三元复合驱采石油废水的处理与回用研究

陈雷¹，祁佩时²，王永庆³，刘纪锋⁴
(1.吉林建筑工程学院市政环境工程研究所，吉林长春130021；
2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090；
3.大庆石油管理局物业公司，黑龙江大庆163000；
4.第一汽车集团公司污水处理厂，吉林长春130011)

　　摘要：对几种填料的聚结除油性能进行了对比试验，探讨了聚结除油的机理，并进行了三元复合驱采油废水处理工艺的试验研究。结果表明，填料的空间构成形式对聚结除油效率有重要影响。在不投加任何药剂的情况下，试验处理流程可将三元复合驱采油废水处理到理想效果。
　　关键词：三元复合驱采石油；聚结除油；废水回用
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：A
　　文章编号：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

　　近几年来，我国部分油田已陆续进入三次开采阶段，化学驱采是其主要工艺，其中又以三元复合驱采技术最为典型，其废水不仅含油量高，而且原油主要是以乳化油状态存在，这使其具有较高的稳定性。同时，废水中还含有大量的表面活性剂、聚合物、碱等物质，这些物质的存在又进一步增加了原油在水中的稳定性，使得现有的重力除油设施除油效率很低。另外，根据三元复合驱采对回注水质的要求，在废水处理过程中应将水中的聚合物、表面活性剂、碱等物质予以保留，这又使得采用常规化学混凝除油法受到了限制，使除油处理变得异常困难，这也给石油废水处理回用技术提出了更高的要求。

1　试验装置及流程

1.1水质标准与水质分析

　　三元复合驱采废水处理后，其水质应满足回注水质标准，大庆油田根据岩芯伤害室内试验等研究结果，制定了三元复合驱采出水回注水质标准，其主要控制指标见表1。
　　试验原水为大庆油田三元复合驱采废水，并已经过一级重力沉降分离处理。试验水质见表1。

表1　废水水质和回注水质指标 项目 含油量(mg/L) 悬浮固体(mg/L) 中值粒径
(μm) 聚合物(mg/L) 碱(mg/L) 表面活性剂(mg/L) 试验原水 1 000～2000 30～100 32.5～55.6 400～500 500～800 80～150 回注水质标准 ≤15.0 ≤15.0 ≤3.0 ≥80* ≥80* ≥80* 注 *为回注水中该物质含量≥80%。

　　将原水水质与回注水质标准比较后可以看出，在去除原油、悬浮固体等污染物质的同时，回注水质还要求原水中的表面活性剂、聚合物、碱等有用物质不允许被破坏，并应保留80%以上，这使得化学法在处理过程中受到限制。
1.2聚结除油试验
　　根据回注水质标准的要求，对三元复合驱采废水的处理只能采用物理方法和物理化学方法，在现有的这些方法中，聚结法可以大幅度提高除油效果。为了解聚结特性，首先进行了聚结除油效果试验。试验装置如图1所示。

　　填料聚结器的尺寸为2.0 m×0.5 m×1.0 m；油水分离罐各部尺寸为1.5 m×0.5 m×1.0 m。试验主要检测水中含油量及油粒粒径分布两项指标，以考察各种材料的聚结除油特性，其中含油量的测定采用7230G分光光度计，油粒粒径分布由YZ—1型油珠粒径测定仪进行测定。试验选用不同性质、不同形状的材料进行了对比研究，分析了不同材料的除油特点和适用条件，在不同流量、不同聚结负荷条件下，对聚结效率进行了测定。
1.3废水处理试验流程
　　针对三元复合驱采油废水水质情况及其回注水质要求提出的一套处理工艺流程如下：

原水→聚结反应器→斜板沉降→砂滤→回注

　　原水中油粒的稳定性较好，聚结装置首先使原水中的油粒相互聚结成直径较大的颗粒，改变原水中原油的颗粒分布状况，使之易于重力分离，同时去除原水中的浮油；在后续的斜板沉淀工艺中，变大的油粒依靠密度差实现有效的油水分离，悬浮固体含量也相应地得到部分去除；石英砂过滤处理可将水中残余的油粒、悬浮固体最终去除。由于较大粒径的杂质颗粒已经在过滤装置中得到去除，因此最终出水中的杂质中值粒径能达到回注水质标准。整个工艺流程未投加任何药剂，原水中的表面活性剂、聚合物、碱等物质没有受到破坏而基本上得以保留。

2　试验结果与讨论

2.1聚结除油特性
2.1.1材料对聚结除油效果的影响
　　试验在原水流量为1.0m³/h条件下，对聚氯乙烯规整填料、不锈钢规整填料和波纹板状聚丙烯材料进行了聚结除油效果的对比试验，结果见表2。

表2　不同材料的聚结除油特性 材料名称 形状 湿润角 临界表面张力(N/m) 含油量(mg/L) 中值粒径(μm) 除油效率(%) 聚氯乙烯 规整 19°24′ 0.039 1538.2 61.4 33.7 5.3 96.1 不锈钢 规整 110°47′ 0.108 1 362.2 65.3 35.1 6.0 95.2 聚丙烯 波纹板状 7°38′ 0.031 1 328.2 127.5 32.5 10.7 90.4

　　试验聚氯乙烯规整填料与不锈钢规整填料的聚结效果基本相同，其出水中的含油量、中值粒径也十分接近；波纹板状的聚丙烯填料的聚结效果相对较差，其出水中的含油量、中值粒径都较高。
　　聚氯乙烯和聚丙烯的表面性质非常相近，都具有亲油性特征，其聚结作用是以“湿润聚结”为主。而不锈钢具有亲水性特征，其聚结作用是以“碰撞聚结”为主。传统聚结理论认为油珠颗粒稳定性较高，油粒之间的碰撞需要更大的冲量才可以实现聚结的含油废水，亲油性材料的聚结效果要好于疏油性材料［1］，但是从本试验结果来看，同为亲油性填料，在运行条件相同的情况下，聚氯乙烯的聚结除油效果要好于聚丙烯，而作为疏油性不锈钢填料的聚结除油效果与聚氯乙烯十分相近。因此可以认为，填料的结构形式对其聚结除油效率有着十分重要的影响。
　　试验选用的聚氯乙烯和不锈钢填料的形状均采用规整形式，都是由若干波纹平行且垂直排列的波纹片组成的，波纹片上开有小孔，填装时波纹形成的通道与竖直方向呈45°角，相邻二个波纹片流道互成90°。两种表面性质、作用机理不同的填料具有相近的聚结效果，其主要原因是其空间构成和填装方式基本相同。聚氯乙烯填料的聚结机理应为润湿聚结，但是由于其独特的组装方式和空间构成，使其具有非常理想的传质效果［2］。当原水流经规整填料层时，水流流态的变化剧烈、频繁，这就为碰撞聚结提供了良好的环境基础和实现条件，因此聚氯乙烯规整填料的聚结机理实际上是润湿聚结和碰撞聚结并存，所以其聚结效果十分理想。不锈钢填料的聚结机理是碰撞聚结，由于水中表面活性剂、聚合物、碱等物质的大量存在，水中原油稳定性得到提高，并使原水粘度增大(2.0～2.4 MPa·s），照理说碰撞聚结是难以取得理想的聚结效果的，但实际上却与聚氯乙烯填料的聚结效果非常接近。分析原因，可能是不锈钢虽为亲水性材料，但由于其具有较大的表面张力和固体临界表面张力，所以其对原油也有吸附作用；此外不锈钢填料在出厂时，其表面粘有一层机油(在生产加工过程中所致)，导致其表面性质也有所变化，因此在不锈钢填料进行聚结处理时也同样存在着润湿聚结；由于规整填料本身的结构特点，原水在流经填料层时，流态的变化十分复杂频繁，大大改善了碰撞聚结的运行条件，提高了碰撞聚结的效果，所以不锈钢填料的聚结效果也十分理想。
2.1.2聚结负荷对除油效果的影响
　　聚结负荷是影响聚结效果的重要因素，是聚结装置设计和运行的重要参数。聚结负荷一般用q表示，对于规整填料，其聚结负荷的单位为m³/(m²·h)。
　　试验通过控制流量来调节规整聚结除油装置的聚结负荷，并就其对聚结除油效果的影响进行了考察。图2显示了聚结负荷q的变化对除油效率的影响。聚结负荷q越大，废水中油粒的聚结时间越短，其聚结效率也就越低。从图2可以看出，q值越小，聚结除油效率越高，但是q值过小，会导致聚结除油装置的体积过大，因此q值应在0.03～0.04m³/(m²·h)之间为宜。
2.2试验结果
　　试验选定了以聚结为核心工艺的处理流程，填料选用规整聚氯乙烯板，聚结反应器的聚结负荷q为0.04 m³/(m2·h)，斜板沉降罐的沉降时间为45 min，石英砂滤罐的滤速为8m/h。试验为连续运行，废水流量为5m³/h,水温为42 ℃，运行结果见表4。

表4　试验工艺流程的处理结果表(平均值)
项目 含油量(mg/L) 悬浮固体(mg/L) 中值粒径(μm) 表面活性剂(mg/L) 聚合物(mg/L) 碱(mg/L) 原水 1256 58.6 　34.3 106 　434 431 沉降出水 34.7 38.4 　3.909 　 　 滤后水 8.9 12.1 1.788 87 383 412

3　结论

　　①对于填料的聚结除油，其空间结构形式和填装方式对聚结效率有重要影响，规整填料的聚结机理更完善，聚结效率更高。
　　②利用物化法对三元复合驱采油废水进行除油处理，在技术上是可行的，利用本试验提出的处理工艺流程，其处理后出水水质满足回注水质要求，可作为三元复合驱采回注用水。
　　③考虑除油性能、价格等因素，推荐聚氯乙烯规整填料为首选填料。
　　④对于规整填料的聚结负荷q以0.03～0.0⁴m³/(m²·h)为宜。

参考文献：

　　［1］王良均,吴孟周.石油化工废水处理手册［M］.北京:中国石化出版社，1996.
　　［2］王树楹.现代填料塔技术指南［M］.北京:中国石化出版社，1997.

---

作者简介：

　　陈　雷(1971-)，男，吉林长春人，博士，吉林建筑工程学院讲师，研究方向为工业废水处理。
　　电　话：(0431)5669438
　　传　真：(0431)5669738
　　E-mail:upwaters@mail.jl.cn
　　收稿日期：2001-01-12