电凝聚法处理模拟油田采出水的研究

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油田采出水特指在油田开采时,从含水原油中脱出的含油废水,其成分较复杂,不仅被原油所污染,而且在高温、高压的地层中还溶解了大量的盐类及各种气体,携带了许多悬浮固体,同时也包括在采油、油气集输、原油脱水过程中投加的各类化学药剂,如破乳剂、降粘剂、清蜡剂等,因此油田采出水是含多种杂质的工业废水。加之油田采出水具有较高的油藏伤害性、腐蚀性和一定的结垢性,其造成的污染日益严重,对生态环境和人体健康构成了巨大的潜在威胁,所以这些废水必须经过严格处理后才能回注。目前物理法、化学法、物理化学法以及生物法等均可对油田采出水进行一定的处理,但是这些方法不是效率太低,就是在技术上存在一定的缺陷。由于油田采出水中含有大量的氯化钠,而发展中的电凝聚法它集凝聚、吸附、气浮、氧化还原等作用于一体,是一种高效的废水处理技术。故本文采用电凝聚法对模拟油田采出水进行处理,首先自制静态反应装置,确定电极材料及其连接方式、采用单因素法确定最佳操作条件并探讨强化电凝聚技术的方法以及对油去除的动力学进行探讨;其次研究电极的电化学行为、电极形貌结构并以此为依据探讨减小电极钝化的措施;最后在动态实验条件下采用单因素法和正交实验方法确定最优参数组合、采用电气浮技术对处理效果进行强化并研究出水铝铁离子的化学形态。研究结果主要有以下几方面:1.静态试验(1)以去浊率、去油率以及能耗大小为综合评价指标,确定出最佳电解电极为铝合金-铁组合电极,连接方式为组合式,以此为基础采用电凝聚处理模拟油田采出水的最佳工艺参数为:NaCl投加量5000mg/L,pH值6,电极板间距2cm,电流密度1.33mA/m2,电解时间40min,在此条件下,去浊率>94%,去油率>95%。(2)微波加热破乳法去除模拟油田采出水中的油的最优组合条件为:微波功率为616W,辐射时间为4min,废水pH为6,静置时间为1h;其与曝气法协同强化电凝聚处理废水的效果最为明显,去油率、去浊率以及CODCr去除率分别达到97.3%、98.0%以及95.2%。(3)电絮凝法处理模拟油田采出水的过程中产生的絮体密实、沉降速度快、内含大粒径油珠,是原废水中油珠粒径的10倍,而处理后废水中的油珠明显减少;除油机理符合一级动力学模型,该动力学方程为ln(C0/Ct)=0.08755t,其相关系数R2=0.9929。2.电极电化学行为研究(1)通过对铝、铝合金、铁以及铝合金-铁的循环伏安曲线和极化曲线的研究,可以看出实验所用的铝合金-铁组合电极的电化学行为与铁电极相似性更高,它在模拟油田采出水的处理过程中有一定的电催化氧化能力,而且也伴随有电极钝化现象的出现。(2)结合扫描电镜与能谱分析可以得出:铝合金片以及铁片,反应前后结构由粗糙不平状变得疏松多孔,这表明电极片的主要成分铝和铁均已溶解。由于氧元素含量的增加,可以知道电极片表面生成了氧化膜,而且其表面还附着有废水中的其他离子,这也进一步证明了电极的钝化现象。(3)电凝聚法处理模拟油田采出水的过程中有效的减小阳极钝化的措施有:提高废水处理温度为50℃、搅拌速度为200r/min、NaCl投加量为3000mg/L以及手动倒极时间间隔为10min。3.动态试验(1)采用正交试验和单因素试验法确定出以铝合金-铁组合电极为电解电极,连接方式为组合式的电凝聚法动态处理模拟油田采出水的最佳试验条件为:氯化钠投加量为1g/L,进水pH=7,电解电流为0.2A,停留时间为20min;以石墨电极为电解电极的电气浮技术处理模拟油田采出水的最优试验条件组合为:水力停留时间为30min,氯化钠投加量为1g/L,进水pH为7,电流强度为0.5A。(2)通过对沉降法、电凝聚法、电气浮法以及电凝聚-耦合电气浮技术处理废水效果的研究,可知电凝聚耦合电气浮技术处理废水的效果最好,出水油浓度为0.72mg/L(去油率达>98.91%),达到《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》(SY/T5329-94)的A级注水标准,同时采用一系列试验证明影响去油率高低的主要操作单元是电凝聚,而高的去浊率则是电凝聚、电气浮以及沉降共同作用的结果。(3)由一系列不同油浓度废水的处理效果可以看出本试验所设计的动态试验一体化装置具有很好的可行性,而且适当的减少沉降时间也不影响废水处理效果。
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