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油田采出废水的强化混凝沉淀处理

更新时间:2008-08-07 11:47 来源:中华环保互联网 作者: 阅读:2349 网友评论0

  中原油田是复杂断块油田,其采出废水具有“四高一低”的特点:矿化度高[(4~15)×104mg/L]、游离CO2及HCO3-含量高(二者总量达300~1000mg/L)、某些金属离子含量高(Ca2+、Mg2+总量达4000mg/L)、总铁含量高(20~60mg/L)、硫酸盐还原菌(SRB)含量高(105个/mL),pH值低(5.5~6.5)。这种废水经重力除油、混凝沉淀、压力过滤工艺处理后,实际出水水质不稳定,不能完全达到部颁标准,同时存在运行药耗高、泥渣量大的问题。

 

1  混凝沉淀工艺现状

  马寨废水处理站混凝沉淀罐结构如图1所示。

  向经重力除油后的原水投加4种药剂:调整pH值的A剂(石灰),混凝剂B剂(PAC)、絮凝调理剂C剂(活化硅酸)、D剂(PAM),调理之后的废水沿反应筒的切线进入,混合38s后进入中心配水筒,停留时间为20min,完成矾花对水中细小悬浮颗粒的吸附之后流入斜板沉降区沉降。

  原混凝工艺未设置旋流混合设备,在工程改造中增加了混合装置,保证了所投药剂和废水的充分混合,但在进入中心筒后水的流速仅为0.006m/s,不能有效地保证矾花的碰撞(即在中心筒内只是形成矾花,是一种药剂作用下的自发状态,此时矾花仅随水流稳步下移,对水中的悬浮态颗粒和破乳油的吸附只是停留在低剪切运动水平,小矾花也很难长大),显然达不到工艺要求。

2  机理试验

2.1 机理分析

  油田采出废水中含有大量悬浮物、胶体颗粒、乳化油,而pH值调节、压缩双电层、吸附架桥、破乳等工艺过程均是多相共存体系,其处理实质是药剂扩散、微小絮体凝聚长大和大絮体的分离过程,而体系中物相碰撞的动力学致因是惯性效应。在水流方向上垂直布置小孔眼格网可强化颗粒碰撞的效果,产生并控制涡漩尺度和强度,具有以下几种动力学作用:①由于离心惯性效应,颗粒沿径向运动,在由原速度区向新速度区运动时,因速度差异而与新速度区内的颗粒发生碰撞合并;②涡漩内相邻的速度层间产生滑移为层与层间的颗粒碰撞提供了条件;③水流湍动使得涡漩离开原位置,这为不同涡漩内的颗粒合并提供了条件;④由于过网水流的惯性作用,矾花产生强烈的变形,使矾花中处于吸附能级低的部位,由于其变形揉动作用达到高吸附能级的部位,使得通过网格之后的矾花变得密实。

2.2 试验工艺

  试验工艺设备简图见图2。

  试验中加强了微涡漩、亚微观传质的动力学控制,高效利用各种药剂并缩短了反应历程;依靠小孔眼的网格生成涡漩,大幅增加高强度微涡漩,利用网格空间控制涡漩的强度和尺度,达到了最佳的混凝、絮凝状态;沉淀工艺采用间距小、布水均匀的斜板,斜板倾角由60°改为66°,又因其无侧向约束,因而排泥通畅。

2.3 检测指标

  依据《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》(SY/T 5329—94)中推荐的检测指标(悬浮固体、油、pH值、溶解氧、总铁、滤膜系数),选用721分光光度计、0.41μm的纤维素微孔膜、测氧管及测铁管等检测设备。

3  试验结果

  马寨废水处理站重力除油罐出水中含油为60~95mg/L,悬浮杂质为50~80mg/L,总铁为8~15mg/L,显然混凝沉淀对油和悬浮杂质的去除效果都要保证。图3~5是试验期间处理站原工艺和强化工艺出水水质的对比。

  由图3~5可明显看出,强化工艺出水的各项指标较废水处理站原工艺出水好,其悬浮杂质、油、总铁的去除率分别可达到56%、98%、99%,而且由于总铁大幅度减少,使得整个处理系统的出水在注水回用的过程中保持稳定,防止了二次污染的发生。

  试验中对混凝强化前后水体中矾花的沉淀性能进行了对比。前者取自水厂投药后进入沉降罐前的原水,后者是经试验设备反应4min的混合水,分别置于两个250mL的量筒,静沉时间和清晰泥面高度的关系如图6所示。

  图6中强化后的混合水静沉4min即进入临界沉降点,10min左右悬浮物的压缩比可达20%,与试验现场静沉2h的压缩比(15%)基本一致,较水厂混合后水中矾花的沉淀性能提高,由此可明显看出经过混凝强化,矾花的沉淀性能得到了实质性改善。

  为充分利用混凝沉淀罐的水平截面积和提高产水量,根据浅池理论选用板间距为1.5cm的斜 板进行泥水分离试验,结果表明水体在斜板间流速≤1.8mm/s时,出水的悬浮物含量≤35mg/L,完全符合进入滤池的水体悬浮物浓度要求(≤50mg/L),因此可将1.8 mm/s作为斜板负荷的设计参数,按此推算混凝沉淀罐经改造后处理水量可达8000m3/d,产水量提高了1倍。

  由于混凝沉淀工艺对去除油、悬浮杂质的要求较高,因此投药量相对较大,药剂费成为制约废水站经济运行的瓶颈,而混凝沉淀的强化措施使得所投药剂和水体充分混合、反应,在一定程度上减少了药耗。强化工艺与原工艺投药量及经济分析的对比见表1。

1 药剂费用对比分析

投药

A

B

C

D

水厂投量(mg/L)

300

150

50

4

试验投量(mg/L)

250

120

35

2.5

节省药量比例(%)

17

20

30

40

吨水节省费用(/m3)

0.2

年节省费用(万元)

4 000×0.2×365=24

  另外,中原油田废水的pH值较低,使废水处理系统运行不稳,需要大量投加石灰来提高pH值才能减少不稳定因素的影响,据江汉石油学院作过的调查,投加600mg/L的石 灰将水体的pH值提高到8.0以上可使处理后的水质保持稳定。试验中成功地将石灰投量大幅降低,泥渣量也减少了50%以上,对实际生产运行十分有利。

4 结论

  ① 惯性效应是多相物系中颗粒碰撞的动力学致因。

  ② 加强亚微观传质促使颗粒充分接触、碰撞,节省药耗;微小涡漩的离心惯性效应为颗粒碰撞凝聚提供了动力学条件。

  ③ 合理的动力学控制使反应历程由20.0min缩短至4.0min。

  ④ 小间距斜板沉淀池负荷较常规工艺负荷提高1倍,出水水质稳定、不积泥。

  ⑤ 同原工艺相比,强化工艺可节省A剂10%,B剂20%,C剂30%,D剂40%,显著节省运行成本。

  ⑥ 泥渣量较原工艺降低50%,具有较强的实用性,且大大改善了处理后水质,使沉淀池出水各项指标达到或接近油田回注水标准,减小了后续过滤工艺的负荷,经济、社会效益显著。

 

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