陳雷¹，祁佩時(shí)²，王永慶³，劉紀(jì)鋒⁴
(1.吉林建筑工程學(xué)院市政環(huán)境工程研究所，吉林長春130021；
2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150090；
3.大慶石油管理局物業(yè)公司，黑龍江大慶163000；
4.第一汽車集團(tuán)公司污水處理廠，吉林長春130011)

　　摘要：對(duì)幾種填料的聚結(jié)除油性能進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，探討了聚結(jié)除油的機(jī)理，并進(jìn)行了三元復(fù)合驅(qū)采油廢水處理工藝的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，填料的空間構(gòu)成形式對(duì)聚結(jié)除油效率有重要影響。在不投加任何藥劑的情況下，試驗(yàn)處理流程可將三元復(fù)合驅(qū)采油廢水處理到理想效果。
　　關(guān)鍵詞：三元復(fù)合驅(qū)采石油；聚結(jié)除油；廢水回用
　　中圖分類號(hào)：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)06-0004-03

Studies on the Treatment and Reuse of Wastewater from the Ternary Compound Oil Drive

CHEN Lei¹，QI Pei-shi²，WANG Yong-qing³，LIU Ji-feng⁴

(1.Graduate School of Munic.& Environ.Eng.,Jilin College ofArchitec.& Civil Eng.,Changchun 130021,China;
2.School of Municipal & Environmental Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,China;
3.Business Management Co.,Daqing Petroleum Administration Bureau,Daqing 163000,China;
4.Wastewater Treatment plant of No.1 Automobile Group Co.,Changchun 130011,China)

　　Abstract：By making comparative experiment on the oil removal characteristics of some coalescent filler,the coalescence mechanism was discussed and the experimental research on the wastewater treatment process of ternary compound oil drive was carried out.The result shows that the spatial distribution of coalescent filler has great effect on the coalescent removal of oil.A desirable result of wastewater treatment can be achieved by using the treatment process without adding any chemical.
　　Keywords:ternary compound oil drive;coalescent oil removal;wastewater reuse

　　近幾年來，我國部分油田已陸續(xù)進(jìn)入三次開采階段，化學(xué)驅(qū)采是其主要工藝，其中又以三元復(fù)合驅(qū)采技術(shù)最為典型，其廢水不僅含油量高，而且原油主要是以乳化油狀態(tài)存在，這使其具有較高的穩(wěn)定性。同時(shí)，廢水中還含有大量的表面活性劑、聚合物、堿等物質(zhì)，這些物質(zhì)的存在又進(jìn)一步增加了原油在水中的穩(wěn)定性，使得現(xiàn)有的重力除油設(shè)施除油效率很低。另外，根據(jù)三元復(fù)合驅(qū)采對(duì)回注水質(zhì)的要求，在廢水處理過程中應(yīng)將水中的聚合物、表面活性劑、堿等物質(zhì)予以保留，這又使得采用常規(guī)化學(xué)混凝除油法受到了限制，使除油處理變得異常困難，這也給石油廢水處理回用技術(shù)提出了更高的要求。

1　試驗(yàn)裝置及流程

1.1水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與水質(zhì)分析

　　三元復(fù)合驅(qū)采廢水處理后，其水質(zhì)應(yīng)滿足回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，大慶油田根據(jù)巖芯傷害室內(nèi)試驗(yàn)等研究結(jié)果，制定了三元復(fù)合驅(qū)采出水回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其主要控制指標(biāo)見表1。
　　試驗(yàn)原水為大慶油田三元復(fù)合驅(qū)采廢水，并已經(jīng)過一級(jí)重力沉降分離處理。試驗(yàn)水質(zhì)見表1。

表1　廢水水質(zhì)和回注水質(zhì)指標(biāo) 項(xiàng)目 含油量(mg/L) 懸浮固體(mg/L) 中值粒徑
(μm) 聚合物(mg/L) 堿(mg/L) 表面活性劑(mg/L) 試驗(yàn)原水 1 000～2000 30～100 32.5～55.6 400～500 500～800 80～150 回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) ≤15.0 ≤15.0 ≤3.0 ≥80* ≥80* ≥80* 注 *為回注水中該物質(zhì)含量≥80%。

　　將原水水質(zhì)與回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)比較后可以看出，在去除原油、懸浮固體等污染物質(zhì)的同時(shí)，回注水質(zhì)還要求原水中的表面活性劑、聚合物、堿等有用物質(zhì)不允許被破壞，并應(yīng)保留80%以上，這使得化學(xué)法在處理過程中受到限制。
1.2聚結(jié)除油試驗(yàn)
　　根據(jù)回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)三元復(fù)合驅(qū)采廢水的處理只能采用物理方法和物理化學(xué)方法，在現(xiàn)有的這些方法中，聚結(jié)法可以大幅度提高除油效果。為了解聚結(jié)特性，首先進(jìn)行了聚結(jié)除油效果試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置如圖1所示。

　　填料聚結(jié)器的尺寸為2.0 m×0.5 m×1.0 m；油水分離罐各部尺寸為1.5 m×0.5 m×1.0 m。試驗(yàn)主要檢測水中含油量及油粒粒徑分布兩項(xiàng)指標(biāo)，以考察各種材料的聚結(jié)除油特性，其中含油量的測定采用7230G分光光度計(jì)，油粒粒徑分布由YZ—1型油珠粒徑測定儀進(jìn)行測定。試驗(yàn)選用不同性質(zhì)、不同形狀的材料進(jìn)行了對(duì)比研究，分析了不同材料的除油特點(diǎn)和適用條件，在不同流量、不同聚結(jié)負(fù)荷條件下，對(duì)聚結(jié)效率進(jìn)行了測定。
1.3廢水處理試驗(yàn)流程
　　針對(duì)三元復(fù)合驅(qū)采油廢水水質(zhì)情況及其回注水質(zhì)要求提出的一套處理工藝流程如下：

原水→聚結(jié)反應(yīng)器→斜板沉降→砂濾→回注

　　原水中油粒的穩(wěn)定性較好，聚結(jié)裝置首先使原水中的油粒相互聚結(jié)成直徑較大的顆粒，改變原水中原油的顆粒分布狀況，使之易于重力分離，同時(shí)去除原水中的浮油；在后續(xù)的斜板沉淀工藝中，變大的油粒依靠密度差實(shí)現(xiàn)有效的油水分離，懸浮固體含量也相應(yīng)地得到部分去除；石英砂過濾處理可將水中殘余的油粒、懸浮固體最終去除。由于較大粒徑的雜質(zhì)顆粒已經(jīng)在過濾裝置中得到去除，因此最終出水中的雜質(zhì)中值粒徑能達(dá)到回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)工藝流程未投加任何藥劑，原水中的表面活性劑、聚合物、堿等物質(zhì)沒有受到破壞而基本上得以保留。

2　試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1聚結(jié)除油特性
2.1.1材料對(duì)聚結(jié)除油效果的影響
　　試驗(yàn)在原水流量為1.0m³/h條件下，對(duì)聚氯乙烯規(guī)整填料、不銹鋼規(guī)整填料和波紋板狀聚丙烯材料進(jìn)行了聚結(jié)除油效果的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2　不同材料的聚結(jié)除油特性 材料名稱 形狀 濕潤角 臨界表面張力(N/m) 含油量(mg/L) 中值粒徑(μm) 除油效率(%) 聚氯乙烯 規(guī)整 19°24′ 0.039 1538.2 61.4 33.7 5.3 96.1 不銹鋼 規(guī)整 110°47′ 0.108 1 362.2 65.3 35.1 6.0 95.2 聚丙烯 波紋板狀 7°38′ 0.031 1 328.2 127.5 32.5 10.7 90.4

　　試驗(yàn)聚氯乙烯規(guī)整填料與不銹鋼規(guī)整填料的聚結(jié)效果基本相同，其出水中的含油量、中值粒徑也十分接近；波紋板狀的聚丙烯填料的聚結(jié)效果相對(duì)較差，其出水中的含油量、中值粒徑都較高。
　　聚氯乙烯和聚丙烯的表面性質(zhì)非常相近，都具有親油性特征，其聚結(jié)作用是以“濕潤聚結(jié)”為主。而不銹鋼具有親水性特征，其聚結(jié)作用是以“碰撞聚結(jié)”為主。傳統(tǒng)聚結(jié)理論認(rèn)為油珠顆粒穩(wěn)定性較高，油粒之間的碰撞需要更大的沖量才可以實(shí)現(xiàn)聚結(jié)的含油廢水，親油性材料的聚結(jié)效果要好于疏油性材料［1］，但是從本試驗(yàn)結(jié)果來看，同為親油性填料，在運(yùn)行條件相同的情況下，聚氯乙烯的聚結(jié)除油效果要好于聚丙烯，而作為疏油性不銹鋼填料的聚結(jié)除油效果與聚氯乙烯十分相近。因此可以認(rèn)為，填料的結(jié)構(gòu)形式對(duì)其聚結(jié)除油效率有著十分重要的影響。
　　試驗(yàn)選用的聚氯乙烯和不銹鋼填料的形狀均采用規(guī)整形式，都是由若干波紋平行且垂直排列的波紋片組成的，波紋片上開有小孔，填裝時(shí)波紋形成的通道與豎直方向呈45°角，相鄰二個(gè)波紋片流道互成90°。兩種表面性質(zhì)、作用機(jī)理不同的填料具有相近的聚結(jié)效果，其主要原因是其空間構(gòu)成和填裝方式基本相同。聚氯乙烯填料的聚結(jié)機(jī)理應(yīng)為潤濕聚結(jié)，但是由于其獨(dú)特的組裝方式和空間構(gòu)成，使其具有非常理想的傳質(zhì)效果［2］。當(dāng)原水流經(jīng)規(guī)整填料層時(shí)，水流流態(tài)的變化劇烈、頻繁，這就為碰撞聚結(jié)提供了良好的環(huán)境基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)條件，因此聚氯乙烯規(guī)整填料的聚結(jié)機(jī)理實(shí)際上是潤濕聚結(jié)和碰撞聚結(jié)并存，所以其聚結(jié)效果十分理想。不銹鋼填料的聚結(jié)機(jī)理是碰撞聚結(jié)，由于水中表面活性劑、聚合物、堿等物質(zhì)的大量存在，水中原油穩(wěn)定性得到提高，并使原水粘度增大(2.0～2.4 MPa·s），照理說碰撞聚結(jié)是難以取得理想的聚結(jié)效果的，但實(shí)際上卻與聚氯乙烯填料的聚結(jié)效果非常接近。分析原因，可能是不銹鋼雖為親水性材料，但由于其具有較大的表面張力和固體臨界表面張力，所以其對(duì)原油也有吸附作用；此外不銹鋼填料在出廠時(shí)，其表面粘有一層機(jī)油(在生產(chǎn)加工過程中所致)，導(dǎo)致其表面性質(zhì)也有所變化，因此在不銹鋼填料進(jìn)行聚結(jié)處理時(shí)也同樣存在著潤濕聚結(jié)；由于規(guī)整填料本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，原水在流經(jīng)填料層時(shí)，流態(tài)的變化十分復(fù)雜頻繁，大大改善了碰撞聚結(jié)的運(yùn)行條件，提高了碰撞聚結(jié)的效果，所以不銹鋼填料的聚結(jié)效果也十分理想。
2.1.2聚結(jié)負(fù)荷對(duì)除油效果的影響
　　聚結(jié)負(fù)荷是影響聚結(jié)效果的重要因素，是聚結(jié)裝置設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要參數(shù)。聚結(jié)負(fù)荷一般用q表示，對(duì)于規(guī)整填料，其聚結(jié)負(fù)荷的單位為m³/(m²·h)。
　　試驗(yàn)通過控制流量來調(diào)節(jié)規(guī)整聚結(jié)除油裝置的聚結(jié)負(fù)荷，并就其對(duì)聚結(jié)除油效果的影響進(jìn)行了考察。圖2顯示了聚結(jié)負(fù)荷q的變化對(duì)除油效率的影響。聚結(jié)負(fù)荷q越大，廢水中油粒的聚結(jié)時(shí)間越短，其聚結(jié)效率也就越低。從圖2可以看出，q值越小，聚結(jié)除油效率越高，但是q值過小，會(huì)導(dǎo)致聚結(jié)除油裝置的體積過大，因此q值應(yīng)在0.03～0.04m³/(m²·h)之間為宜。
2.2試驗(yàn)結(jié)果
　　試驗(yàn)選定了以聚結(jié)為核心工藝的處理流程，填料選用規(guī)整聚氯乙烯板，聚結(jié)反應(yīng)器的聚結(jié)負(fù)荷q為0.04 m³/(m2·h)，斜板沉降罐的沉降時(shí)間為45 min，石英砂濾罐的濾速為8m/h。試驗(yàn)為連續(xù)運(yùn)行，廢水流量為5m³/h,水溫為42 ℃，運(yùn)行結(jié)果見表4。

表4　試驗(yàn)工藝流程的處理結(jié)果表(平均值)
項(xiàng)目 含油量(mg/L) 懸浮固體(mg/L) 中值粒徑(μm) 表面活性劑(mg/L) 聚合物(mg/L) 堿(mg/L) 原水 1256 58.6 　34.3 106 　434 431 沉降出水 34.7 38.4 　3.909 　 　 濾后水 8.9 12.1 1.788 87 383 412

3　結(jié)論

　　①對(duì)于填料的聚結(jié)除油，其空間結(jié)構(gòu)形式和填裝方式對(duì)聚結(jié)效率有重要影響，規(guī)整填料的聚結(jié)機(jī)理更完善，聚結(jié)效率更高。
　　②利用物化法對(duì)三元復(fù)合驅(qū)采油廢水進(jìn)行除油處理，在技術(shù)上是可行的，利用本試驗(yàn)提出的處理工藝流程，其處理后出水水質(zhì)滿足回注水質(zhì)要求，可作為三元復(fù)合驅(qū)采回注用水。
　　③考慮除油性能、價(jià)格等因素，推薦聚氯乙烯規(guī)整填料為首選填料。
　　④對(duì)于規(guī)整填料的聚結(jié)負(fù)荷q以0.03～0.0⁴m³/(m²·h)為宜。

參考文獻(xiàn)：

　　［1］王良均,吳孟周.石油化工廢水處理手冊［M］.北京:中國石化出版社，1996.
　　［2］王樹楹.現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南［M］.北京:中國石化出版社，1997.

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作者簡介：

　　陳　雷(1971-)，男，吉林長春人，博士，吉林建筑工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)楣I(yè)廢水處理。
　　電　話：(0431)5669438
　　傳　真：(0431)5669738
　　E-mail:upwaters@mail.jl.cn
　　收稿日期：2001-01-12