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

　　摘要：對幾種填料的聚結除油性能進行了對比試驗，探討了聚結除油的機理，并進行了三元復合驅采油廢水處理工藝的試驗研究。結果表明，填料的空間構成形式對聚結除油效率有重要影響。在不投加任何藥劑的情況下，試驗處理流程可將三元復合驅采油廢水處理到理想效果。
　　關鍵詞：三元復合驅采石油；聚結除油；廢水回用
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：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進入三次開采階段，化學驅采是其主要工藝，其中又以三元復合驅采技術最為典型，其廢水不僅含油量高，而且原油主要是以乳化油狀態存在，這使其具有較高的穩定性。同時，廢水中還含有大量的表面活性劑、聚合物、堿等物質，這些物質的存在又進一步增加了原油在水中的穩定性，使得現有的重力除油設施除油效率很低。另外，根據三元復合驅采對回注水質的要求，在廢水處理過程中應將水中的聚合物、表面活性劑、堿等物質予以保留，這又使得采用常規化學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提出了更高的要求。

1　試驗裝置及流程

1.1水質標準與水質分析

　　三元復合驅采廢水處理后，其水質應滿足回注水質標準，大慶油田根據巖芯傷害室內試驗等研究結果，制定了三元復合驅采出水回注水質標準，其主要控制指標見表1。
　　試驗原水為大慶油田三元復合驅采廢水，并已經過一級重力沉降分離處理。試驗水質見表1。

表1　廢水水質和回注水質指標 項目 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) 試驗原水 1 000～2000 30～100 32.5～55.6 400～500 500～800 80～150 回注水質標準 ≤15.0 ≤15.0 ≤3.0 ≥80* ≥80* ≥80* 注 *為回注水中該物質含量≥80%。

　　將原水水質與回注水質標準比較后可以看出，在去除原油、懸浮固體等污染物質的同時，回注水質還要求原水中的表面活性劑、聚合物、堿等有用物質不允許被破壞，并應保留80%以上，這使得化學法在處理過程中受到限制。
1.2聚結除油試驗
　　根據回注水質標準的要求，對三元復合驅采廢水的處理只能采用物理方法和物理化學方法，在現有的這些方法中，聚結法可以大幅度提高除油效果。為了解聚結特性，首先進行了聚結除油效果試驗。試驗裝置如圖1所示。

　　填料聚結器的尺寸為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。試驗主要檢測水中含油量及油粒粒徑分布兩項指標，以考察各種材料的聚結除油特性，其中含油量的測定采用7230G分光光度計，油粒粒徑分布由YZ—1型油珠粒徑測定儀進行測定。試驗選用不同性質、不同形狀的材料進行了對比研究，分析了不同材料的除油特點和適用條件，在不同流量、不同聚結負荷條件下，對聚結效率進行了測定。
1.3廢水處理試驗流程
　　針對三元復合驅采油廢水水質情況及其回注水質要求提出的一套處理工藝流程如下：

原水→聚結反應器→斜板沉降→砂濾→回注

　　原水中油粒的穩定性較好，聚結裝置首先使原水中的油粒相互聚結成直徑較大的顆粒，改變原水中原油的顆粒分布狀況，使之易于重力分離，同時去除原水中的浮油；在后續的斜板沉淀工藝中，變大的油粒依靠密度差實現有效的油水分離，懸浮固體含量也相應地得到部分去除；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顆粒已經在過濾裝置中得到去除，因此最終出水中的雜質中值粒徑能達到回注水質標準。整個工藝流程未投加任何藥劑，原水中的表面活性劑、聚合物、堿等物質沒有受到破壞而基本上得以保留。

2　試驗結果與討論

2.1聚結除油特性
2.1.1材料對聚結除油效果的影響
　　試驗在原水流量為1.0m³/h條件下，對聚氯乙烯規整填料、不銹鋼規整填料和波紋板狀聚丙烯材料進行了聚結除油效果的對比試驗，結果見表2。

表2　不同材料的聚結除油特性 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 規整 19°24′ 0.039 1538.2 61.4 33.7 5.3 96.1 不銹鋼 規整 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

　　試驗聚氯乙烯規整填料與不銹鋼規整填料的聚結效果基本相同，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效果相對較差，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非常相近，都具有親油性特征，其聚結作用是以“濕潤聚結”為主。而不銹鋼具有親水性特征，其聚結作用是以“碰撞聚結”為主。傳統聚結理論認為油珠顆粒穩定性較高，油粒之間的碰撞需要更大的沖量才可以實現聚結的含油廢水，親油性材料的聚結效果要好于疏油性材料［1］，但是從本試驗結果來看，同為親油性填料，在運行條件相同的情況下，聚氯乙烯的聚結除油效果要好于聚丙烯，而作為疏油性不銹鋼填料的聚結除油效果與聚氯乙烯十分相近。因此可以認為，填料的結構形式對其聚結除油效率有著十分重要的影響。
　　試驗選用的聚氯乙烯和不銹鋼填料的形狀均采用規整形式，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，填裝時波紋形成的通道與豎直方向呈45°角，相鄰二個波紋片流道互成90°。兩種表面性質、作用機理不同的填料具有相近的聚結效果，其主要原因是其空間構成和填裝方式基本相同。聚氯乙烯填料的聚結機理應為潤濕聚結，但是由于其獨特的組裝方式和空間構成，使其具有非常理想的傳質效果［2］。當原水流經規整填料層時，水流流態的變化劇烈、頻繁，這就為碰撞聚結提供了良好的環境基礎和實現條件，因此聚氯乙烯規整填料的聚結機理實際上是潤濕聚結和碰撞聚結并存，所以其聚結效果十分理想。不銹鋼填料的聚結機理是碰撞聚結，由于水中表面活性劑、聚合物、堿等物質的大量存在，水中原油穩定性得到提高，并使原水粘度增大(2.0～2.4 MPa·s），照理說碰撞聚結是難以取得理想的聚結效果的，但實際上卻與聚氯乙烯填料的聚結效果非常接近。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，所以其對原油也有吸附作用；此外不銹鋼填料在出廠時，其表面粘有一層機油(在生產加工過程中所致)，導致其表面性質也有所變化，因此在不銹鋼填料進行聚結處理時也同樣存在著潤濕聚結；由于規整填料本身的結構特點，原水在流經填料層時，流態的變化十分復雜頻繁，大大改善了碰撞聚結的運行條件，提高了碰撞聚結的效果，所以不銹鋼填料的聚結效果也十分理想。
2.1.2聚結負荷對除油效果的影響
　　聚結負荷是影響聚結效果的重要因素，是聚結裝置設計和運行的重要參數。聚結負荷一般用q表示，對于規整填料，其聚結負荷的單位為m³/(m²·h)。
　　試驗通過控制流量來調節規整聚結除油裝置的聚結負荷，并就其對聚結除油效果的影響進行了考察。圖2顯示了聚結負荷q的變化對除油效率的影響。聚結負荷q越大，廢水中油粒的聚結時間越短，其聚結效率也就越低。從圖2可以看出，q值越小，聚結除油效率越高，但是q值過小，會導致聚結除油裝置的體積過大，因此q值應在0.03～0.04m³/(m²·h)之間為宜。
2.2試驗結果
　　試驗選定了以聚結為核心工藝的處理流程，填料選用規整聚氯乙烯板，聚結反應器的聚結負荷q為0.04 m³/(m2·h)，斜板沉降罐的沉降時間為45 min，石英砂濾罐的濾速為8m/h。試驗為連續運行，廢水流量為5m³/h,水溫為42 ℃，運行結果見表4。

表4　試驗工藝流程的處理結果表(平均值)
項目 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　結論

　　①對于填料的聚結除油，其空間結構形式和填裝方式對聚結效率有重要影響，規整填料的聚結機理更完善，聚結效率更高。
　　②利用物化法對三元復合驅采油廢水進行除油處理，在技術上是可行的，利用本試驗提出的處理工藝流程，其處理后出水水質滿足回注水質要求，可作為三元復合驅采回注用水。
　　③考慮除油性能、價格等因素，推薦聚氯乙烯規整填料為首選填料。
　　④對于規整填料的聚結負荷q以0.03～0.0⁴m³/(m²·h)為宜。

參考文獻：

　　［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.現代填料塔技術指南［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，吉林建筑工程學院講師，研究方向為工業廢水處理。
　　電　話：(0431)5669438
　　傳　真：(0431)5669738
　　E-mail:upwaters@mail.jl.cn
　　收稿日期：2001-01-12