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目前,我国大部分油田都是采用注水的方式开发。每生产1t原油约需注水2t~3t,特别是油田进入开发的中期和后期,采出原油的含水率已达70%~80%,有的甚至超出90%。油水分离后产生大量的含油废水经处理后的污水不能全部回注地层,势必将排放更多的污水。这类废水不经处理直接排放,会导致非常严重的环境污染。若直接回注,则固体微粒和油珠将堵塞油层毛细通道,降低油层渗透率使注水处的吸水能力下降,导致采油率的降低。考虑到药剂使用和成本控制等因素,电凝聚气浮技术以其优势在采油废水的处理中越来越受到重视。
电凝聚气浮技术作为一类重要的电化学水处理技术,其应用领域日益广泛。该技术基于电化学原理,在不外加空气情况下,利用电解产生的气泡与金属离子水解产生的絮体充分结合,吸附废水中的污染物质,降低废水中的污染物含量。水解产生的絮体中充满大量的气体而成为海绵状,使得絮体的密度远小于水,故可在极短的时间内迅速上浮而与水分离。通过对电凝聚气浮技术以及采油废水的特点分析可知,电凝聚气浮技术适用于处理采油废水。
本文采用电凝聚气浮装置对采油废水进行处理,通过静态、动态实验取得了以下结论:
(1)电凝聚气浮组合工艺最大程度的发挥了絮凝和气浮的作用,取得了很好的处理效果。
(2)通过静态电凝聚气浮实验研究表明:电流密度和初始pH对处理效果有显著的影响。废水在中性条件下的处理效果要好于酸性和碱性条件,因此,实际应用中可不必调节pH值。考虑到耗电量、极板消耗情况及废水处理效果,选择电流密度3.97mA/cm2、极板间距10mm作为操作条件,对初始含油量为632mg/L、pH为7.2的采油废水电凝聚气浮40min后,去油率可达68.08%。
(3)在静态实验研究的基础上,通过动态电凝聚气浮实验研究表明:水力停留时间对去油率影响较大。在水力停留时间为40min,电凝聚气浮槽电流密度为3.70 mA/cm2,电解气浮槽电流密度为3.30mA/cm2,初始pH7.2,极板间距10mm时,去油率达到85.7%,出水油含量92.7mg/L,此时能耗为0.445KW·h/m3。
(4)控制不同电流密度及pH,废水中油含量与电解时间之间的曲线方程的相关系数R2均大于0.95,电凝聚气浮过程中废水含油量随电解时间变化符合一级动力学方程,其动力模型可用下式表示:C=(C0-Cr)exp(-kt)+Cr。当pH为7.2,电流密度为3.97mA/cm2时,废水中含油量随电解时间变化的关系为C=481.11exp(17.22t)+157.65。
(5)能耗和极板消耗是电凝聚气浮技术处理废水成本的主要来源,是制约电凝聚气浮技术工程化的重要因素。通过控制电极钝化现象、确定最佳操作条件等是降低电凝聚技术处理废水成本的有效途径。