首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 环境科学论文 > 深层煤岩气废水气浮破乳除油中试条件研究

深层煤岩气废水气浮破乳除油中试条件研究

2025-03-27 67 上传者：管理员

摘要：本文针对鄂东气田某区块深层煤岩气采出水乳化严重、气浮难度大的问题，开展了预氧化剂、混凝剂、絮凝剂使用条件、p H条件以及连续运行等气浮中试实验。实验结果表明：采用H2O2为预氧化剂、FeCl3为混凝剂、PAM为絮凝剂，控制p H为5～6，破乳效果较好，气浮出水石油类<10mg/L，气浮除油效果佳。本研究为深层煤岩气废水的破乳除油工艺提供了可靠的技术依据和工艺参数参考。

关键词：
含油废水
气浮
深层煤岩气废水
破乳
除油
加入收藏

目前处理含油废水方法主要有重力法､气浮法､电化学法､膜分离法等｡重力法池型最简单,操作方便,但占地面积大,除油效果差,排泥难度大;电化学法处理效果好,占地面积小,但耗电量大,运行成本高;膜分离法设备简易,能耗低,无二次污染,但膜易结垢造成堵塞,维护困难,使用寿命短;气浮法设备体积较小,效率高,处理能力强,操作方便但流程相对复杂[1]｡综合经济性､可靠性､稳定性考虑,中试采用气浮法除油｡气浮装置是混凝与气浮的耦合装置,该装置通过在混凝区投加混凝剂从而使油滴聚结形成大絮团,以利于气浮除油[2],所以如何使油滴在混凝区有效形成大絮团成为气浮除油关键｡冯宇等[3]采用聚合氯化铝对不同含油量乳化水体进行破乳研究,发现絮凝沉降方法能达到良好的破乳效果｡但经过现场实验发现单独添加混凝剂很难对深层煤岩气采出水起到破乳效果,需要搭配其他药剂进行破乳｡高青[4]针对山西沁水等地煤岩气开采废水设计“预氧化+混凝沉淀”工艺,处理后水体的SS和浊度大幅度降低｡“预氧化+混凝沉淀”工艺对煤岩气开采废水具有破乳效果,但由于煤岩气废水受地层矿物质和开采工艺影响,其主要成分含量存在差异,所以添加何种氧化剂､混凝剂仍有待讨论｡张荣荣[5]利用氧化-混凝技术对含油污水进行处理,同时筛选出H2O2加量为0.3%时氧化效果更佳｡通过现场小试H2O2确实起到了预氧化效果,同时采出水中含有Fe2+,可以与H2O2发生芬顿反应产生羟基自由基,起到破乳效果｡

综上所述,中试实验采用H2O2预氧化､混凝剂和絮凝剂联合破乳,再经过气浮除油,使处理后水体中石油类含量小于10mg/L,水体清澈透明,无明显絮体,从而保障深层煤岩气废水后期处理的稳定运行｡

1、材料与方法

1.1实验材料与设备

深层煤岩气废水,聚合氯化铝PAC(含量≥28%),FeCl3(含量≥45%),聚合硫酸铝PAS(含量16%),聚合硫酸铁PFS(含量≥21%),聚丙烯酰胺PAM(1800万分子量,阴离子型),7.5%H2O2,片状NaOH(98.5%),便携式pH计(上海雷兹仪器有限公司),JLBG-12NU型红外分光测油仪(吉林市吉光科技有限责任公司),溶气式气浮设备(规格:3m3/h),MS204S型分析天平(深圳天溯计量检测股份有限公司),LC-101-0B型鼓风干燥箱(上海力辰邦仪器科技有限公司)｡

表1深层煤岩气高盐采出水参考成分

1.2检测和计算

按GB11901-89规定对水体中悬浮物SS进行检测｡

按HJ637-2018规定对水体中石油类含量进行检测,初始石油类含量为w0,其余试样石油类含量为w1､w2,…,wn,计算除油率｡

除油率计算公式:f1=(w0-w1)/w0

1.3实验方案

气浮原理:通过空压机加压,将空气溶解在溶气罐的废水中达到饱和状态,然后突然降至常压,此时溶解在水中的气体变成了过饱和状态,气体以极微小的气泡释放出来,乳化油和其他杂质就粘附于气泡周围而随其上浮,在水面上形成泡沫层,然后由自动刮泥板刮走,使采出水达到除油效果｡

图1气浮工艺流程图

此实验溶气式气浮设备主体由混凝池､气泡接触池､气浮池组成｡混凝池由三个反应池组成,气浮池属于平流式气浮池｡采出废水在混凝池中加药反应后,水流从底部进入气泡接触池,由此可延长气泡与絮体接触时间,提高除油效率｡浮泥通过挂泥板进入浮泥池,出水从中下部进入气浮产水池中｡

1.3.1H2O2添加量实验

控制气浮装置进水流量1m3/h,溶气压力0.45MPa,分别按40mg/L､80mg/L､160mg/L､240mg/L､320mg/L､400mg/L投加量加入H2O2预氧化后,加入400mg/LFeCl3,调节pH在6~7,再加入200mg/LPAM絮凝沉降,最后气浮除油｡观察处理后水体破乳情况,同时检测水体石油类含量,计算除油率｡

1.3.2混凝剂条件实验

控制气浮装置进水流量1m3/h,溶气压力0.45MPa,加入筛选出最佳浓度的H2O2预氧化后,分别加入50mg/L､100mg/L､200mg/L､300mg/L､400mg/L､500mg/L的混凝剂,混凝剂选用PAC､FeCl3､FAS､PFA,调节pH在6~7,再加入200mg/LPAM絮凝沉降,最后气浮除油｡观察处理后水体破乳情况,同时检测水体石油类含量,计算除油率｡

1.3.3PAM添加量实验

控制气浮装置进水流量1m3/h,溶气压力0.45MPa,加入筛选出最佳浓度的H2O2预氧化后,加入筛选出的最佳混凝剂,调节pH在6~7,再加入10mg/L､20mg/L､30mg/L､40mg/L､50mg/L､60mg/L､70mg/L､80mg/L的PAM进行絮凝沉降,最后气浮除油｡观察处理后水体破乳情况,同时检测水体石油类和SS含量,计算除油率｡

1.3.4pH条件实验

控制气浮装置进水流量1m3/h,溶气压力0.45MPa,加入筛选出最佳浓度的H2O2预氧化后,加入筛选出的最佳的混凝剂,通过加入NaOH溶液调节pH,再加入筛选出的最佳浓度下的PAM絮凝沉降,最后气浮除油｡观察处理后水体破乳情况,同时检测水体石油类含量,计算除油率｡

1.3.572h连续运行实验

控制气浮装置进水流量1m3/h,溶气压力0.45MPa,加入筛选出最佳浓度的H2O2预氧化后,加入筛选出的最佳混凝剂,调节至最佳pH,再加入筛选出的最佳浓度下的PAM絮凝沉降,最后气浮除油,连续运行72h｡观察处理后水体破乳情况,同时每8h检测进出水石油类含量,计算除油率｡

2、结果与分析

2.1H2O2的剂量筛选

图2H2O2投加量与除油率关系

由图2可知,未加H2O2时,气浮除油率50%;除油率随着H2O2投加量增大而提高,在160mg/L后除油率增长趋势缓慢,160mg/L时除油率93%,原因是加入H2O2后,部分Fe2+被氧化成Fe3+,Fe3+在pH6~7形成胶体增强破乳效果,进而提高除油率;同时H2O2与水中Fe2+发生芬顿反应,生成·OH,破坏水中乳化油表面稳定性,使油更容易附着在絮体上｡对比未加入H2O2时除油率大幅提高,未加入H2O2预氧化处理后的水体浑浊,存在红色絮体,H2O2添加量≥160mg/L后水体清澈透明,无明显絮体｡H2O2添加量在400mg/L时除油率为96%,与160mg/L时除油率相差不大｡因此H2O2添加量为160mg/L更佳｡2.2混凝剂的筛选

图3混凝剂投加量与除油率关系

如图3所示,加入混凝剂除油率均比未加药除油率高,未加入混凝剂处理后的水体中存在少量细小絮体,依旧浑浊且呈现砖红色,未加入混凝剂时除油率44%｡加入混凝剂后,除油率随PAC､FeCl3､PFS､PAS的投加量增大而增大,PAC和FeCl3在200mg/L后增长趋势缓慢,PAC在200mg/L时除油率为73%,处理后水体中存在少量红棕色絮体;FeCl3在200mg/L时除油率为93%,处理后水体清澈透亮,无絮体;PFS在100mg/L后增长趋势缓慢,此时除油率为81%,处理后水体透亮呈现砖红色,存在少量絮体;PAS在400mg/L后增长趋势缓慢,此时除油率为88%,处理后水体清澈透亮,无絮体｡FeCl3和PAS比其它混凝剂破乳除油效果更好,但FeCl3浓度只需PAS浓度的一半,故选取200mg/LFeCl3更佳｡

2.3PAM投加量的影响

图4PAM投加量对除油率和SS的影响

由图4可知,随着PAM投加量的增加,除油率并未发生明显改变,除油率均在90~95%范围内,但出水SS含量却随着PAM投加量的增加而呈现逐渐减少的趋势,因此通过出水SS含量对PAM添加量进行筛选｡PAM投加量实验进水SS在300~400mg/L之间波动,未加入PAM时,出水SS为63.6mg/L,随着PAM的增加,出水SS减少,在投加量达到50mg/L时,出口SS为18.3mg/L,继续增大投入量,处理后出水SS含量趋于稳定,原因是当加入PAM量少时,絮体不紧实,经过气浮时被气泡打散,导致细小絮体进入清液中,随着PAM的添加,絮体更加紧实,气浮时不易被打散｡故选取PAM投加量50mg/L时更佳｡

2.4pH对除油率的影响

图5pH与除油率关系

在预氧化后加入FeCl3破乳,但加入FeCl3后溶液pH降低｡原因是FeCl3溶解后,电离出Fe3+发生水解反应,产生大量H+,导致加药池pH由5~7降低到3~4,严重影响到破乳除油效果｡因此在加入FeCl3后,加入NaOH溶液调节pH｡由图5可知,随着pH升高,除油率越来越高;pH<5时,除油率的变化十分明显,但处理后水体浑浊,呈现砖红色;当pH>5后除油率增长缓慢,处理后水体清澈透明｡原因是随着pH升高,溶液中OH增多,OH与水体中Fe3+形成Fe(OH)3胶体,增强破乳除油效果;当pH继续升高,此时Ca2+､Mg2+开始形成胶体,进一步增强除油效果;pH为5时,除油率95.6%｡故选取pH5~6时最佳｡

2.572h连续运行实验

图6连续运行实验除油效果

由图6可知,连续运行期间,进水石油类在150~300mg/L之间波动,平均为222mg/L;出水石油类在3.4~9.4mg/L之间波动,平均为5.82mg/L,平均除油率为97%｡由此可见此气浮除油工艺具有较好的抗冲击能力｡故在H2O2160mg/L,FeCl3200mg/L,pH5~6,PAM50mg/L时破乳除油取得不错效果,长周期运行时除油效果稳定,石油类<10mg/L｡

3、结语

综上所述,预氧化处理对破乳和气浮除油效果有很大提升,综合经济性和破乳及除油效果,推荐H2O2添加量为160mg/L｡混凝剂中PAC､PFS破乳效果不理想,PAS破乳除油效果好,但投加量过多,FeCl3在浓度200mg/L时,除油率93%,相较于其他三种有明显优势,故混凝剂推荐选用FeCl3,投加量200mg/L｡PAM的投加量对除油率影响较小,综合经济性和出水SS含量,推荐PAM投加量为50mg/L｡pH的调节很大程度上影响了实验破乳除油的效果,综合经济性和除油效果,推荐pH控制在5~6｡

参考文献:

[1]岳晓刚,张伦秋,米俊锋,等.油田采油污水处理技术的研究进展[J].应用化工,2023,52(06):1908-1912+1917.

[2]王庆吉,胡景泽,孙秀梅,等.石油石化含油废水混凝气浮处理系统研究进展[J].工业水处理,2024,44(03):45-56.

[3]冯宇,农玉美,黄凤娥,等.铝盐破乳剂的优化及其对拉丝油乳化液破乳效果的研究[J].工业水处理,2024,44(01):162-168.

[4]高青,康静文,李凡凡.煤岩气开采废水处理方法与技术研究[J].水处理技术,2021,47(06):118-121.

[5]张荣荣,闫蒲根,周桂红.氧化-混凝技术对含油污水的处理研究[J].当代化工,2019,48(10):2297-2300.

文章来源：曾敬凯,于文华,冯雨辰,等.深层煤岩气废水气浮破乳除油中试条件研究[J].中国井矿盐,2025,56(02):30-32+35.