju,Zhang Renzhi,Lun Haibo.Advanced treatment of municipal wastewater using modified diatenaite[J].Industrial Safety and Environmental Protection,2013,39(8):8-12.

[10] 羅智文,陳琳.硅藻土的吸附機(jī)理和研究現(xiàn)狀[J].內(nèi)江科技,2008(9):110-123.

Luo Zhiwen,Chen Lin.Adsorption and research status mechanism of diatomite[J].Neijiang Technology,2008(9):110-123.

[11] 蔣小紅,俞文熙.改性硅藻土處理城市污水技術(shù)的可行性研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2007,30(3):76-78.

Jiang Xiaohong,Yu Wenxi.Feasibility study on modified diatomite treatment municipal wastewater[J].Environmental Science&Technology,2007,30(3):76-78.

[12] 賀明和,吳純德.硅藻土與混凝劑復(fù)配處理城鎮(zhèn)生活污水的研究[J].工業(yè)水處理,2005,25(5):25-28.

He Minghe,Wu Chunde.Study on the treatment of town domistic sewage with the compounds of diatomite and general coagulants[J].Industrial Water Treatment,2005,25(5):25-28.

[13] 寧奎,張喜瑞.混凝法處理采油污水的研究與應(yīng)用[J].水處理技術(shù),2001,27(2):112-114.

Ning Kui,Zhang Xirui.Treatment of wastewater-extracting oil by flocculating method[J].Technology of Water Treatment,2001,27(2):112-114.

[14] 張秋花,徐曉軍.硅藻土復(fù)配混凝劑預(yù)處理橡膠促進(jìn)劑廢水的研究[J].非金屬礦,2009,32(2):82-86.

Zhang Qiuhua,Xu Xiaojun.Study on pretreatment of rubber assistant wastewater by diatomite composite coagulant[J].Non-Metallic Mines,2009,32(2):82-86.

TE357.4;TE991.2

A

2095- 4107(2014)01- 0076- 04

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.01.011

2013- 10- 18;編輯:任志平

陳 平(1979-),男,碩士,講師,主要從事工業(yè)廢水處理方面的研究.