论文部分内容阅读
稠油污水成分复杂且又有回用热采锅炉的高水质需求,因此处理难度很高,其中硅含量的去除更是一个难点。稠油热力开采过程中,高温蒸汽及冷凝液会与地层岩石反应,脱除其中的硅并带入到采出液中,最终进入稠油污水。国标中要求处理后稠油污水回用锅炉前其中硅含量应低于50mg/L,这样才能保证锅炉长期运行下不产生硅垢。化学混凝除硅是稠油污水除硅的主要方法,很多金属氧化物或氢氧化物都有良好的除硅效果,但它们的具体除硅机制却并不明朗,一方面是因为水中的硅酸有多种形态,另一方面则是因为这些除硅药剂在水中的水解成分也较为复杂。本文介绍了稠油含硅污水中硅的来源、混凝处理技术及相关理论的研究进展。以辽河稠油污水和实验室模拟污水为主要研究对象,结合前人的研究成果建立起污水中各形态硅酸的分析方法,包括单硅酸(Sia)、低聚硅酸(Sib)、高聚硅酸(Sic)和不溶硅酸等,考察了水中的硅酸在温度、pH和盐等影响下的形态变化与转化规律。应用多种钙类、镁类及铝类等混凝剂,研究其加量和成分等对不同硅酸形态去除效果的影响,分析各类除硅剂的有效作用成分,总结了混凝除硅过程中的主要作用机理。实验结果表明:温度较高时有利于污水中的Sic向Sia变化,且温度越高平衡后Sia含量越高;酸性条件会抑制Sia的形成,而碱性条件下则会促进其它形态的可溶硅酸向单硅酸转化;Mg2+、Al3+、Fe3+等阳离子能显著影响溶液中可溶硅酸的含量,主要是以沉降去除为主,其中Al3+表现最好,Ca2+则有一定的抑制Sia聚合的作用,而Cl-、HCO3-、NO3-、SO42-等离子则无明显作用。由于污水中高含HCO3-,钙类除硅剂的效果不如镁类,而同等条件下强碱复合MgCl2效果最好,在pH=12时,800mg/L加量下,除硅率达到91.89%,反应后总硅含量降低到38.4mg/L;其次是MgO颗粒,最差是Mg(OH)2颗粒,对MgO的粒径考察发现粒径越小除硅效果越好,但分析除硅过程中的硅酸形态表明,钙类和镁类除硅剂主要直接去除的是水中的Sia,它们很可能是通过在水中形成的表面水化层对单硅酸的吸附来达到除硅作用;Al2(SO4)3在加量为6mmol/L时能将稠油污水中的总硅降低到50mg/L以下,聚合氯化铝(市售)在加量为4mmol/L时即可达到同等效果;pH值会影响硫酸铝的水解形态,pH=5时Al2(SO4)3表现出最优的除硅效果,其中对Sic的去除效果要优于Sia;新制备的Al(OH)3对污水中Sia的去除效果优于对Sic;对比实验室制备的不同铝形态分布的PAC10、PAC22及PAC25的除硅效果可见,单核铝(Ala)含量高的PAC10对含硅污水处理后,污水中残余的Sic更少,胶溶铝(Alc)含量高的PAC25处理后污水中残余的Sia更少,即Ala对Sic、Alc对Sia分别有针对性的去除效果;吸附-改性理论可以解释硅铝之间的相互作用,在硅铝高聚物的氧化物或氢氧化物表面形成的硅铝酸盐位或固溶体覆盖层降低了原物质的溶解度,从而导致其更容易在污水混凝过程中沉降去除。